機載選擇呼叫模擬系統設計

鐘 湧，張秉科

（廣州飛機維修工程有限公司，廣東 廣州 510470）

隨著航空電子體系架構的進一步完善，選擇呼叫系統也在不斷的發展。許多飛機已將獨立的選呼設備淘汰，對整個通信系統進行了整合[1]。設計方面HF(High Frequency 高頻)收發機內部能夠完成HF系統中選呼代碼的解調，在無線電接口內完成選呼代碼的解碼和比對。與HF系統一樣，VHF(Very High Frequency 甚高頻)系統對選呼碼的解調、解碼和比對都是在VHF收發機內完成[2]。在收到選呼編碼時將會與飛機自身的選呼代碼進行比對，如果比對的結果一致，飛機將會發出“SELCAL”的提示音，與此同時顯示器上將顯示相應的視覺信息。

早些時期航空電子設備內包含多個相互獨立的子系統，稱之為分立式結構。之后便發展到混合式結構，結構中最早出現了系統的組合如塔臺系統、航空系統等，使本來各自獨立的子系統有了聯系。正是在混合式結構的基礎上又有了綜合化結構的出現，或者稱為聯合式結構。

正是由于航空科技的迅速發展，我們現在擁有的電子式的選擇呼叫系統僅僅用了幾十年時間便取代了機械式的選擇呼叫系統。新飛機的設備技術雖然在不斷發展，但許多地方的塔臺所配備的選呼發射設備沒能得到及時的更新。在一些比較偏遠的地方，其設備更加老舊，還是20世紀70年代的水平。此情況下，飛機設計過程中，要保證新設計的選擇呼叫系統能夠很好的兼容舊的選呼系統[3]。

1 機載選擇呼叫系統原理分析

1.1 機載選擇呼叫系統功能簡介

機載選擇呼叫系統主要是利用地面塔臺通過高頻和甚高頻通信系統對指定飛機進行聯系。選擇呼叫系統接收到來自飛機通訊接收機輸出的選擇呼叫音頻編碼信號，在收到本飛機的編碼時，選擇呼叫系統就用指示燈亮和提示音信號向機組發出提醒[4]。通過這樣的方式，有利于飛行員更好地駕駛飛機，不用為了準備通話一直佩戴耳機。另一方面，有了聲光提醒后能夠按照指示的通信系統聯絡通話，避免了讓機組長期守候地面的呼叫，圖1為選擇呼叫系統框圖。

圖1 選擇呼叫系統框圖

1.2 機載選擇呼叫系統組成

此系統主要由以下部分組成：選擇呼叫譯碼器、選擇呼叫控制面板、選擇呼叫程序開關組件、選擇呼叫音響警告繼電器等。

1.2.1 選擇呼叫控制板

選擇呼叫控制面板的功能主要是提供有關選擇呼叫系統的目視指示和復位操作，如圖2所示。

圖2 選擇呼叫控制面板

1.2.2 選擇呼叫譯碼器

譯碼器功能是對接收到音頻信號進行譯碼，判斷是否與飛機代碼一致，如果結果一致，便會產生提示信號，反之則不產生提示信號。

1.2.3 選擇呼叫程序開關組件

選擇呼叫程序開關組件主要用來選擇飛機自身的代碼，其面板上有24個開關，其中只有16個在使用，剩下的開關都是沒有進行連接的，每四個開關為一組，可以設定一個選擇呼叫字母，而飛機的選擇呼叫代碼則是有四個字母組成，如表1所示。

表1 英文字母對應BCD碼

1.2.4 選擇呼叫音響警告繼電器

聲響警告組件會出現多種聲音來提醒飛行員飛機相應的狀況。內部裝有諧音發生器、火警警告鈴和超速抖桿聲。諧音發生器產生的提醒音調送到喇叭，飛行員就可聽到選擇呼叫提醒聲音。

1.3 選呼信號分析及傳輸方式

每一個選呼信號都是由兩個連續的脈沖信號組成，每一個脈沖信號內含有兩個不同頻率的編碼，如圖3所示。當地面工作人員向某一架特定的飛機進行呼叫時，按下相應的飛機代碼按鈕，發射機將會發射選呼信號，這個選呼信號含有兩個連續脈沖，每個脈沖持續時間為1.0±0.25s，兩個脈沖的時間間隔為0.2±0.1s，每個脈沖都含有兩個不同頻率音頻音調，對應于每個選呼信號都有四個不同頻率的音頻音調，每個選呼代碼所代的頻率如表2所示。如果四個音調都匹配，選擇呼叫控制面板將會有聲光提示，提示飛行員有相應的呼叫等待接通。

圖3 呼叫碼組成

表2 音調對應頻率

2 系統硬件設計

2.1 系統綜合設計

機載選擇呼叫模擬系統接收部分，在接收到音頻音調信號，要對接收到的音頻音調信號進行濾波，前面介紹了從地面塔臺發射出的選呼信號形式及包含的信息內容，接下來通過選呼信號的處理流程將機載選擇呼叫模擬系統進行功能模塊劃分，根據模塊劃分來進行硬件設計。在Altium2004中畫好原理圖，如圖4所示。

圖4 選澤呼叫模擬系統原理圖

2.2 系統詳細設計

把選擇呼叫模擬系統進行功能分類，接著簡述子系統用到的元件，最后設計子系統。

2.2.1 濾波模塊

經過對機載選擇呼叫系統的了解，地面塔臺使用發射機發射選呼信號。選呼信號是由兩個連續脈沖組成，每個選呼信號內包含四個不同頻率的選呼碼。如要模擬機載選擇呼叫系統的選呼信號解碼，就需要對選呼信號進行濾波處理，將選呼信號里包含的四個選呼碼通過濾波，將其過濾出來。

對音頻信號的濾波，一種可以使用濾波電路，但礙于濾波數量的眾多，以及濾波電路相對復雜，故選擇使用LM567芯片（或稱“鎖相環音頻譯碼器”）；另外一種是8腳雙列直插式芯片，通過軟件對濾波模塊進行了設計如圖5所示。

圖5 單個LM567濾波器

2.2.2飛機代碼選擇模塊

濾波模塊對音頻信號進行濾波，因音頻信號含16種不同頻率的選呼代碼，故濾波模塊輸出后會有16個引腳，要同濾除的選呼代碼進行對比，這就需要飛機代碼選擇模塊進行對飛機代碼的選擇，每個飛機代碼都可以用BCD碼來表示，二進制的1和0可以用開關的斷開和閉合來表示，設計如圖6表示。

圖6 飛機代碼選擇設計圖

圖7 74LS151引腳圖

2.2.3 單片機模塊

單片機模塊中選用AVR單片機的最小模塊和芯片74LS151數據選擇器，用74LS151的數據選擇功能對引腳簡化，通過操作員的意圖來選擇對相應信號。74LS151引腳圖如圖7所示。

濾波模塊濾出了選呼信號所含的音頻音調，在飛機代碼選擇模塊選擇模擬飛機代碼的輸出，之后可知兩個模塊都有輸出引腳16個，如果把兩個引腳的輸出引腳都接到Atmega16單片機上，直接把單片機的引腳都占用了，那將沒有引腳可以連接聲光提示引腳了，需要對引腳進行簡化。濾波模塊和飛機代碼選擇模塊的輸出信息相似，都是16個高地電平，就以濾波模塊為例來介紹如何適合數據選擇器對引腳進行簡化[5]。

經過四個數據選擇器的引腳簡化，連接到單片機的線也比較合理。具體連接如圖8所示。

圖8 Atmega16單片機連接圖

2.2.4聲光提示模塊

單片機把接收到的選呼信號跟飛機代碼對比后，選呼代碼與飛機代碼相匹配則輸出聲光提示信號，進而讓蜂鳴器和燈進行提示。關于聲光提示的設計是由三極管的基極來接收來自單片機的聲光提示信號，三極管的發射極連接蜂鳴器或LED燈（LED燈還需接個分壓電阻）在與5V的VCC相連，集電極則直接與地相連，構成一個由單片機控制的聲光提示線路，如圖9所示。

圖9 聲光提示電路圖

2.2.5 單片機程序輸入

編寫單片機信號源出理程序，將16個輸入單片機的0或1信號源進行整合，整合成四個0或1信號源輸出，輸出信號源將在聲光提示器顯示處理結果。

3 系統測試

3.1 子系統測試

3.1.1 硬件調試

濾波模塊測試程序仿真成功后對硬件進行調試。先給PCB板接通5V電源并且接地，用信號發生器給PCB板一個正弦幅值為2的音頻信號并且按照圖6，一一對應輸入頻率，對16個音頻選擇器的滑動變阻器進行調節，對滑動變阻器最大阻值選擇上是有要求的，須用公式對滑動變阻器的最大阻值進行計算，得到試用最大阻值為20KΩ的滑動變阻器，調節滑動變阻器使對應的音頻選擇器由高電平變為低電平，圖10、圖11、圖12以312.6Hz為例。

表3為16個音頻選擇器接收到對應頻率選呼信號前后的電壓顯示。

圖10 產生312.6Hz信號

圖11 312.6Hz濾波器信號輸入前電壓

圖12 312.6Hz濾波器信號輸入后電壓

表3 收到選呼信號前后電壓對比

3.1.2 聲光提示模塊測試

依次調試好16個音頻選擇器的滑動阻值后，對聲光提示進行測試，看是否能夠正常工作，給單片機供5V電，然后在PD0口接上5V電壓，看燈光和蜂鳴器是否正常工作。

3.2 總體測試

程序下載好后，由模擬選呼信號發生器，發射某代碼，控制16個撥碼開關，按順序將四個預設值一一對應選擇好，看當有選呼信號進來時，聲光提示是否能正常運作，當出現聲光提示后，改變原來的預設值，按下復位鍵此時再接收到選呼信號沒聲光提示，則機載選擇呼叫模擬系統設計成功，如圖13所示。

圖13 測試結果圖

4 結論

基于AVR單片機對機載選擇呼叫系統進行模擬，對選呼信號所含的飛機代碼進行濾波，采用了LM567音頻選擇電路，能夠精準地濾除對應飛機代碼，引出16個輸出。利用單片機對人工選擇的飛機代碼與選呼信號中的代碼進行對比，匹配則會輸出聲光提示信號，相反則沒有。