摘 要:介紹某型電臺(tái)示教系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)說明系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。為了達(dá)到更加直觀、清楚地展現(xiàn)電臺(tái)的工作過程，方便地進(jìn)行性能測試和故障診斷的目的，提出將電臺(tái)所有的結(jié)構(gòu)和工作過程開放化、形象化的設(shè)計(jì)理念，采用將電臺(tái)整體放大引出觀測點(diǎn)的方法，使電臺(tái)的各項(xiàng)功能、測試性能指標(biāo)和信號波形能通過示教系統(tǒng)直觀的展示。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)使用方便、性能穩(wěn)定、工作過程形象直觀，既能在教學(xué)中使用，也可用于測試和故障診斷。軟件設(shè)計(jì)采用圖形化程序語言LabVIEW作為軟件的開發(fā)平臺(tái)，并結(jié)合運(yùn)用了數(shù)據(jù)庫技術(shù)。

關(guān)鍵詞:電臺(tái);示教系統(tǒng);故障診斷;LabVIEW

中圖分類號:TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)05-061-03

Design and Realization of Radio Teaching System

DONG Jun1，2，TAN Yeshuang1，PU Xiuying2

(1.Ordnance Engineering College，Shijiazhuang，050003，China;2.Unit of 63898，Jiyuan，454650，China)

Abstract:A method for designing a certain kind of radio teaching system is introduced.The design for both the hardware and the software are described in detail.A concept of opening and visualizing the structure and operation of the radio is proposed，to realize clear display of the operation and implement the capability test and fault diagnoses conveniently.Through magnifying the radio entirely and giving the observation points，the radio′s features，testing specifications and signal waveform can be clearly demonstrated on the instruction teaching system.Experiments indicate that the system is easy-to-use and reliable in the operation，can be used in teaching，testing and fault diagnosis.LabVIEW as a graphical program language，is exploited to serve as platform in the software design，and database technology is also integrated.

Keywords:radio;teaching system;fault diagnosis;LabVIEW

0 引 言

無線電臺(tái)是我軍重要的通訊設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各級指揮控制系統(tǒng)中。電臺(tái)工作狀態(tài)的好壞與指揮控制系統(tǒng)通信實(shí)施的有效性和可靠性緊密相連，在戰(zhàn)場環(huán)境中，電臺(tái)操作或維修人員對電臺(tái)設(shè)備性能和結(jié)構(gòu)的掌握熟練程度顯得尤為重要。因此，對電臺(tái)操作人員進(jìn)行高水平的教學(xué)培訓(xùn)工作也越來越受到重視[1]。

傳統(tǒng)的電臺(tái)教學(xué)必須把電臺(tái)拆開才能展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而對其工作過程進(jìn)行演示時(shí)又要將其封裝起來，這樣對各個(gè)部件工作時(shí)的性能參數(shù)的觀察就很困難，而且過程相當(dāng)麻煩也很費(fèi)時(shí)。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)過程施教和受教雙方都有很多不便。本文介紹的電臺(tái)教學(xué)系統(tǒng)能很好地解決上述電臺(tái)教學(xué)中的困難，為方便、直觀地進(jìn)行完整的電臺(tái)教學(xué)講解以及故障測試提供了很好的技術(shù)支持。

1 示教系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思想

某型無線電臺(tái)內(nèi)部構(gòu)造采用模塊化設(shè)計(jì)，不同功能的電路板進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)，并分別實(shí)施了封裝，通過針孔插座與電臺(tái)母板連接，從而構(gòu)成電臺(tái)整體[2]。

為了在教學(xué)過程中能充分、直觀地展示電臺(tái)內(nèi)部各電路板構(gòu)件的各項(xiàng)功能、測試性能指標(biāo)和信號波形等，某型電臺(tái)示教系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)開放的平臺(tái)，系統(tǒng)的構(gòu)建充分遵循開放化、形象化的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也考慮了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，使其具有快速重構(gòu)、靈活擴(kuò)展的能力，以適應(yīng)電臺(tái)設(shè)備不斷發(fā)展更新的需求[3]。

該系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)思想如下:為了把電臺(tái)工作時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)引出進(jìn)行測試，并直觀地顯示出來供教學(xué)使用，先將電臺(tái)各個(gè)實(shí)裝部件分拆開，通過專門設(shè)計(jì)的實(shí)裝連接測試與指示板將各個(gè)實(shí)裝部件連接起來使電臺(tái)正常工作，構(gòu)成一個(gè)完整的電臺(tái)示教系統(tǒng)。同時(shí)，通過實(shí)裝連接測試與指示板將電臺(tái)各部件之間的信號引出，以供觀測和測試。系統(tǒng)通過控制電路和軟件系統(tǒng)，來控制測試部件的位置和指示燈的工作狀態(tài)，調(diào)配大屏幕液晶顯示器的顯示內(nèi)容。

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)兩方面的功能:既可以進(jìn)行整個(gè)電臺(tái)的工作原理演示，也可實(shí)現(xiàn)電路板測試診斷的功能。當(dāng)系統(tǒng)將整個(gè)電臺(tái)實(shí)裝部件連接起來，使電臺(tái)正常工作時(shí)，可通過顯示器顯示從各個(gè)部件引出的信號和數(shù)據(jù)，來演示電臺(tái)的工作過程;若只將某一塊電路板連接上而其他電路板斷開，可通過觀測儀器進(jìn)行此電路板的測試診斷。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件組成由主控部件、實(shí)裝部件、實(shí)裝連接測試與指示板和觀測儀器組成，如圖1所示。

圖1 電臺(tái)示教系統(tǒng)硬件組成圖

2.1 主控與實(shí)裝部件的構(gòu)建

主控部件由主控計(jì)算機(jī)、液晶顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)組成，主要通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的軟件完成顯示和人機(jī)交互等功能。

實(shí)裝部件由電臺(tái)前面板、實(shí)裝電路板、耳機(jī)話筒和對外接口組成。蓋板上安裝電臺(tái)的對外接口如:天線口和數(shù)據(jù)口等外部發(fā)送和接收接口。實(shí)裝部件通過實(shí)裝連接測試與指示板構(gòu)成電臺(tái)的整體。

2.2 實(shí)裝連接測試與指示板設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)裝連接測試與指示板的功能

實(shí)裝連接測試與指示板對電臺(tái)母板進(jìn)行放大處理，為了教學(xué)和測試需要，加入控制和測試電路，主要用于電臺(tái)實(shí)裝部件連接、信號測試，并與大屏幕顯示器對應(yīng)指示測試位置。功能包括五個(gè)方面:將電臺(tái)的各實(shí)裝部件連接起來使電臺(tái)正常工作;將電臺(tái)對外連接插座引出，以供對外連接用;將各電路部件之間的連接信號引出，以供觀測;通過指示燈指示測試位置，以供觀察;通過按鍵控制大屏幕液晶顯示器顯示測試位置。

2.2.2 實(shí)裝連接測試與指示板的組成

實(shí)裝連接測試與指示板結(jié)構(gòu)如圖2所示，整個(gè)板可分為兩部分。

上半部分主要用于電臺(tái)實(shí)裝部件的連接和管腳信號的引出。插座用于連接實(shí)裝部件，其中面板插座放在電路板的背面，通過線纜連接前后面板，實(shí)裝電路板直接插在電路板插座上;每個(gè)插座的管腳通過跳線進(jìn)行橫向連接(縱向連接不通過跳線)，在跳線旁邊標(biāo)明管腳號，以便進(jìn)行信號連接控制。

下半部分是電源開關(guān)、電源指示燈和各接插件引出信號和標(biāo)注。指示板電源采用+24 V輸入，并通過穩(wěn)壓模塊變壓輸出+5 V電壓，為電路板提供電源。各接插件每一個(gè)引出腳旁邊有一個(gè)發(fā)光二極管指示燈和一個(gè)按鍵，用于指示和控制測試部件的位置。當(dāng)按下一個(gè)按鍵，計(jì)算機(jī)控制數(shù)字I/O發(fā)出信號為相對應(yīng)的發(fā)光二極管指示燈提供高電平使之發(fā)光，同時(shí)通過主控計(jì)算機(jī)通過運(yùn)行軟件發(fā)出指令，調(diào)出數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的電臺(tái)部件資料，使液晶顯示器顯示相對應(yīng)的測試部件位置，使教學(xué)對象能夠清楚直觀地看到電臺(tái)部件的工作狀態(tài)或者測試數(shù)據(jù)。同理，在顯示器上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊某一部件時(shí)，計(jì)算機(jī)通過軟件系統(tǒng)向控制電路發(fā)出指令，使被選部件所對應(yīng)的指示燈發(fā)光。若進(jìn)行故障測試，計(jì)算機(jī)可調(diào)出數(shù)據(jù)庫資料中所測試部件的正確參數(shù)，并與實(shí)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對照以判斷被測部件工作是否正常，以達(dá)到檢測的目的[4]。

圖2 實(shí)裝連接測試與指示板結(jié)構(gòu)圖

2.2.3 控制電路中控制矩陣的設(shè)計(jì)

由于連接測試與指示板上各部件引出的信號很多，線路較復(fù)雜。為了使電路簡潔、實(shí)用，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制矩陣來實(shí)現(xiàn)對開關(guān)和發(fā)光二極管的控制，這樣就減少了線路，簡化了面板線路的布局。

控制矩陣通過一個(gè)DB50插座實(shí)現(xiàn)，通過DB50傳送I/O控制信號，控制矩陣實(shí)現(xiàn)示意圖如圖3所示。

圖3 開關(guān)和指示燈控制矩陣示意圖

發(fā)光二極管指示燈和按鍵開關(guān)的1個(gè)管腳連接DB50管腳的行控制信號，另一腳連接DB50管腳的列控制信號，DB50插座的1~24腳連接行控制信號，25~48腳連接列控制信號，49，50接地，行線通過10 kΩ電阻接至+5 V電源。這樣通過50根線可控制24×24=576個(gè)發(fā)光二極管或開關(guān)。要點(diǎn)亮發(fā)光二極管，只需控制連其正極的I/O輸出高電平，而連其負(fù)極的I/O輸出低電平即可。由于行線初始狀態(tài)為高電平，所以在掃描按鍵時(shí)，給每列輪流置低電平，通過判斷哪一行為高電平即可確定那個(gè)按鍵被按下。

2.3 觀測儀器

觀測儀器由低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、萬用表、示波器和頻譜儀組成，通過RS 232接口與實(shí)裝連接測試與指示板連接，用于給電臺(tái)產(chǎn)生激勵(lì)和測試電臺(tái)的信號。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循模塊化、直觀化的設(shè)計(jì)理念，以數(shù)據(jù)庫作為軟件系統(tǒng)的主體，與測試軟件、故障診斷專家系統(tǒng)、操作系統(tǒng)一起構(gòu)成示教系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用圖形化程序語言LabVIEW作為軟件的開發(fā)平臺(tái)，該軟件具有界面設(shè)計(jì)直觀、靈活、便于快速構(gòu)建;數(shù)據(jù)庫方面操作簡單、執(zhí)行速度快的特點(diǎn)，是構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)的理想平臺(tái)。系統(tǒng)中與實(shí)裝部件有關(guān)的所有信息均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫提供測試所需的各項(xiàng)參數(shù)，包括各部件的結(jié)構(gòu)組成及圖片說明，部件的性能參數(shù)指標(biāo)，測試流程順序等，并將測試結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中[8]。軟件的測試流程為:根據(jù)硬件控制電路發(fā)出的指令，由主控計(jì)算機(jī)調(diào)用部件資料數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的部件信息，并顯示在大屏幕上。同時(shí)也可以利用故障診斷專家系統(tǒng)，參照測試結(jié)果數(shù)據(jù)庫提供的信息，對電臺(tái)部件進(jìn)行故障診斷。

各軟件模塊的功能如下:

人機(jī)界面模塊 對軟件系統(tǒng)進(jìn)行操作和演示。

測試數(shù)據(jù)采集模塊 根據(jù)選擇的測試部件，將與硬件部分連接的觀測儀器，如示波器、頻譜儀等測試的數(shù)據(jù)采集到主控計(jì)算機(jī)中。

測試數(shù)據(jù)分析處理模塊 將采集到的數(shù)據(jù)在后臺(tái)進(jìn)行分析和處理，以更加直觀的形式呈現(xiàn)出來。并按照設(shè)定的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)到測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，便于后續(xù)的故障診斷。

故障診斷專家系統(tǒng)模塊 按照故障診斷知識數(shù)據(jù)庫提供的診斷流程，將測試數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的故障特征知識，進(jìn)行故障類型判斷和定位。

數(shù)據(jù)庫管理模塊 調(diào)用函數(shù)對各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理、操作和維護(hù)。

4 結(jié) 語

電臺(tái)示教系統(tǒng)采用將電臺(tái)整體放大引出觀測點(diǎn)的方法，既能使電臺(tái)內(nèi)部各部件正常工作，又能很好地展示電臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作過程和性能參數(shù)，同時(shí)還可以完成電臺(tái)的測試診斷任務(wù)。方便于教學(xué)，克服了傳統(tǒng)的電臺(tái)教學(xué)模式中無法直觀、形象地演示的困難，省去了復(fù)雜的拆卸和測試儀器的連接等不必要的工作。經(jīng)過軟件測試和硬件環(huán)境測試，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠大幅度地提高電臺(tái)教學(xué)的效率和水平。

該電臺(tái)示教系統(tǒng)已運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐中，經(jīng)檢驗(yàn)使用效果良好，系統(tǒng)易學(xué)好用。但由于在設(shè)計(jì)過程中改變了連接線的長度并引出了測試接點(diǎn)，部分射頻信號在測試時(shí)有所衰減，但不影響電臺(tái)整體性能和示教系統(tǒng)的正常工作，而解決這一問題也是下一步的研究目標(biāo)。

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