II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ТИР
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение. Впервые использовать инфракрасный (ИК) диапазон для имитации боевых действий, подготовки и тренировки солдат начала армия США в 1970-х годах. Разработанная ими система под названием MILES включала в себя закреплённые на боевом оружии специальные ИК-излучатели. Сигналы излучателей улавливали сенсоры, вмонтированные в обмундирование каждого из участников и фиксирующие попадание. Протокол передачи данных для излучателей был позаимствован из пультов дистанционного управления фирмы SONY.
В 1977 году американец Джордж Картер III придумал игру "Photon" (Фотон). В ней использовался реверсивный принцип: у каждого участника имелся излучатель, сигналы которого однозначно идентифицировали игрока. С помощью бластера нужно было поймать противника в прицел и сделать выстрел, зафиксировав код игрока встроенным ИК-приемником.
В настоящее время все большую популярность набирают спортивные игры под общим названием "LaserTag". В них используется доработанный протокол MILES, ИК-излучатели на оружии и несколько датчиков на голове и теле, позволяющие фиксировать попадание, а также индикаторы, отображающие степень поражения.
Прототипом представленной конструкции послужил «индикатор наличия инфракрасных импульсов», изготовленный соавтором работы Овсянниковым Алексеем Павловичем, принципиальная схема которого изображена на рис.1.
Рис.1. Схема индикатора наличия инфракрасных импульсов.
Схема состоит из приемника ИК-импульсов TSOP-1738, светового индикатора L1 и усилителя на транзисторе T1 для звуковой индикации наличия импульсов через миниатюрный динамик. Светодиод L2 используется в качестве индикатора питания. Для экономии заряда батареи резистор R4 подобран так, чтобы ток через светодиод был около 300 мкА, что достаточно для неяркого свечения светодиода.
Фото 1. Прототип устройства: индикатор наличия инфракрасных импульсов.
Цель работы: разработать и изготовить устройство безопасного электронного тира, позволяющего тренировать меткость стрельбы как новичков, так и профессионалов.
Новизна представленного устройства заключается в разработке принципиальной схемы и конструкции, не встречающихся в литературе. Тир может использоваться в качестве тренажера для подготовки спортсменов-профессионалов, так и новичков, а также тренировок для сдачи норм ГТО.
Преимущества:
1) тир использует световые волны инфракрасного диапазона, и его работа не зависит от внешнего освещения;
2) гарантированная дальность стрельбы до 150 метров;
3) кучность стрельбы на расстоянии 30 метров не превышает 30 см в диаметре;
4) возможность стрельбы как одиночными выстрелами, так и очередями;
5) экономичность: при использовании не требуется дополнительных расходных материалов; при интенсивном использовании элементов питания хватает более, чем на 3 месяца;
6) легкая повторяемость и низкая стоимость: в схеме не используются дорогостоящие элементы и повторить ее может даже начинающий радиолюбитель. Известные похожие устройства имеют сложную схему и конструкцию, технологически сложную для повторения и собранную из дорогостоящих элементов.
Принципиальная схема пистолета представлена на рис. 2. В качестве формирователя ИК импульсов используется пульт дистанционного управления от телевизора А1. Контакты одной из кнопок соединены перемычкой и при подаче питания на модуль он формирует периодические посылки импульсов частотой 38 кГц.
Для формирования одиночного выстрела используется конденсатор С1. В исходном состоянии (курок отпущен) конденсатор заряжен через замкнутые контакты кнопки S1 и токоограничивающий резистор R2 от источника питания 3 вольта. При нажатии на курок конденсатор С1 отключается от источника питания и разряжается через формирователь импульсов A1. Ёмкость С1 подобрана таким образом, что формируется одиночный пакет данных (одиночный выстрел).
На транзисторе T1, резисторе R1 и вибромоторах M1 и M2 собрана схема имитации выстрела. На время разряда конденсатора С1 транзистор Т1 открывается и подключает вибромоторы к источнику питания 6 вольт, создавая таким образом тактильные ощущения выстрела.
Выключатель S2 включает режим автоматической стрельбы. При замыкании его контактов конденсатор С1 подключается к источнику питания постоянно и при нажатии на курок происходит непрерывное формирование посылок до момента отпускания курка. Данный режим может также использоваться для пристрелки пистолета.
Рис. 2. Принципиальная схема пистолета
Принципиальная схема мишени представлена на рис. 3. В качестве приемника сигнала используется ИК-приемник с рабочей частотой 38 кГц. Приемник включен по стандартной схеме с фильтром питания на резисторе R1 и конденсаторе C2. На транзисторах Т3 и Т4 собран ждущий мультивибратор, который через резистор R6 и транзистор Т5 управляет светодиодами L1-L4. Выключатель S1 блокирует работу ждущего мультивибратора, переводя мишень в режим для автоматической стрельбы.
В исходном состоянии с выхода ИК-приемника напряжение, близкое к напряжению питания, поступает на катод диода D1, запирая его. Транзистор Т4 открыт поступающим на его базу током через резистор R4, транзистор Т3 закрыт низким уровнем, поступающим на базу с коллектора Т4 через резистор R3. Транзистор Т5 также закрыт, светодиоды L1-L4 погашены. Конденсатор С3 заряжен через резистор R2 и низкое сопротивление перехода база-эмиттер транзистора Т2.
При попадании на ИК-приемник сигнала из пистолета, на выходе появляются короткие импульсы, которые через диод D1 поступают на базу транзистора Т4 и закрывают его. Транзистор Т3 открывается и заряд конденсатора оказывается приложенным к базе транзистора Т4 в обратной полярности, что удерживает его в закрытом состоянии даже после окончания входных импульсов. Транзистор Т5 открывается через резисторы R5, R6 и на светодиоды L1-L4 подается напряжения питания через ограничительные резисторы R7-R10.
После перезарядки конденсатора С3 транзистор Т4 открывается и ждущий мультивибратор переходит в исходное состояние. Время индикации подбирается изменением ёмкости конденсатора C3.
При замыкании контактов выключателя S1 транзистор Т3 всегда находится в закрытом состоянии, блокируя работу ждущего мультивибратора, и индикация происходит короткими вспышками для фиксирования попадания в автоматическом режиме.
Рис. 3. Принципиальная схема мишени
На транзисторах Т1 и Т2 собран усилитель мощности звуковой частоты. Импульсы с выхода приемника через резистор R11 поступают на вход усилителя, а с него через конденсатор C1 – на динамик, формируя звуковое подтверждение попадания.
Конструкция.
В качестве корпуса для пистолета используется игрушечная модель подходящих размеров (фото 2).
Фото 2. Конструкция пистолета.
В связи с ограниченным местом внутри игрушки было принято решение не изготавливать печатную плату, а закрепить все компоненты термоклеем и соединить проводами. Для увеличения дальности и кучности стрельбы в качестве излучателя был применен ИК-светодиод с диаметром излучающей поверхности около 1мм, который был расположен в фокусе собирающей линзы. Плата пульта дистанционного управления обрезана до минимально возможных размеров, одна из кнопок соединена перемычкой. Вибромоторы использованы от мобильного телефона. Внутренняя поверхность ствола от светодиода до линзы обклеена алюминиевой фольгой для предотвращения проникновения ИК-сигнала через щели в стенках пистолета и исключения ложных срабатываний. Питание пистолета осуществляется от двух элементов CR-2032 (3 вольта), закрепленных в панельках для возможности быстрой замены.
Детали мишени, кроме ИК-приемника, динамика, выключателей, светодиодов, резисторов R7-R10 и элементов питания собрана на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Корпус мишени изготовлен из фанеры, на лицевой части корпуса изображена снайперская мишень, в центре которой расположен ИК-приемник (фото 3). Светодиоды L1-L4 вместе с резисторами R7-R10 также закреплены на передней панели на расстоянии 3 см от центра с помощью термоклея. Динамик и выключатели S1 и S2 закреплены на задней пластиковой стенке. Также в задней стенке предусмотрена ручка для транспортировки, а на боковой стенке - крючок для пистолета. Устройство питается от 4 батареек типа АА с общим напряжением 6 вольт, размещенных в батарейном отсеке.
Фото 3. Конструкция мишени
Фото 4. Тир в сборе (вид спереди и сзади).
Порядок работы.
1. Включить мишень выключателем питания. При этом на несколько секунд загорятся индикаторы поражения мишени.
2. Установить желаемый режим стрельбы (одиночный или очередями).
3. Установить мишень на необходимом для стрельбы расстоянии.
4. Выбрать режим стрельбы на пистолете (одиночный или автомат).
5. Прицелиться и нажать на курок.
6. В случае попадания индикаторы поражения мишени будут светиться в течение нескольких секунд (одиночная стрельба) или мигать в течение всего времени попадания (стрельба очередями), а также будет слышно звуковое подтверждение попадания.
7. По завершении тренировки выключить мишень.
Фото 5. Проведение пристрелки пистолета.
Фото 6. Автор (слева) и соавтор (справа) со своими конструкциями.
Библиографический список.
1. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 6. - М.: СОЛОН - Пресс.
2. Галле К. Как проектировать электронные схемы. Пер. с фр. - М.: ДМК Пресс.
3. Бессонов В.В. Электроника для начинающих (и не только). - М.: СОЛОН-Р.
4. Кашкаров А.П. Популярный справочник радиолюбителя. - М.: ИП "РадиоСофт"
5. Описание вибромоторов для сотовых телефонов: http://www.gsmbaza.ru/type11/1/2152-Вибромоторы
6. Лазертаг оборудование компании "LASERWAR". http://laserwar.ru/(историческая справка).