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将激光玩具枪设计改装成单束激光打靶系统,Laser targeting
关键字：74LS73,74F163,74LS00玩具激光打靶电路图
作者：龙安国
一、激光玩具枪的组成
此款激光玩具枪主要由枪体、电池夹、音乐电路、喇叭、扣动板机、激光发射头等部分组成。
内部的音乐电路及激光发射控制电路如下图所示。
可以看出，该音乐电路已集成了功率放大电路，无需外接三极管就能驱动喇叭发声，大大简化了外围电路，另外使用了七彩LED(D1、D2)，可以在接通45V直流电源的条件下发出多彩颜色的光。渲染激光枪的射击效果。
由于激光发射头内部串接了一个100欧姆的限流电阻，在扣动板机开关时可以直接接通电源而发出红色激光，同时还向音乐集成电路提供了高电平触发信号，从而使音乐集成电路输出内部的仿真枪声。
根据单束激光枪的设计需要，上面电路中的板机开关和激光发射头可以继续保留在改装后的激光枪里，而音乐集成电路、喇叭、七彩LED灯则需移入光靶电路中去。
二、改装任务与要求
本设计的基本目的是将一款儿童使用的激光枪改装成为能模仿真实射击特点的打靶系统。因此，该系统应具有枪和靶两个基本组成部分，如下图所示。
其要求如下：
(1)根据激光玩具枪改装设计，并充分利用激光玩具枪中的所有元件(或配件)。
(2)具有单束激光的射击功能，即每次扣动板机开关只能射出一束激光。
(3)具有靶心校准功能，即能手工校准激光打靶系统的准心。
(4)具有激光射中时的声、光报警功能。
(5)当激光射中光靶时，采用数码管显示射中电靶的次数(最大显示为99)，且具有数码复位功能。
(6)射击距离不小于50m。
三、电路组成与工作原理
根据设计要求，该枪应具有单束激光的射击功能和准心校准功能，因此，笔者只使用了原枪支的构架和激光发射头，内部的激光单束射击功能的实现则需要独立地设计和安装。内部电路主要由时钟振荡电路、双JK触发器、激光发射头及驱动电路等组成，如下图所示。
当扣动板机开关(常闭开关)的瞬间，双JK触发器能输出一定宽度的单脉冲，经驱动电路后使激光发射头发出一束激光。具体的电路原理图如下图所示：
该电路中Q1和Q2组成多谐波振荡电路，电路输出方波信号。周期为14ms，频率为71Hz。U1A和U1B是集成JK触发器74LS73中的两个单元，当板机开关SW处于常闭位置时，由于U1A触发器的J=0，K=1，因此U1A恒输出低电平，而U1B触发器由于异步置O端为低电平处于置0状态，即U1B的，这是该电路的稳定状态。当扣动扳机开关SW时，U1A触发器的J=1，K=1，因此U1A具有翻转功能，当时钟信号下降沿到来时，U1A即翻转输出高电平，此时U1B未得到下降沿而不发生状态变化。待下一个时钟信号下降沿到来时，U1B得到下降沿的时钟信号而输出，其中的低电平信号送至U1A的异步置O端，使U1A恒输出低电平。
可见，每次扣扳机开关时，只能输出一个脉冲信号，这样的单脉冲信号经三极管驱动激光发射头发出一束激光，这就是具有单束射击功能的激光枪的工作原理。
根据原激光枪的内部空间，笔者设计出30mm×43rnm的小电路板。
四、光靶电路
光靶电路具有声光报警和计数功能，主要包括激光检测、延时去干扰、计数、译码等电路组成，声光报警电路则由原激光枪中的音乐集成电路改装而成，如上图所示。
与上图对应的光靶电路原理图和印制电路板如下图所示。
 采用光敏电阻检测激光信号，未检测到激光时，光敏电阻的阻值较大(1MQ以上)，因此，74LS00的⑨和⑩脚得到高电平，⑧脚则输出低电平，二极管截止；当检测到激光时，光敏电阻的阻值较小(300～500Ω)，因此，74LS00的⑨和⑩脚得到低电平，⑧脚则输出高电平，二极管导通对C3电容进行充电，由于充电很快，因此C3电容两端产生了较陡的上升沿脉冲信号，这个上升沿信号送至计数电路进行计数。也能直接输出送给音乐集成电路的触发端，达到触发音乐块声光报警的目的。 计数电路主要由两块74LS163组成，它是四位二进制计数器，与74LS00中两个单元与非门构成100进制计数电路，然后送至74L$48七段数码显示译码电路，即可驱动共阴极数码管(SM42056)，R88和R99分别是两个数码管的限流电阻。 D1、C3、R5三个元件组成延时抗干扰电路。
这个电路具有充电快、放电慢的特点，当电容C3两端电荷未足够释放时，即使再次检测到激光信号(或低电平干扰信号)，二极管D1导通对电容C3充电，但电容C3得到的上升沿幅度较小，不足以使计数电路工作，从而提高了计数的可靠性。
五、激光打靶系统调校
只要元器件选择正确，无损坏，电路板制作工艺良好，把所有电子元件正确焊接后基本上能够正常工作。但为了确保整个系统的功能正确和可靠，需做好以下几个方面的调校工作：
1．手工校准激光打靶系统的准心短接调校开关SW2，激光发射头恒定输出激光束，此时调整激光发射头的准心位置，使发射出去的激光束与枪的准心重合即可。
2．计数功能和声光报警功能将光靶电路与音乐集成电路进行连接(电源和地线一一对应相接、去干扰之后的计数脉冲与音乐块的触发端相连)，然后接通光靶电路的电源，用打火机向光敏电阻提供模拟光源，每次按下火机时，数码管显示的数字自动加1，而且直到3s以上时间以后才能再次产生计数。
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