低成本紅外目標(biāo)源遠(yuǎn)程投放控制器設(shè)計

王德周

(中國空空導(dǎo)彈研究院總體部，河南洛陽 471009)

導(dǎo)彈研制過程中需要在靶場進(jìn)行大量的發(fā)射試驗，其中許多靶試需要無人機或氣球靶標(biāo)，適時進(jìn)行紅外目標(biāo)源投放操作。如何可靠、安全地實現(xiàn)投放，可以利用常見的數(shù)傳電臺、定制專用的遙控數(shù)據(jù)鏈等。綜合比較專用遙控數(shù)據(jù)鏈可靠性高，但成本高。飛行靶試中電臺都是耗材，所以保證可靠性的前提下，降低試驗投入成本是筮待解決的問題。

GSM網(wǎng)絡(luò)是目前移動通信體制中成熟、完善、應(yīng)用較廣泛的一種系統(tǒng)，現(xiàn)在使用的是數(shù)字傳輸?shù)诙涓C通訊系統(tǒng)，采用時分多址編碼，高斯濾波最小移頻鍵控GSMK調(diào)制技術(shù)，GSM系統(tǒng)具有頻譜利用率高、加密性好、業(yè)務(wù)豐富的特點。以GSM作為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可開發(fā)多種應(yīng)用，如無線遠(yuǎn)程檢測、控制、無線報警等［1］。

設(shè)計利用單片機串口向GSM模塊發(fā)送AT命令完成模塊初始化機及控制操作，由GSM模塊完成信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制、解調(diào)、發(fā)送和接收。每個投放控制器具有唯一的身份識別碼即SIM卡標(biāo)識。地面站只需采用手機撥打投放控制器采用的SIM卡電話號碼，投放控制器終端即可完成地面站手機號碼識別及相關(guān)投放任務(wù)。

1 硬件電路設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

投放控制器終端開發(fā)基于GSM技術(shù)以及嵌入式技術(shù)。由微處理器的串行接口向GSM模塊發(fā)送相應(yīng)的AT指令，完成模塊的初始化及地面站指令的識別與接收，識別正確后執(zhí)行任務(wù)投放操作。控制器終端主要由STC11F05，GTM900模塊、輔助電路，繼電器、驅(qū)動模塊和電源芯片組成。

圖1 系統(tǒng)整體原理工作示意圖

1.2 無線網(wǎng)絡(luò)

GSM通訊模塊是設(shè)計的核心組件，選用華為公司的GTM900，其無線模塊是一款3頻段GSM/GPRS模塊。支持標(biāo)準(zhǔn)AT命令及增強AT命令是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案。GTM900模塊采用40引腳ZIF連接形式與微處理器連接。通過ZIF連接器提供應(yīng)用所需電源接口(1～10腳)、串行接口(18～19腳)、SIM卡接口(24～29腳)、語音接口、控制接口等，控制器終端采用電源、串行和SIM接口。模塊與單片機接口電路如圖 2 所示［2－3］。

圖2 GTM900模塊與單片機接口電路

1.3 電源設(shè)計

GTM900模塊供電電壓范圍為3.3～4.8 V，典型值是4.0 V，模塊峰值電流可達(dá)2 A，由于GTM900模塊UART電平支持3.00 V電平輸入輸出，所以單片機采用3.3 V低壓型，這樣避免了電平轉(zhuǎn)換?？刂破鹘K端投放執(zhí)行單元采用5 V繼電器，所以系統(tǒng)為多電源系統(tǒng)，電源設(shè)計是重點，電源設(shè)計不理想將導(dǎo)致GTM900模塊無法登錄網(wǎng)絡(luò)等問題。

圖3 GTM900模塊供電電路

單片機供電及其他電源設(shè)計如圖4所示。

圖4 單片機供電電路

1.4 GTM900輔助電路

GTM900模塊開機需要一定時序，電源＞3.3 V，同時PWON信號應(yīng)維持在10 ms，模塊關(guān)機需要將PWON信號拉低2～3 s，模塊開機工作時序流程如圖5所示。終端設(shè)計中模塊開關(guān)機采用單片機I/O直接控制PWON，采用軟件模擬開關(guān)機時序。

圖5 GTM900模塊開機條件

1.5 來電識別及顯示電路

控制器終端設(shè)計的一個重要指標(biāo)就是可靠性，如何正確識別來電還是短信息，避免誤觸發(fā)，設(shè)計中采用硬件和軟件相結(jié)合的方式。GTM900模塊LPG和UART_RI全部引入單片機中斷。其中UART_RI為振鈴指示，當(dāng)外部來電時波形圖6所示，周期變化。短信時波形如圖7所示。由單片機軟件判斷是來電呼叫還是短信息，LPG為模塊狀態(tài)指示，來電時持續(xù)高電平。

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是單片機如何利用AT命令控制GSM模塊識別來電號碼，準(zhǔn)確控制繼電器進(jìn)行紅外目標(biāo)源投放任務(wù)。系統(tǒng)軟件流程如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)軟件流程圖

單片機初始化主要完成變量和緩存區(qū)的清零、串口速率的設(shè)置等工作，GTM900啟動后，單片機首先發(fā)送“AT+CIMI”請求 SIM卡國際標(biāo)識，模塊返回“460020828901928 ok”其中數(shù)字串與SIM有關(guān)，每個SIM卡都有唯一國際標(biāo)識碼，如果返回“+CME ERROR”表示SIM未初始化完畢，發(fā)送“AT+CPAS”查詢模塊狀態(tài)，應(yīng)返回“+CPAS:0”，如返回“2”，模塊未成功入網(wǎng)。單片機重啟GTM900模塊，重復(fù)自檢過程，如不成功，單片機程序退出并報警指示。

自檢通過后，需發(fā)送AT命令設(shè)定GTM900模塊短信模式，終端只發(fā)送“System test ok”ASCII短信息，所以MCU發(fā)送“AT+CMGF=1”設(shè)置文本方式發(fā)送，“AT+CSCA=“8613800371500”，154”設(shè)置短信服務(wù)中心號碼(以洛陽為例)，“AT+CMGS=135985623xx”發(fā)送目的地號碼(地面站號碼)，模塊返回“＞”字符后單片機向串口發(fā)送“System test ok”字符串，控制器終端完成自檢。GTM900模塊處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，等待地面站呼叫。

當(dāng)?shù)孛嬲竞艚薪K端時來電振鈴UART_RI輸出圖6波形，單片機下降沿中斷進(jìn)入服務(wù)程序判斷是來電還是短信息，如果是來電，發(fā)送“AT+CLCC”命令查詢呼叫，解析返回信息“+CLCC，1，0，4，0，0，”135985623xx”，129"”中呼叫號碼，如為地面站呼叫進(jìn)入投放服務(wù)程序，否則發(fā)送“ATH”命令掛斷當(dāng)前干擾呼叫。

3 結(jié)束語

設(shè)計的低成本紅外源遠(yuǎn)程投放控制器，采用軟件與硬件相結(jié)合的方法提高系統(tǒng)可靠性，依托可靠、分布范圍廣泛的GSM通訊網(wǎng)絡(luò)，以單片機為核心邏輯處理單元與GSM模塊相配合完成地面站呼叫號碼識別并進(jìn)行任務(wù)投放。此系統(tǒng)成本低、可靠性高、抗干擾能力強、不受距離等限制，在某型紅外導(dǎo)彈外場試驗時得到了實際應(yīng)用，效果良好。

［1］昭彰逵.GSM數(shù)字移動通訊應(yīng)用系統(tǒng)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2001.

［2］華為技術(shù)有限公司.GTM900無線模塊產(chǎn)品描述手冊［M］.深圳:華為技術(shù)有限公司，2005.

［3］Simcome Inc.Sim300C hardware interface description［M］.Norwerland:Simcome Inc，2006.

［4］華為技術(shù)有限公司.GTM900無線模塊AT命令手冊［M］.深圳:華為技術(shù)有限公司，2007.

［5］聶敏，曹曉川.一種基于同頻共享的移動通信系統(tǒng)擴容方法［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報，2004，9(3):41－44.