電臺示教系統設計與實現

摘 要:介紹某型電臺示教系統的設計方法，詳細說明系統的硬件和軟件設計。為了達到更加直觀、清楚地展現電臺的工作過程，方便地進行性能測試和故障診斷的目的，提出將電臺所有的結構和工作過程開放化、形象化的設計理念，采用將電臺整體放大引出觀測點的方法，使電臺的各項功能、測試性能指標和信號波形能通過示教系統直觀的展示。通過實驗驗證，該系統使用方便、性能穩定、工作過程形象直觀，既能在教學中使用，也可用于測試和故障診斷。軟件設計采用圖形化程序語言LabVIEW作為軟件的開發平臺，并結合運用了數據庫技術。

關鍵詞:電臺;示教系統;故障診斷;LabVIEW

中圖分類號:TP29文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)05-061-03

Design and Realization of Radio Teaching System

DONG Jun1，2，TAN Yeshuang1，PU Xiuying2

(1.Ordnance Engineering College，Shijiazhuang，050003，China;2.Unit of 63898，Jiyuan，454650，China)

Abstract:A method for designing a certain kind of radio teaching system is introduced.The design for both the hardware and the software are described in detail.A concept of opening and visualizing the structure and operation of the radio is proposed，to realize clear display of the operation and implement the capability test and fault diagnoses conveniently.Through magnifying the radio entirely and giving the observation points，the radio′s features，testing specifications and signal waveform can be clearly demonstrated on the instruction teaching system.Experiments indicate that the system is easy-to-use and reliable in the operation，can be used in teaching，testing and fault diagnosis.LabVIEW as a graphical program language，is exploited to serve as platform in the software design，and database technology is also integrated.

Keywords:radio;teaching system;fault diagnosis;LabVIEW

0 引 言

無線電臺是我軍重要的通訊設備，廣泛應用于各級指揮控制系統中。電臺工作狀態的好壞與指揮控制系統通信實施的有效性和可靠性緊密相連，在戰場環境中，電臺操作或維修人員對電臺設備性能和結構的掌握熟練程度顯得尤為重要。因此，對電臺操作人員進行高水平的教學培訓工作也越來越受到重視[1]。

傳統的電臺教學必須把電臺拆開才能展示其內部結構，而對其工作過程進行演示時又要將其封裝起來，這樣對各個部件工作時的性能參數的觀察就很困難，而且過程相當麻煩也很費時。因此，傳統的教學過程施教和受教雙方都有很多不便。本文介紹的電臺教學系統能很好地解決上述電臺教學中的困難，為方便、直觀地進行完整的電臺教學講解以及故障測試提供了很好的技術支持。

1 示教系統整體設計思想

某型無線電臺內部構造采用模塊化設計，不同功能的電路板進行分塊設計，并分別實施了封裝，通過針孔插座與電臺母板連接，從而構成電臺整體[2]。

為了在教學過程中能充分、直觀地展示電臺內部各電路板構件的各項功能、測試性能指標和信號波形等，某型電臺示教系統設計為一個開放的平臺，系統的構建充分遵循開放化、形象化的設計理念，同時也考慮了系統的可擴展性，使其具有快速重構、靈活擴展的能力，以適應電臺設備不斷發展更新的需求[3]。

該系統整體的設計思想如下:為了把電臺工作時的各項數據引出進行測試，并直觀地顯示出來供教學使用，先將電臺各個實裝部件分拆開，通過專門設計的實裝連接測試與指示板將各個實裝部件連接起來使電臺正常工作，構成一個完整的電臺示教系統。同時，通過實裝連接測試與指示板將電臺各部件之間的信號引出，以供觀測和測試。系統通過控制電路和軟件系統，來控制測試部件的位置和指示燈的工作狀態，調配大屏幕液晶顯示器的顯示內容。

系統能實現兩方面的功能:既可以進行整個電臺的工作原理演示，也可實現電路板測試診斷的功能。當系統將整個電臺實裝部件連接起來，使電臺正常工作時，可通過顯示器顯示從各個部件引出的信號和數據，來演示電臺的工作過程;若只將某一塊電路板連接上而其他電路板斷開，可通過觀測儀器進行此電路板的測試診斷。

2 系統的硬件設計

系統硬件組成由主控部件、實裝部件、實裝連接測試與指示板和觀測儀器組成，如圖1所示。

圖1 電臺示教系統硬件組成圖

2.1 主控與實裝部件的構建

主控部件由主控計算機、液晶顯示器、鍵盤和鼠標組成，主要通過計算機運行系統的軟件完成顯示和人機交互等功能。

實裝部件由電臺前面板、實裝電路板、耳機話筒和對外接口組成。蓋板上安裝電臺的對外接口如:天線口和數據口等外部發送和接收接口。實裝部件通過實裝連接測試與指示板構成電臺的整體。

2.2 實裝連接測試與指示板設計

2.2.1 實裝連接測試與指示板的功能

實裝連接測試與指示板對電臺母板進行放大處理，為了教學和測試需要，加入控制和測試電路，主要用于電臺實裝部件連接、信號測試，并與大屏幕顯示器對應指示測試位置。功能包括五個方面:將電臺的各實裝部件連接起來使電臺正常工作;將電臺對外連接插座引出，以供對外連接用;將各電路部件之間的連接信號引出，以供觀測;通過指示燈指示測試位置，以供觀察;通過按鍵控制大屏幕液晶顯示器顯示測試位置。

2.2.2 實裝連接測試與指示板的組成

實裝連接測試與指示板結構如圖2所示，整個板可分為兩部分。

上半部分主要用于電臺實裝部件的連接和管腳信號的引出。插座用于連接實裝部件，其中面板插座放在電路板的背面，通過線纜連接前后面板，實裝電路板直接插在電路板插座上;每個插座的管腳通過跳線進行橫向連接(縱向連接不通過跳線)，在跳線旁邊標明管腳號，以便進行信號連接控制。

下半部分是電源開關、電源指示燈和各接插件引出信號和標注。指示板電源采用+24 V輸入，并通過穩壓模塊變壓輸出+5 V電壓，為電路板提供電源。各接插件每一個引出腳旁邊有一個發光二極管指示燈和一個按鍵，用于指示和控制測試部件的位置。當按下一個按鍵，計算機控制數字I/O發出信號為相對應的發光二極管指示燈提供高電平使之發光，同時通過主控計算機通過運行軟件發出指令，調出數據庫中對應的電臺部件資料，使液晶顯示器顯示相對應的測試部件位置，使教學對象能夠清楚直觀地看到電臺部件的工作狀態或者測試數據。同理，在顯示器上用鼠標點擊某一部件時，計算機通過軟件系統向控制電路發出指令，使被選部件所對應的指示燈發光。若進行故障測試，計算機可調出數據庫資料中所測試部件的正確參數，并與實測的數據進行對照以判斷被測部件工作是否正常，以達到檢測的目的[4]。

圖2 實裝連接測試與指示板結構圖

2.2.3 控制電路中控制矩陣的設計

由于連接測試與指示板上各部件引出的信號很多，線路較復雜。為了使電路簡潔、實用，本系統設計控制矩陣來實現對開關和發光二極管的控制，這樣就減少了線路，簡化了面板線路的布局。

控制矩陣通過一個DB50插座實現，通過DB50傳送I/O控制信號，控制矩陣實現示意圖如圖3所示。

圖3 開關和指示燈控制矩陣示意圖

發光二極管指示燈和按鍵開關的1個管腳連接DB50管腳的行控制信號，另一腳連接DB50管腳的列控制信號，DB50插座的1~24腳連接行控制信號，25~48腳連接列控制信號，49，50接地，行線通過10 kΩ電阻接至+5 V電源。這樣通過50根線可控制24×24=576個發光二極管或開關。要點亮發光二極管，只需控制連其正極的I/O輸出高電平，而連其負極的I/O輸出低電平即可。由于行線初始狀態為高電平，所以在掃描按鍵時，給每列輪流置低電平，通過判斷哪一行為高電平即可確定那個按鍵被按下。

2.3 觀測儀器

觀測儀器由低頻信號發生器、高頻信號發生器、萬用表、示波器和頻譜儀組成，通過RS 232接口與實裝連接測試與指示板連接，用于給電臺產生激勵和測試電臺的信號。

3 系統的軟件設計

軟件系統設計遵循模塊化、直觀化的設計理念，以數據庫作為軟件系統的主體，與測試軟件、故障診斷專家系統、操作系統一起構成示教系統的軟件平臺，系統的軟件結構如圖4所示。

圖4 軟件系統結構

本系統采用圖形化程序語言LabVIEW作為軟件的開發平臺，該軟件具有界面設計直觀、靈活、便于快速構建;數據庫方面操作簡單、執行速度快的特點，是構建虛擬儀器系統的理想平臺。系統中與實裝部件有關的所有信息均存儲在數據庫系統中，數據庫提供測試所需的各項參數，包括各部件的結構組成及圖片說明，部件的性能參數指標，測試流程順序等，并將測試結果保存在數據庫中[8]。軟件的測試流程為:根據硬件控制電路發出的指令，由主控計算機調用部件資料數據庫中對應的部件信息，并顯示在大屏幕上。同時也可以利用故障診斷專家系統，參照測試結果數據庫提供的信息，對電臺部件進行故障診斷。

各軟件模塊的功能如下:

人機界面模塊 對軟件系統進行操作和演示。

測試數據采集模塊 根據選擇的測試部件，將與硬件部分連接的觀測儀器，如示波器、頻譜儀等測試的數據采集到主控計算機中。

測試數據分析處理模塊 將采集到的數據在后臺進行分析和處理，以更加直觀的形式呈現出來。并按照設定的結構存儲到測試數據數據庫，便于后續的故障診斷。

故障診斷專家系統模塊 按照故障診斷知識數據庫提供的診斷流程，將測試數據數據庫中的數據與數據庫存儲的標準參數進行比較，結合數據庫中的故障特征知識，進行故障類型判斷和定位。

數據庫管理模塊 調用函數對各類數據庫進行管理、操作和維護。

4 結 語

電臺示教系統采用將電臺整體放大引出觀測點的方法，既能使電臺內部各部件正常工作，又能很好地展示電臺內部結構、工作過程和性能參數，同時還可以完成電臺的測試診斷任務。方便于教學，克服了傳統的電臺教學模式中無法直觀、形象地演示的困難，省去了復雜的拆卸和測試儀器的連接等不必要的工作。經過軟件測試和硬件環境測試，運行穩定可靠，能夠大幅度地提高電臺教學的效率和水平。

該電臺示教系統已運用于教學實踐中，經檢驗使用效果良好，系統易學好用。但由于在設計過程中改變了連接線的長度并引出了測試接點，部分射頻信號在測試時有所衰減，但不影響電臺整體性能和示教系統的正常工作，而解決這一問題也是下一步的研究目標。

參考文獻

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