某型偵察告警綜合訓(xùn)練模擬器顯控硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

張春雷 朱強(qiáng)華 李勝勇

（海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033）

1 引言

隨著信息技術(shù)與信息化武器裝備的迅速發(fā)展和大量投入戰(zhàn)場(chǎng)，偵查告警技術(shù)已成為重要的戰(zhàn)場(chǎng)資源，偵察告警綜合訓(xùn)練模擬器用于模擬實(shí)現(xiàn)偵查告警設(shè)備原有的功能，訓(xùn)練操作員熟練掌握設(shè)備的操作和分析能力，并對(duì)訓(xùn)練效能進(jìn)行評(píng)估，解決裝備訓(xùn)練所面臨的難題，為部隊(duì)官兵熟練操作和維護(hù)設(shè)備提供了可靠保障，另一方面可以實(shí)現(xiàn)模擬配合整體協(xié)同作戰(zhàn)的功能，創(chuàng)建CSE協(xié)同仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)整體協(xié)同作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練。

2 綜合訓(xùn)練模擬器的功能及系統(tǒng)組成

2.1 主要功能

偵察告警綜合訓(xùn)練模擬器主要功能以裝備的操作、維護(hù)和管理訓(xùn)練為主，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用硬件設(shè)計(jì)和軟件模擬相結(jié)合的方式，以硬件實(shí)現(xiàn)其外部結(jié)構(gòu)和操作界面，操作界面、顯示界面應(yīng)與實(shí)裝完全一致；操作過(guò)程、功能響應(yīng)等應(yīng)與實(shí)裝完全一致，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)導(dǎo)調(diào)的控制協(xié)調(diào)下進(jìn)行同時(shí)作戰(zhàn)系統(tǒng)的訓(xùn)練；通過(guò)示教功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)裝備的原理、結(jié)構(gòu)、拆裝、操作使用、常規(guī)故障檢測(cè)等方面進(jìn)行原理教學(xué)以及訓(xùn)練考核等。

2.2 系統(tǒng)組成

偵察告警綜合訓(xùn)練模擬器主要有控制臺(tái)，方位顯示單元，信號(hào)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(xùn)練模擬系統(tǒng)組成

3 雷達(dá)綜合訓(xùn)練模擬器的硬件設(shè)計(jì)

3.1 模擬器整體設(shè)計(jì)

硬件整體設(shè)計(jì)思路采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)串口和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相連接，如圖2所示。

圖2 偵察告警綜合訓(xùn)練模擬系統(tǒng)硬件原理圖

3.2 模擬器單元設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)過(guò)程中，偵察告警綜合訓(xùn)練模擬器的各個(gè)模擬單元擬采用STM32芯片為核心的電路進(jìn)行控制部分的電路設(shè)計(jì)，采用通用型的電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中的顯示控制采用同樣的硬件電路及軟件程序構(gòu)成，所有的鍵盤、旋鈕響應(yīng)由STM32芯片進(jìn)行處理，并通過(guò)串口傳輸給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而通過(guò)接收計(jì)算機(jī)的指令更新顯示及輸出信號(hào)。

具體選用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32 f103zet6型號(hào)芯片，擁有 ARM 32CortexⅡ-M3 CPU內(nèi)核，最高工作頻率可以達(dá)到72MHZ，可實(shí)現(xiàn)單周期乘法和硬件除法，從256K～512K字節(jié)閃存程序存儲(chǔ)器，64字節(jié)STRAM，具有串行單線調(diào)試（SWD）和JTAG接口，多達(dá)112個(gè)快速I／O端、11個(gè)定時(shí)器、13個(gè)通信接口，足以滿足以上所述設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

面板控制模塊主要由各種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕和相應(yīng)的控制信號(hào)產(chǎn)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(guò)計(jì)算機(jī)串口通信將開(kāi)關(guān)、按鈕狀態(tài)傳送給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)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(shè)計(jì)

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(duì)方位。由7管達(dá)林頓陣列1413、2Kx8、15針串口和6個(gè)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(shè)計(jì)

音響電路的任務(wù)是把雷達(dá)信號(hào)都展寬到約70μs的寬度，并把它放大到一定的幅度去推動(dòng)揚(yáng)聲器，以便操作員能根據(jù)音色來(lái)判斷雷達(dá)信號(hào)的重頻等技術(shù)參數(shù)。由放大器、隔離二極管、單穩(wěn)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(wěn)等組成保幅展寬電路。輸出脈沖的寬度決定于單穩(wěn)的R和C的時(shí)間常數(shù)。射隨器的作用是減輕音量控制電位器對(duì)放電電路的影響。集成功放TDA-2030的任務(wù)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大。

3.3 串口通信

3.3.1 硬件設(shè)計(jì)

由于核心控制模塊STM32的輸入、輸出電平是TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，兩者的電氣規(guī)范不一致，因此要完成單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須對(duì)STM32輸出的TTL電平進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，MAX232／MAX232A即為RS-232C／TTL電平轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)需求分析

針對(duì)STM32芯片使用keil MPK4進(jìn)行軟件，按照模擬器所需實(shí)現(xiàn)功能通過(guò)邏輯關(guān)系分析，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性，與排錯(cuò)技術(shù)相互補(bǔ)充，構(gòu)成高可信度的系統(tǒng)。系統(tǒng)人機(jī)接口友好，操作簡(jiǎn)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(jié)語(yǔ)

本文介紹的雷達(dá)綜合訓(xùn)練模擬器采用軟硬件相結(jié)合的方式，重點(diǎn)對(duì)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了論述，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際偵查告警設(shè)備操作界面及功能響應(yīng)的完全模擬，采用了一種通用性、控制靈活、能適應(yīng)不同仿真的電路結(jié)構(gòu)。該模擬器具有仿真效果好、可靠性高和系統(tǒng)人機(jī)界面友好等優(yōu)點(diǎn)，在滿足部隊(duì)新裝備日常訓(xùn)練需求的同時(shí)，促進(jìn)裝備保養(yǎng)及維修水平的提高，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值。

［1］郭齊勝，張錫恩.裝備作戰(zhàn)仿真概念［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007：41

［2］孫增析，等.智能控制理論與技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1997

［3］章學(xué)靜，等.基于雷達(dá)串口模擬器的串口通信的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（3）：150～151

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

［5］譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003

［6］李寧.基于 MDK的STM32處理器開(kāi)發(fā)應(yīng)用［M］.北京：航天航空大學(xué)出版社，2008

［7］彭剛，春志強(qiáng).基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011：2～61

［8］李現(xiàn)勇.Visual C＋＋串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐［M］.北京：人民郵電出版社，2002

［9］胡麗霞，滕國(guó)庫(kù)，宋久元.基于ARM的消防設(shè)備無(wú)線聯(lián)網(wǎng)終端硬件設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（7）

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

［11］楊海清，周安棟，羅勇，等.嵌入式系統(tǒng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信中的LCD顯示設(shè)計(jì)方法［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（2）

［12］李躍華.用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)用戶中斷程序的方法［J］.微處理機(jī)，1995