王 偉 ， 梁楚華 ， 周建平

（1.新疆大學(xué) 機械工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047；2.解放軍69290部隊 新疆 喀什 844000）

對講機為我軍基層部隊在日常訓(xùn)練中主要的通訊工具。目前市面上的對講機都是半雙工，跳傘隊員在傘降過程不能操作對講機，因此很難保證跳傘隊員人身安全，從而導(dǎo)致我軍傘降訓(xùn)練質(zhì)量不高。因此設(shè)計一種可自動切換聲道的的對講機，可以解決以上弊端。

文中根據(jù)單片機、聲控等數(shù)字電路技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計出了一種通過聲音控制聲道切換的對講機，具有免提通話的功能，在跳傘過程可以自動應(yīng)答。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)來源于解放軍69290部隊的一項科研項目，在結(jié)構(gòu)上分為4個大部分，分別是定時報警功能、實時測量風(fēng)速、定時測量高度、和實現(xiàn)語音對講4個功能，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。文中只闡述語音對講這部分，此部分主要功能是幫助跳傘隊員在傘降過程中可以用聲音控制對講機的聲道切換。目前，可以實現(xiàn)無線語音全雙工對講的方案有兩種，一是根據(jù)TDD時分通信協(xié)議設(shè)計出一種全新的數(shù)字對講機，可以實現(xiàn)雙工對講，但其成本高，通信不穩(wěn)定，第2種方案是在模擬對講機的基礎(chǔ)上進行技術(shù)改進，采用聲音來控制對講機的聲道切換，其特點是成本較低，技術(shù)成熟，適合基層部隊使用。因此采用第2種方案。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

此系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為語音對講模塊、控制模塊和聲控模塊3個部分。語音對講模塊主要完成語音信號和其它數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受，采用深圳尚瑞思電子有限公司的HKT－80BK無線對講、數(shù)傳收發(fā)模塊?？刂颇K采用AVR系列的ATmega16單片機，主要完成系統(tǒng)定時和對其它模塊的控制，聲控模塊主要是根據(jù)周圍聲音來控制對講機PTT引腳電平改變，實現(xiàn)聲道切換功能。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖Fig.1 Principle block diagram of parachute landing communication system

2.1 HKT-80BK對講模塊

HKT－80BK是一款性價比極高的無線語音對講及數(shù)傳模塊，集成了高性能射頻收發(fā)芯片、微控制器以及射頻功放。尺寸為 18×35×3.2 mm；工作溫度為－20～+55 ℃；工作頻段在400～470 MHz范圍內(nèi)可調(diào)。廣范的應(yīng)用于便攜式對講及傳呼系統(tǒng)、無線數(shù)傳、手機及其他產(chǎn)品嵌入對講機。

該模塊具有接口簡單的特點，有18個引腳（其中第5引腳PTT腳為發(fā)射接收控制腳，1=接收、0=發(fā)射），只需外接天線、MIC和語音功放即可組成一臺完整的對講機。HKT-80BK模塊提供AT指令接口，通過這些AT指令可以方便地跟模塊進行通訊和控制；模塊在上電工作后，如沒有收到AT指令，其默認工作參數(shù)為：GBW=12.5 KHz，TFV=450.050 MHz，RFV=450.050 MHz，接收和發(fā)射 CTCSS=01，SQ=3，擾頻關(guān)閉；外控制器可通過標準的異步串行接口（RS232）通訊來設(shè)置模塊工作參數(shù)并控制整個模塊的收發(fā)。

2.2 ATmega16單片機的功能介紹

隨著數(shù)字電路的快速發(fā)展，目前市面上的單片機種類很多，考慮的本產(chǎn)品的綜合要求要求，我們選用了AVR系列的ATmega16單片機。ATmega16單片機是基于增強的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控器，其內(nèi)部具有6種睡眠模式，可以實現(xiàn)優(yōu)異的超低功耗模式。同時在一個時鐘周期內(nèi)可以執(zhí)行一條指令，可以取得1MIPS/MHz的性能，因此具有實時性。在語音對講模塊中，ATmega16單片機的作用主要是通過串口指令控制HKT-80BK對講模塊的頻道調(diào)換。ATmega16單片機的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 ATmega16單片機的結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Principle block diagram of ATmega16 MCU

2.3 聲控電路

聲控電路采用日本無線電公司生產(chǎn)的一種音頻電平轉(zhuǎn)換集成電路NJM2072，其采用8腳DIP封裝，內(nèi)部含有音頻放大器、檢波器、模擬電子開關(guān)、施密特觸發(fā)器、緩沖放大器及恒流源等。本系統(tǒng)采用的聲控開關(guān)電路如圖3所示。

圖3 聲控電路圖Fig.3 Sonic module circuit diagram

利用MIC拾取的語音信號作為觸發(fā)信號。為了防止信號微弱而丟失必須得經(jīng)過三極管進行放大。其中RP為精度調(diào)節(jié)電位器，可根據(jù)實際使用環(huán)境調(diào)節(jié)對聲音的靈敏度?？梢员苊猸h(huán)境噪聲對聲控系統(tǒng)的干擾。當音頻信號經(jīng)過NJM2072的7腳輸出后，就將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，輸出為低電平，當為低電平時，就驅(qū)動延時繼電器K吸合，同時燈LED1亮，即接到HKT-80BK模塊PTT鍵的電位為低，此時對講機處于發(fā)射狀態(tài)。從而實現(xiàn)了對講機由接受狀態(tài)到發(fā)射狀態(tài)的切換。

2.4 功率放大電路

功率放大電路的核心是單聲道音頻功率放大器LM4871，其內(nèi)部有兩個運放工作，運放設(shè)置成橋接方式，因此在同等條件下能使負載產(chǎn)生4倍的輸出功率，保證其失真度在百分之十之內(nèi)，同時在傘降過程中采用耳機輸出的方式，這樣就可以防止在語音接受過程中聲控系統(tǒng)受到干擾。具體電路圖如圖4所示。

圖4 功率放大電路Fig.4 Amplification power circuit

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件部分的核心是單片機控制聲控電路對聲道的切換及對講機頻道的調(diào)節(jié)。程序的開發(fā)平臺為ICCAVR開發(fā)平臺，用C語言進行開發(fā)，程序的主要主要功能如下：首先是對系統(tǒng)上電進行初始化、其次是建立通信連接、然后判斷收發(fā)狀態(tài)。軟件流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語

圖5 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖Fig.5 Flow chart of system software design

文中主要對HKT-80BK對講機模塊的特點和工作性能進行了詳細的介紹。并給出了其硬件連接電路。通過項目的要求，設(shè)計了聲控電路通過語音來控制對講機，達到可免提通話的目的，是本次設(shè)計的最大創(chuàng)新點。對本系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試，在0.5 W、傳輸距離在1 000 m范圍內(nèi)音質(zhì)良好，本系統(tǒng)具有操作方便，聲音清楚的特點，在很大程度上解決了部隊傘降訓(xùn)練中面臨的通信困難。

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