由于各種條件限制，專(zhuān)業(yè)實(shí)裝設(shè)備型號(hào)、數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)訓(xùn)練需求，研制示教訓(xùn)練系統(tǒng)是運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，采取模擬化、網(wǎng)絡(luò)化、形象化的教學(xué)手段，解決專(zhuān)業(yè)教學(xué)訓(xùn)練中的實(shí)際問(wèn)題，節(jié)約教學(xué)訓(xùn)練成本，提高教學(xué)訓(xùn)練質(zhì)量和效果。

一、示教訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

專(zhuān)業(yè)設(shè)備示教訓(xùn)練系統(tǒng)，研制設(shè)計(jì)主要遵循以下三條原則。

（一）實(shí)用性原則

根據(jù)應(yīng)用單位調(diào)研情況和教學(xué)實(shí)際需求，專(zhuān)業(yè)設(shè)備示教訓(xùn)練系統(tǒng)計(jì)劃研制出一套集模擬操作、教學(xué)演示、訓(xùn)練效果分析、考核評(píng)估于一體的示教訓(xùn)練系統(tǒng)，用示教設(shè)備代替實(shí)際設(shè)備，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)備的演示教學(xué)和操作訓(xùn)練，在教員演示教學(xué)、學(xué)員模擬操作、訓(xùn)練管理和諸要素集成訓(xùn)練等方面發(fā)揮作用。特別是演示教學(xué)，可以很地解決實(shí)裝體積小、操作項(xiàng)目多、不便于學(xué)員觀摩體驗(yàn)的問(wèn)題。

（二）先進(jìn)性原則

目前各級(jí)高等院校均在積極研制與使用示教系統(tǒng)，但存在著兼容性差的問(wèn)題，即某一示教系統(tǒng)往往局限于本專(zhuān)業(yè)或者單類(lèi)設(shè)備，與其他示教設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，不能很好地體現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)備的一體化運(yùn)用的實(shí)際。本系統(tǒng)以“核心平臺(tái)通用、軟硬模控結(jié)合”為指導(dǎo)思想，研制適用于不同種類(lèi)、型號(hào)示教系統(tǒng)的通用數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和訓(xùn)練管理軟件系統(tǒng)，以硬件模擬與軟件控制相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)教員演示教學(xué)、學(xué)員操作訓(xùn)練評(píng)判、故障回放定位等功能，具有較強(qiáng)的先進(jìn)性和很好的發(fā)展前景。

（三）經(jīng)濟(jì)性原則

示教訓(xùn)練系統(tǒng)可以用較少的投入實(shí)現(xiàn)與實(shí)裝基本一致的操作使用效果，解決學(xué)員在訓(xùn)練中設(shè)備缺乏、誤操作多、易損壞設(shè)備等實(shí)際問(wèn)題，彌補(bǔ)設(shè)備不足的實(shí)際，減少對(duì)實(shí)裝操作的損耗，節(jié)約訓(xùn)練成本。示教系統(tǒng)相對(duì)實(shí)裝操作訓(xùn)練而言，其使用和維護(hù)成本將大大降低，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

二、示教訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思路

根據(jù)專(zhuān)業(yè)設(shè)備實(shí)裝工作原理與特點(diǎn)，通過(guò)AVR單片機(jī)系統(tǒng)編程的方式對(duì)實(shí)裝的操作流程進(jìn)行模擬。模擬控制單片機(jī)系統(tǒng)安放在示教設(shè)備機(jī)箱內(nèi)，通過(guò)其自帶的SPI接口連接到ENC28J60以太網(wǎng)控制器中，通過(guò)控制器的RJ45接口連接到以太網(wǎng)交換機(jī)，管理主機(jī)也通過(guò)RJ45接口連接到太網(wǎng)交換機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)各示教設(shè)備同管理主機(jī)間的以太網(wǎng)連接。

在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)管理控制主機(jī)，其上設(shè)計(jì)運(yùn)行一個(gè)示教管理程序，示教設(shè)備上的操作信號(hào)可以通過(guò)交換機(jī)傳輸至管理主機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作軟硬件同步展現(xiàn)；通道管理主機(jī)和示教設(shè)備上的模擬控制單片機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合控制，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備單機(jī)操作功能的模擬；示教管理程序通過(guò)對(duì)各示教設(shè)備傳來(lái)的操作信號(hào)進(jìn)行評(píng)判，可以進(jìn)行信道通斷控制，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備組網(wǎng)功能。

由于實(shí)際設(shè)備操作配置較為復(fù)雜，同時(shí)參訓(xùn)者的實(shí)際配置方法和步驟很難預(yù)測(cè)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)操作配置結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，需要考慮設(shè)計(jì)規(guī)劃一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“設(shè)備模擬參數(shù)配置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”，完整地存放參訓(xùn)者的配置結(jié)果，一次完整配置訓(xùn)練將對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際的“配置參數(shù)對(duì)象”，這個(gè)“配置參數(shù)對(duì)象”將通過(guò)以太網(wǎng)提交到管理主機(jī)中，然后同管理主機(jī)中預(yù)先產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)“配置參數(shù)對(duì)象”進(jìn)行比較。如果兩個(gè)對(duì)象完全相同，就認(rèn)為參訓(xùn)者的操作配置結(jié)果完全正確，如果兩個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)存在著不同，就說(shuō)明參訓(xùn)者的操作配置存在錯(cuò)誤。

三、示教訓(xùn)練系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

示教訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括示教設(shè)備機(jī)箱內(nèi)AVR單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模擬通道控制設(shè)計(jì)與語(yǔ)音模擬通道控制設(shè)計(jì)。

（一）AVR單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)專(zhuān)業(yè)設(shè)備組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作示教訓(xùn)練設(shè)備一套，示教設(shè)備外形、面板布局、鍵盤(pán)操作和液晶屏界面顯示均與實(shí)際設(shè)備操作、顯示一致，便于學(xué)員熟悉設(shè)備；系統(tǒng)中示教設(shè)備的操作、顯示以及與管理主機(jī)的數(shù)據(jù)交互的控制均由AVR單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件部分控制核心芯片采用AVR128系列單片機(jī)。單片機(jī)控制模塊置于示教設(shè)備機(jī)箱內(nèi)，通過(guò)AVR單片機(jī)系統(tǒng)編程對(duì)示教設(shè)備的操作進(jìn)行模擬響應(yīng)控制，完成對(duì)實(shí)裝基本功能的模擬，實(shí)現(xiàn)與實(shí)裝操作感觀基本一致的操作效果，滿足示教設(shè)備單機(jī)教學(xué)、訓(xùn)練需求；研制數(shù)據(jù)、話音模擬信道通模塊，在AVR單片機(jī)系統(tǒng)的控制下單片機(jī)以太網(wǎng)接口電路、鍵盤(pán)按鍵電路和顯示輸出電路等，實(shí)現(xiàn)示教設(shè)備功能響應(yīng)與語(yǔ)音通道通斷控制，模擬實(shí)裝實(shí)話音、數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。

（二）數(shù)據(jù)信道模擬設(shè)計(jì)

采用可編程控制的以太網(wǎng)交換機(jī)連接語(yǔ)音、數(shù)據(jù)終端和管理主機(jī)，使用IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)通道通斷的控制。

訓(xùn)練管理主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)示教設(shè)備的操作情況進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)判，如果進(jìn)行數(shù)據(jù)、語(yǔ)音通信的雙方（組網(wǎng)時(shí)可以使多方）操作都正確，管理主機(jī)通過(guò)TELNET程序登陸到交換機(jī)的IOS上，將對(duì)應(yīng)終端在交換機(jī)上的接入端口打開(kāi)，從而建立各數(shù)據(jù)終端間的模擬數(shù)據(jù)通道。

在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，如有任何一方的操作改變了參數(shù)設(shè)置，訓(xùn)練管理主機(jī)將監(jiān)控到該操作并做出判斷；如在實(shí)裝中該參數(shù)設(shè)置更改會(huì)引起數(shù)據(jù)通信的中斷，訓(xùn)練管理主機(jī)將通過(guò)TELNET程序向交換機(jī)的IOS發(fā)出關(guān)閉相應(yīng)模擬數(shù)據(jù)終端接入端口的指令，從而斷開(kāi)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)終端間的模擬數(shù)據(jù)通道。

（三）語(yǔ)音信道模擬設(shè)計(jì)

針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)差的問(wèn)題，考慮采用VOIP和IP技術(shù)對(duì)語(yǔ)音通信系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。各模擬語(yǔ)音終端主要由PCM編/解碼器和VOIP適配器組成，通過(guò)VOIP適配器可以將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的IP數(shù)據(jù)包，各IP終端的接續(xù)控制由語(yǔ)音服務(wù)器完成。

訓(xùn)練管理主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)操作者的操作情況進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)判，如果進(jìn)行語(yǔ)音通信的雙方（組網(wǎng)時(shí)可以使多方）操作都正確，管理主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)向語(yǔ)音服務(wù)器發(fā)送指令，使各語(yǔ)音終端間建立模擬語(yǔ)音通道。在語(yǔ)音通信過(guò)程中，如有任何一方的操作（有意或無(wú)意）改變了參數(shù)設(shè)置，訓(xùn)練管理主機(jī)將監(jiān)控到該操作并作出判斷（如在實(shí)裝中該參數(shù)設(shè)置更改會(huì)引起通信的中斷），訓(xùn)練管理主機(jī)將向語(yǔ)音服務(wù)器發(fā)送中斷語(yǔ)音通信的指令，各終端間的IP語(yǔ)音通道斷開(kāi)。

（作者單位：二炮工程大學(xué)士官學(xué)院）