基于单片机的远程开关机模块的设计与实现
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摘 要： 为了实现机场通信导航台站的全功能遥控和无人值守，设计了一种远程遥控开关机模块。以超短波电台为例，通过分析配套遥控终端的工作原理和遥控信号的传输格式，详细描述了利用单片机控制电路设计远程遥控开关机模块的方法，并验证了设计原理的可行性，该种方法具有成本低、可靠性高和实用性强的优点。
关键词： 无人值守； 远程开关机； 超短波电台； FSK
中图分类号： TN962?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）01?0059?03
军用机场通信导航装备种类繁多，由于受电磁环境和建台规范等因素的制约，通信导航台站点多分散，导致部队值守困难也不便于人员管理。虽然近年来部队列装的新型通导装备大多都配备了遥控终端，可在各级指挥中心对装备进行操控，但遥控终端只能控制装备的工作状态，无法实现远程开关机，各台站仍需有人值守。根据部队实际需求设计的远程开关机模块[1]，通过分析各型装备配套遥控终端的工作原理，借用原有遥控信道实现装备的远程开关机，特别是对于地处高山、海岛或各战场制高点的通信导航台站，无人值守不仅节约了大量的值班力量，还大大提升了通信导航指挥网络的实时性和灵活性[2]。本文以某型超短波电台为例介绍远程开关机模块的具体设计细节。
1 超短波电台遥控终端工作原理
超短波电台置“遥控”状态时，其遥控终端可通过控制面板和遥控线路（有线或无线，无线需配备微波无线遥控信道机）实现更改主机工作参数、工作状态等操作，当使用光纤传输时，遥控控制距离可达几千千米，其原理框图如图1所示。
遥控终端采用两个信道：音频信道传送话音；数据信道传送指令信息。两个信道都可以实现二线和四线两种接口电路的转换。某型超短波电台遥控数据传送执行CCITT（国际电报电话咨询委员会）V.23标准，即工作方式为半双工，调制方式为异步移频键控（FSK），数据传输速率为1 200 b/s，频率空号时为1 300 Hz，传号时为2 100 Hz，中心频率为1 700 Hz。
在遥控话音模式下，两个信道分别传送话音和指令。音频信道在遥控数传模式下，传送数据业务信息。遥控终端在工作时，每5 s向主机发送一次状态查询指令。
2 远程开关机模块设计
2.1 远程开关机模块原理
远程遥控开关机模块原理框图如图2所示。通过对某型超短波电台遥控终端发送FSK遥控信号进行放大、解调和载波检测，提取遥控终端发送的闲时状态查询指令，利用单片机对提取的信号进行程序控制，形成稳定的远程遥控操作指令控制开关电路实现电台的远程遥控开关机。由图2可见，该模块主要由24 V DC/DC电源、遥控信号放大器、FSK信号解调和载波检测电路、单片机控制电路和开关电路等组成。
2.2 FSK解调电路
频移键控（FSK）是用载波的频率参量来携带数字信息的调制方式，具有实现容易，抗干扰能力强的特点[3?4]。目前国内市场上单片FSKMODEM集成电路较多，综合考虑各方面因素，设计中采用了AMD公司的AM7910DI，内含接收带通滤波器，具有载波检测和自环测试功能，其数据接口与TTL电平兼容，可与大多数微处理器连接。AM7910DI主要由调制器（发送器）、解调器（接收器）以及接口控制逻辑电路组成，其内部结构方框图如图3所示。本设计中FSK信号的解调和载波检测电路由AM7910DI及其电路组成，为满足某型电台遥控信号的传输要求，模式控制选择在MC4MC3MC2 MC1MC0=10110，时钟频率为2.456 7 Hz。
2.3 单片机控制电路
单片机采用AVR系列的ATtiny13A，它是模块的控制核心，主要完成数据的读取、处理、发送及接收控制[5?6]。单片机ATtiny13A内嵌高质量的1 KB FLASH程序存储器，擦写方便，便于模块的调试、开发和更新；内嵌64 B的E2PROM，可长期保存关键数据，避免断电丢失；片内具有64 B的SRAM，完全满足远程遥控指令的数据存储要求；一个具有比较模式的8位定时器/计数器及具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器，可实现对遥控指令宽度的精确计算和判别。单片机程序的设计重点是接收程序[7?8]，其目的是对ATtiny13A进行初始化，设置接收数据的条件、波特率，通过对接收的数据按预设条件进行比较和判定来控制后续开关电路的动作。接收程序设计流程图如图4所示。
3 远程开关机模块的电路实现
设计中通过分析研究超短波电台遥控终端的工作原理，利用遥控终端工作时每5 s向主机发送一次状态查询指令的特点，通过检测是否有状态查询指令来控制开关电路动作，实现电台的远程遥控开关机。
模块关键电路[9]的实现如图5所示。由图5可见，单片机电路简单，采用单片机最小系统，复位电路由[R15]串联[C7]组成，[R15]取1 MΩ，[C7]取0.1 μF，因此[RC]取值为0.1 s，可以保证可靠的上电复位；[VCC=]5 V，二极管电压为2 V，LED串联电阻[R7=R8=（5-2）0.003=1 kΩ。]
当单片机串口接收到状态查询指令时，控制开关电路动作，实现电台主机的远程开机功能；当单片机串口接收不到状态查询指令时，内部计时电路开始工作，并通过比较器判别是否符合关机条件[10]。本设计中设定遥控终端关机后主机延时15～20 s断电。
本模块经多部电台安装试用，工作稳定可靠，采用的FSK调制解调芯片、数/模转换及单片机控制芯片技术成熟，可维护性强；电路设计合理，操控简单。设计中综合考虑了模块的投入成本、元器件工作的可靠性以及可扩展性，在电台中加装该模块后，可实现收发信机的全功能遥控，为部队节省了大量的人力，提高了设备组网调用的灵活性，具有成本低、可靠性高和实用性强的优点。
4 结 语
在机场通信导航装备中加装远程遥控开关机模块，能够解决台站值班力量缺乏、调用程序繁琐和设备不够及时的难题，实现了对通导装备的全功能遥控和无人值守。该模块电路简单，信息传输可靠，操作方便，功耗和成本较低。本模块只需稍加改进，可用于实现各型通信导航装备的无人值守，具有较好的推广价值及良好的应用前景。
参考文献
[1] 柳涛.甚高频遥控台实现远程遥控开关机的探讨[J].中国科技博览，2011（28）：419?420.
[2] 杨伟宁，张凌飞，龚海舰，等.无人值守气象站数据采集系统的设计与实现[J].现代电子技术，2014，37（1）：50?53.
[3] 冯小平，罗明，钟征斌，等.FSK信号数字化实时解调方法[J].西安电子科技大学学报，2001（3）：401?404.
[4] 孙志雄，谢海霞.基于FPGA的FSK调制解调器设计[J].现代电子技术，2014，37（9）：80?82.
[5] 姜志海.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.
[6] 靳达.单片机应用系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2003.
[7] 刘鑫，宋维波.基于单片机的太阳能路灯照明控制系统设计[J].现代电子技术，2015，38（1）：157?159.
[8] 杨家庚，孙大鹏，房毅.基于单片机的应答机值更电路设计[J].现代电子技术，2014，37（2）：131?133.
[9] 谢自美.电子线路设计・实验・测试[M].3版.武汉：华中科技大学出版社，2005.
[10] 赵鹏涛，刘岩，王剑.基于LP2951单键开关机电源电路设计[J].电子科技，2011（11）：45?46.