某型偵察告警綜合訓練模擬器顯控硬件設計與實現＊

張春雷 朱強華 李勝勇

（海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 引言

隨著信息技術與信息化武器裝備的迅速發展和大量投入戰場，偵查告警技術已成為重要的戰場資源，偵察告警綜合訓練模擬器用于模擬實現偵查告警設備原有的功能，訓練操作員熟練掌握設備的操作和分析能力，并對訓練效能進行評估，解決裝備訓練所面臨的難題，為部隊官兵熟練操作和維護設備提供了可靠保障，另一方面可以實現模擬配合整體協同作戰的功能，創建CSE協同仿真環境，實現整體協同作戰模擬訓練。

2 綜合訓練模擬器的功能及系統組成

2.1 主要功能

偵察告警綜合訓練模擬器主要功能以裝備的操作、維護和管理訓練為主，系統實現采用硬件設計和軟件模擬相結合的方式，以硬件實現其外部結構和操作界面，操作界面、顯示界面應與實裝完全一致；操作過程、功能響應等應與實裝完全一致，同時也可以實現在系統導調的控制協調下進行同時作戰系統的訓練；通過示教功能，可以實現對雷達裝備的原理、結構、拆裝、操作使用、常規故障檢測等方面進行原理教學以及訓練考核等。

2.2 系統組成

偵察告警綜合訓練模擬器主要有控制臺，方位顯示單元，信號分析及顯示單元、告警單元以及模擬供電單元等組成如圖1所示。

圖1 偵察告警綜合訓練模擬系統組成

3 雷達綜合訓練模擬器的硬件設計

3.1 模擬器整體設計

硬件整體設計思路采用模塊化設計，通過串口和計算機控制系統相連接，如圖2所示。

圖2 偵察告警綜合訓練模擬系統硬件原理圖

3.2 模擬器單元設計

設計過程中，偵察告警綜合訓練模擬器的各個模擬單元擬采用STM32芯片為核心的電路進行控制部分的電路設計，采用通用型的電路設計，系統中的顯示控制采用同樣的硬件電路及軟件程序構成，所有的鍵盤、旋鈕響應由STM32芯片進行處理，并通過串口傳輸給計算機控制系統，而通過接收計算機的指令更新顯示及輸出信號。

具體選用意法半導體公司生產的STM32 f103zet6型號芯片，擁有 ARM 32CortexⅡ-M3 CPU內核，最高工作頻率可以達到72MHZ，可實現單周期乘法和硬件除法，從256K～512K字節閃存程序存儲器，64字節STRAM，具有串行單線調試（SWD）和JTAG接口，多達112個快速I／O端、11個定時器、13個通信接口，足以滿足以上所述設計所需功能，硬件電路如圖3所示，其中包括控制面板控制電路、燈光電路及音響電路等。

圖3 模擬器單元硬件原理框圖

3.2.1 面板控制電路設計

面板控制模塊主要由各種轉換開關、按鈕和相應的控制信號產生電路組成，將面板的控制指令送到ARM核心控制芯片STM32，通過計算機串口通信將開關、按鈕狀態傳送給計算機，實現相應的功能。面板控制模塊原理圖如圖4所示。

3.2.2 燈光電路設計

圖4 面板控制模塊原理圖

方位顯示電路由燈光顯示器、方位顯示器和分波段顯示器組成。方位顯示器用液晶顯示器代替陰極射線管，用于顯示相對方位。由7管達林頓陣列1413、2Kx8、15針串口和6個阻值為1KΩ的電阻組成，其原理圖如圖5所示。

圖5 方位指示電路

3.2.3 音響電路設計

音響電路的任務是把雷達信號都展寬到約70μs的寬度，并把它放大到一定的幅度去推動揚聲器，以便操作員能根據音色來判斷雷達信號的重頻等技術參數。由放大器、隔離二極管、單穩4053、射隨器和集成功放TDA-2030等組成，其原理圖如6所示。其中，放大器、隔離二極管、電容、電阻和單穩等組成保幅展寬電路。輸出脈沖的寬度決定于單穩的R和C的時間常數。射隨器的作用是減輕音量控制電位器對放電電路的影響。集成功放TDA-2030的任務是對信號進行功率放大。

3.3 串口通信

3.3.1 硬件設計

由于核心控制模塊STM32的輸入、輸出電平是TTL電平，而PC機配置的是RS-232標準串行接口，兩者的電氣規范不一致，因此要完成單片機與PC機的數據通信，必須對STM32輸出的TTL電平進行電平轉換，MAX232／MAX232A即為RS-232C／TTL電平轉換芯片。主控芯片STM32和PC的串口通信原理圖如圖7所示。

圖6 音頻電路

圖7 串口通信原理圖

3.3.2 軟件設計需求分析

針對STM32芯片使用keil MPK4進行軟件，按照模擬器所需實現功能通過邏輯關系分析，從系統結構出發來提高系統的可靠性，與排錯技術相互補充，構成高可信度的系統。系統人機接口友好，操作簡單明了，但仍要求操作員熟悉裝備的基本操作及工作原理。

4 結語

本文介紹的雷達綜合訓練模擬器采用軟硬件相結合的方式，重點對硬件設計與實現進行了論述，實現對實際偵查告警設備操作界面及功能響應的完全模擬，采用了一種通用性、控制靈活、能適應不同仿真的電路結構。該模擬器具有仿真效果好、可靠性高和系統人機界面友好等優點，在滿足部隊新裝備日常訓練需求的同時，促進裝備保養及維修水平的提高，具有廣泛的實用價值。

［1］郭齊勝，張錫恩.裝備作戰仿真概念［M］.北京：國防工業出版社，2007：41

［2］孫增析，等.智能控制理論與技術［M］.北京：清華大學出版社，1997

［3］章學靜，等.基于雷達串口模擬器的串口通信的設計［J］.微計算機信息，2005，21（3）：150～151

［4］姚文祥，宋巖澤.ARM Cortex-M3權威指南［M］.北京：航天航空大學出版社，2009：3～37

［5］譚浩強.C程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2003

［6］李寧.基于 MDK的STM32處理器開發應用［M］.北京：航天航空大學出版社，2008

［7］彭剛，春志強.基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應用實踐［M］.北京：電子工業出版社，2011：2～61

［8］李現勇.Visual C＋＋串口通信技術與工程實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2002

［9］胡麗霞，滕國庫，宋久元.基于ARM的消防設備無線聯網終端硬件設計［J］.計算機與數字工程，2010，38（7）

［10］呂松茂，韓震宇，李曉東.用PC處理Windows環境下的串口通訊［J］.計算機工程，2001，27（6）：175～179

［11］楊海清，周安棟，羅勇，等.嵌入式系統實時網絡通信中的LCD顯示設計方法［J］.計算機與數字工程，2010，38（2）

［12］李躍華.用C語言設計用戶中斷程序的方法［J］.微處理機，1995