图5 目标指示器核心电路原理图
GPS定位模块电路设计
GPS定位模块主要是向主控站返回目标指示器所处的位置，包括纵坐标、横坐标和高程，通过无线通信传输给主控站。
（1）GPS定位系统的特点
GPS即全球卫星定位系统，它由太空部分、监控部分和用户部分组成，GPS系统的特点具体体现为：①定位精度高；②观测时间短；③可提供三维坐标；④操作简单；⑤功能多、应用广；⑥全天候作业。
（2）GPS定位模块电路实现
由于GPS输出的是RS-232信号，因此，GPS模块通过信号转换芯片MAX3232与单片机相连，实现RS232电平与TTL电平的转换，电路串口连接图如图6所示，其中35引脚为单片机的数据接收引脚，34引脚为单片机的数据发送引脚。
图6 GPS定位模块电路接口图
MAX3232是MAXIM公司生产的低功耗、单电源双RS232发送/接收器，现选用MAX3232的其中一路进行发送/接收。因为MAX232具有驱动能力，所以不需外加驱动电路。MAX232芯片内部含有一个电容性电压发生器，可将输入的＋5V电源变换成为RS232所需的±10V电压，所以采用此芯片接口的串行通讯系统只要单一的＋5V电源即可。
接口电路设计时，采用3线制（RXD、TXD、GND）软握手方式。即将GPS接收机和单片机“发送数据线（TXD）”与“接收数据线（RXD）”交叉连接，二者的地线（GND）直接相连，其他信号线都可不用，握手信号采用软件方法产生。这样既能实现预定的目标，又能简化电路设计，节约成本。
MAX3232外围需要5个电容，其中4个电容C1、C2、C3和C4是内部电源转换所需要的电容，其取值均为1µF，另外还需1个C5为去耦电容，取值为0.1µF。
灯光显示模块电路设计
灯光显示模块用于模拟显示各种不同类型的发光目标，其基本任务为当接收主控站发送来的目标显示命令后，单片机进行命令处理，灯光显示模块能够按指示器要求的显示方式显示灯光。
灯光显示驱动电路如图7所示，驱动芯片采用MC1413芯片，工作电源为12V，电路输出电流高达500mA。
图7 灯光显示驱动电路图
烟火显示模块电路设计
烟火显示模块主要用于模拟显示各种类型的发烟目标，其基本任务为当接收主控站发送来的目标显示命令后，单片机进行处理命令，烟火显示电路能够按指示器要求的显示方式显示烟雾。模块采用通用的电子点火发烟管进行显示。
烟火显示模块电路设计应满足以下要求：①发烟管应能可靠稳定的控制；②电路设计应简单，元器件数量尽量少，尽可能利用原执行级电路。因此，烟火显示模块与灯光显示模块采用同一驱动电路，综合使用。
无线通信模块电路设计
目标指示器对无线通信模块的要求：①较远的通信距离，以适应部队野外射击时场地范围大和不同训练科目的要求；②较强的抗干扰能力；③较低的功耗，对于应用于野外的、无固定供电电源的、只能靠电池维持系统运行的无线数据传输模块，芯片的功耗参数非常重要。
根据上述要求，指示器选择ZT-TR43C无线数传模块，它是深圳振通公司推出的一款无线收发为一体的通信模块。TR43C的技术指标：①载波频率433MHz，工作频率428MHz～435MHz；②最大发射功率20mW，开阔地的最大传输距离为3km；③采用FSK调制，采用前向信道纠错编码，抗干扰能力强；④有八个工作信道可供选择；⑤传输速率20kbps；⑥降低噪声放大器LNA、功率放大器PA、压空振荡器VCO等大部分功能集成于芯片内，外围电路简单，易于开发。
无线通信模块与单片机接口TR43C提供RS232/TTL/RS485共三种接口方式，指示器采用TTL接口方式，方便与MSP430F149单片机的接口，电路接口如图8所示。其中MSP430单片机的RXD、TXD口分别与无线模块的TXD、RXD口相连，地线相连。
图8 TR43C与单片机接口示意图
无线模块可用于组网，TR43C系列模块最适合点对多点的通信方式，特别符合目标指示器的需求。这种方式首先设置一个主控站，相当于一个主机；设置多个目标指示器，相当于从机，主机和从机都设置地址码。通信的协调完全由主机控制，从机接收信号后，将接收到的地址码与本机地址码相比较，不同则将数据完全丢掉，不作响应；如果地址码相同，则从机接收到数据或命令，按照命令作出响应。
目标指示器软件设计
目标指示器的软件设计采用模块化的设计思路。模块化设计的优点为：①令复杂系统化大为小，化繁为简；②修改容易，便于维护；③可以提高系统软件的设计效率。
目标指示器软件设计的主要任务有：初始化、灯光显示、烟火显示、GPS定位和无线通信以及一些小任务。首先按照目标指示器将要完成的主要任务将软件分为几个大的功能模块，它们分别是初始化模块、灯光显示模块、烟火显示模块、GPS定位模块、无线通信模块。在主程序中主要完成初始化模块的工作，然后循环检测各个功能模块的状态标志，根据各种状态标志的指示来判断是否进入各个功能模块，执行相应操作。如果执行了相应的操作，则在执行完操作后就跳出主程序继续往下执行。目标指示器软件功能如图9所示。
图9 目标指示器软件功能框图
目标指示器的主程序流程如图10所示。在系统软件设计中，为了减轻CPU的负担，使CPU有更多的时间来处理有用的运算，同时为了减小电路的功率损耗，全部功能都使用中断方式实现，主程序不做过多的工作。图10中，首先对目标指示器的各个功能模块进行初始化。初始化完成后，然后开中断，CPU从低功耗模式唤醒，进行中断处理，中断结束后再次返回低功耗循环。
图10 主程序流程图
结束语
本文基于MSP430F149单片机设计了目标指示器，该目标指示器工作稳定可靠，能够满足系统要求，它具有如下特点：
①通过目标归类、灯光和烟火等的科学布局及组合控制，有效解决了野外条件下目标设置和动态显示等技术问题，极大提高了部队目标捕捉和射击指挥的训练效益。
②运用超低功耗器件和电源关断功能相结合，大幅度降低了系统的整体功耗，延长了系统的工作时间，一次充电系统可连续工作30小时以上。
③采用成熟技术和模块化设计等，有效解决了电源波动等问题，提高了系统稳定性和可靠性。
④优化结构设计，使整体结构小巧，设置目标灵活、方便，适合野战条件下使用。
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