基于STM32的火箭布雷車模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通信仿真模塊設(shè)計(jì)

潘軍軍，孫志勇，鄭錚

（解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇南京210007）

基于STM32的火箭布雷車模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通信仿真模塊設(shè)計(jì)

潘軍軍，孫志勇，鄭錚

（解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇南京210007）

設(shè)計(jì)了基于STM32的火箭布雷車模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通信仿真模塊。以CAN總線代替實(shí)裝電臺(tái)的載波無線通信模式和實(shí)裝電臺(tái)與數(shù)話同傳終端之間的串口通信模式，以STM32單片機(jī)為核心的模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端，滿足了模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)通信設(shè)備的訓(xùn)練與考核需求，解決了實(shí)裝訓(xùn)練的諸多問題。

火箭布雷車；通信；CAN；STM32

某型火箭布雷車是我軍目前機(jī)動(dòng)化布設(shè)防坦克雷場(chǎng)、防步兵雷場(chǎng)和混合雷場(chǎng)的最新裝備，具有集成化指揮通信、多車編組協(xié)同作業(yè)、機(jī)電一體化操控等技術(shù)特點(diǎn)，在操控方式、指揮協(xié)同等方面與傳統(tǒng)的布雷裝備存在很大差別。目前，部隊(duì)開展新型布雷裝備的訓(xùn)練主要采取理論教學(xué)和模擬彈發(fā)射訓(xùn)練等方式，訓(xùn)練內(nèi)容、手段和效果均難以滿足實(shí)際需求，部隊(duì)對(duì)于該型裝備目前尚未形成保障能力。因此，如果能夠開發(fā)研制出一種可靠、實(shí)用、安全的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是解決部隊(duì)訓(xùn)練手段匱乏、訓(xùn)練裝備短缺、訓(xùn)練途徑單一的有效途徑。

通信仿真模塊是模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要完成模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的通信仿真功能。本文提出了基于STM32的火箭布雷車模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通信仿真模塊設(shè)計(jì)，以CAN總線節(jié)點(diǎn)為通信機(jī)制的模擬電臺(tái)與模擬數(shù)話同傳終端具備與實(shí)裝一致的操作、通信、數(shù)傳功能能夠很好的滿足模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的功能要求，為部隊(duì)開展新型布雷裝備的訓(xùn)練提供有效、可行的手段，對(duì)于促進(jìn)新型裝備盡快形成作戰(zhàn)能力具有重要意義。

1 通信仿真模塊整體設(shè)計(jì)

在模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中通信仿真模塊采用以CAN總線代替實(shí)裝電臺(tái)的載波無線通信模式，不僅傳輸成本低，而且能夠滿足模擬仿真訓(xùn)練的需要[1]。其通信原理如圖1所示。

圖1 仿真訓(xùn)練系統(tǒng)通信機(jī)制

1.1 通信仿真模塊的設(shè)計(jì)功能需求

模擬電臺(tái)要參照實(shí)裝能夠?qū)崿F(xiàn)電臺(tái)參數(shù)設(shè)置、電臺(tái)參數(shù)顯示和通過電臺(tái)進(jìn)行信息傳輸?shù)墓δ躘2，3]。電臺(tái)參數(shù)設(shè)置主要包括配置電臺(tái)“用戶號(hào)”、“數(shù)據(jù)號(hào)”、“身份號(hào)”等參數(shù)，選擇組網(wǎng)模式、語音類型、信道通路等通信功能，切換功率、背光、靜噪、GPS電源等工作模式；參數(shù)設(shè)置的同時(shí)，在顯示屏顯示相關(guān)設(shè)置信息。

模擬數(shù)話同傳終端同樣參照實(shí)裝主要實(shí)現(xiàn)數(shù)傳和話傳兩部分功能[2，3]，即實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理和傳輸；實(shí)現(xiàn)語音通話功能。數(shù)傳上主要實(shí)現(xiàn)配置數(shù)話同傳終端“機(jī)號(hào)”和“數(shù)傳方式”等參數(shù)。與其他通信裝備一起，實(shí)現(xiàn)各裝備戰(zhàn)斗員之間實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)距離、保密的語音通話功能。

1.2 通信仿真模塊的技術(shù)方案

為了能達(dá)到模擬實(shí)裝訓(xùn)練的目的，實(shí)現(xiàn)的電臺(tái)參數(shù)設(shè)置、電臺(tái)參數(shù)顯示等功能和操作流程必須和實(shí)裝保持一致。同時(shí)，由于不必要進(jìn)行真正的無線數(shù)據(jù)傳輸，只需完成與主控單元軟件的數(shù)據(jù)交互，體現(xiàn)實(shí)裝電臺(tái)的操作流程，記錄相關(guān)參數(shù)的設(shè)置情況，并作為最終考核評(píng)定的依據(jù)即可，因此硬件設(shè)計(jì)上可以相對(duì)簡化，本文采用自行設(shè)計(jì)的模式，自行設(shè)計(jì)按鍵面板、顯示面板和相關(guān)控制系統(tǒng)，模擬電臺(tái)工作流程。

模擬數(shù)話同傳終端與模擬電臺(tái)采用一致的設(shè)計(jì)方案，能夠有效地降低研發(fā)精力的投入、縮短開發(fā)周期。

本論文采用基于單片機(jī)技術(shù)的設(shè)計(jì)方案開發(fā)通信模塊，即可實(shí)現(xiàn)通信訓(xùn)練的目的，其具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、開發(fā)周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)。

方案中，通過充分發(fā)揮單片機(jī)的外設(shè)豐富的特點(diǎn)和高速的優(yōu)勢(shì)[4]，盡量的減少硬件結(jié)構(gòu)。以單片機(jī)為基礎(chǔ)加載相關(guān)功能模塊開發(fā)核心板，通過單片機(jī)的自帶接口實(shí)現(xiàn)與顯示屏和按鍵的通信，并對(duì)完成對(duì)相關(guān)信號(hào)的采集、處理輸出的功能；模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端的操作面板模擬實(shí)裝布局進(jìn)行設(shè)計(jì)；顯示面板采用多級(jí)樹形菜單顯示方式[4]，每個(gè)選項(xiàng)前都有對(duì)應(yīng)的數(shù)字，按數(shù)字鍵即可進(jìn)入該級(jí)菜單。

1.3 CAN通信實(shí)現(xiàn)

模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端的內(nèi)部設(shè)計(jì)完成后，通過單片機(jī)自帶的CAN通信功能，設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路，各自作為一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)連接到CAN總線。模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端的工作原理如圖2所示。

圖2 模擬電臺(tái)、模擬數(shù)話同傳終端工作原理

根據(jù)模擬電臺(tái)和模擬主控計(jì)算機(jī)的功能，將相關(guān)CAN協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)分別定義如下，見表1、2.

表1 模擬電臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)定義

表2 模擬數(shù)話同傳終端傳輸數(shù)據(jù)定義

2 模擬電臺(tái)和模擬數(shù)傳終端設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端的技術(shù)方案，通過單片機(jī)以及其他硬件的選型，并進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)，完成模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端的硬件設(shè)計(jì)，為后續(xù)的軟件實(shí)現(xiàn)做好硬件支持。模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端的硬件系統(tǒng)模塊選型都包括單片機(jī)模塊、LCD液晶屏顯示模塊、按鍵模塊、CAN總線通信模塊和其他功能模塊。

2.1.1 單片機(jī)選型

根據(jù)功能要求及技術(shù)方案，本文選用的單片機(jī)為STM32F103VET6型，其具體參數(shù)如表3所示。

表3 STM32F103VET6型單片機(jī)工作參數(shù)

2.1.2 LCD液晶屏顯示模塊的選型

LCD液晶屏顯示模塊，主要完成模擬電臺(tái)數(shù)據(jù)的顯示功能，其顯示界面與實(shí)裝電臺(tái)外觀保持一致。本文選用YB12232-R型液晶屏。

2.1.3 按鍵電路模塊的選型

按鍵電路模塊選用3×5矩陣按鍵，如圖3所示。

圖3 模擬電臺(tái)按鍵

2.1.4 CAN總線通信模塊

模擬電臺(tái)電路中，由于STM32F103VET6型單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)集成了CAN總線的相關(guān)控制模塊。因此CAN總線通信模塊只需要一個(gè)CAN總線收發(fā)器模塊即可，本論文選用的是VP230型CAN收發(fā)器。

2.1.5 其他功能模塊

模擬電臺(tái)電路中，還包括以下幾個(gè)主要的基礎(chǔ)模塊：W25Q16BV型SPI Flash存儲(chǔ)器、AMS1117型穩(wěn)壓器、MAX764型電源模塊、WRB2405MD-6W型電壓轉(zhuǎn)換模塊。

在完成單片機(jī)模塊、LCD液晶屏顯示模塊和按鍵電路模塊選型后，根據(jù)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要和相關(guān)硬件的參數(shù)，進(jìn)行端口設(shè)定，并設(shè)計(jì)電路圖。其中單片機(jī)主控芯片電路如圖4所示。

圖4 單片機(jī)主控芯片電路

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在完成硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相關(guān)具體功能。本論文運(yùn)用Keil C程序進(jìn)行C語言編程。

在編程過程功能中，根據(jù)模擬電臺(tái)的功能進(jìn)行分塊編寫，共包括main.c（主程序）、KEY.c（按鍵程序）、Timer.c（定時(shí)器程序）、can.c（can通信程序）、lcd. c（lcd屏幕程序）、system.c（系統(tǒng)界面程序）、display.c（顯示程序）、para.c（數(shù)據(jù)程序）、W25qFlash.c（寄存器程序）、gps.c程序等幾部分程序組成。

其中按鍵程序主要完成對(duì)按鍵操作進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，并且將按鍵值和控制背景燈的值輸出給單片機(jī)的功能，主要包括變量定義、初始化、檢測(cè)按鍵值、按鍵掃描和按鍵背景燈等步驟。其核心內(nèi)容是檢測(cè)按鍵值。其流程圖如圖5所示。

圖5 檢測(cè)按鍵值流程圖

3 結(jié)束語

本文采用CAN總線代替實(shí)裝電臺(tái)的載波無線通信模式和實(shí)裝電臺(tái)與數(shù)話同傳終端之間的串口通信模式，設(shè)計(jì)了以STM32單片機(jī)為核心的模擬電臺(tái)和模擬數(shù)話同傳終端。該終端具備了對(duì)電臺(tái)的參數(shù)設(shè)置、組網(wǎng)模式選擇、語音通信、功率切換等通信功能及數(shù)字信號(hào)處理和傳輸、語音通話、參數(shù)設(shè)置等功能的訓(xùn)練與考核，滿足了模擬訓(xùn)練系統(tǒng)對(duì)通信仿真模塊的設(shè)計(jì)要求，解決了實(shí)裝訓(xùn)練成本高、裝備易損壞、時(shí)間環(huán)境受限的突出矛盾問題。

[1]蔣建文，林勇，韓江洪.CAN總線通信協(xié)議的分析和實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2002，28（2）：219-220.

[2]趙芳，顏和順，韓亮，等.數(shù)字化坦克車長指控訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21（18）：5727-5730.

[3]秦立冬.某型車載電臺(tái)虛擬訓(xùn)練軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2012.

[4]張高強(qiáng).武警信息系統(tǒng)通信與控制單元設(shè)計(jì)[D].西安：西安工程大學(xué)，2013.

Communication Simulation Module Design of Maintenance Training System for Rocket Mine-laying Vehicle Based on STM32

PAN Jun-jun，SUN Zhi-yong，ZHENG Zheng
（College of Filed Engineering，PLA University of Science and Technology，Nanjing Jiangsu 210007，China）

The design of communication simulation module for maintenance training system is based on STM32. The wireless communication mode of transmitter-receiver on the vehicle and serial communication mode between transmitter-receiver and audio and data simultaneous transmission terminal are based on CAN bus.Maintenance transmitter-receiver and audio and data simultaneous transmission terminal based on STM32 microcontroller as the core to meet the maintenance training system for communication equipment training and examination requirements，to solve the many problems of practical training.

mine-laying vehicle；communication；CAN；STM32

TP274.2

：A

：1672-545X（2017）01-0082-04

2016-10-04

潘軍軍（1990-），男，安徽蕪湖人，碩士研究生，研究方向?yàn)椋貉b備技術(shù)與應(yīng)用研究。