基于HKT-80BK的一種傘降通信系統的研究

王 偉 ， 梁楚華 ， 周建平

（1.新疆大學 機械工程學院，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，從而導致我軍傘降訓練質量不高。因此設計一種可自動切換聲道的的對講機，可以解決以上弊端。

文中根據單片機、聲控等數字電路技術為基礎，設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答。

1 總體結構設計

系統來源于解放軍69290部隊的一項科研項目，在結構上分為4個大部分，分別是定時報警功能、實時測量風速、定時測量高度、和實現語音對講4個功能，系統的結構框圖如圖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，可以實現無線語音全雙工對講的方案有兩種，一是根據TDD時分通信協議設計出一種全新的數字對講機，可以實現雙工對講，但其成本高，通信不穩定，第2種方案是在模擬對講機的基礎上進行技術改進，采用聲音來控制對講機的聲道切換，其特點是成本較低，技術成熟，適合基層部隊使用。因此采用第2種方案。

2 系統的硬件設計

此系統在結構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據的發送和接受，采用深圳尚瑞思電子有限公司的HKT－80BK無線對講、數傳收發模塊。控制模塊采用AVR系列的ATmega16單片機，主要完成系統定時和對其它模塊的控制，聲控模塊主要是根據周圍聲音來控制對講機PTT引腳電平改變，實現聲道切換功能。其系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構原理框圖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傳模塊，集成了高性能射頻收發芯片、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范圍內可調。廣范的應用于便攜式對講及傳呼系統、無線數傳、手機及其他產品嵌入對講機。

該模塊具有接口簡單的特點，有18個引腳（其中第5引腳PTT腳為發射接收控制腳，1=接收、0=發射），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，其默認工作參數為：GBW=12.5 KHz，TFV=450.050 MHz，RFV=450.050 MHz，接收和發射 CTCSS=01，SQ=3，擾頻關閉；外控制器可通過標準的異步串行接口（RS232）通訊來設置模塊工作參數并控制整個模塊的收發。

2.2 ATmega16單片機的功能介紹

隨著數字電路的快速發展，目前市面上的單片機種類很多，考慮的本產品的綜合要求要求，我們選用了AVR系列的ATmega16單片機。ATmega16單片機是基于增強的AVRRISC結構的低功耗8位CMOS微控器，其內部具有6種睡眠模式，可以實現優異的超低功耗模式。同時在一個時鐘周期內可以執行一條指令，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對講模塊的頻道調換。ATmega16單片機的結構框圖如圖2所示。

圖2 ATmega16單片機的結構框圖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的一種音頻電平轉換集成電路NJM2072，其采用8腳DIP封裝，內部含有音頻放大器、檢波器、模擬電子開關、施密特觸發器、緩沖放大器及恒流源等。本系統采用的聲控開關電路如圖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信號。為了防止信號微弱而丟失必須得經過三極管進行放大。其中RP為精度調節電位器，可根據實際使用環境調節對聲音的靈敏度。可以避免環境噪聲對聲控系統的干擾。當音頻信號經過NJM2072的7腳輸出后，就將模擬信號轉變為數字信號，輸出為低電平，當為低電平時，就驅動延時繼電器K吸合，同時燈LED1亮，即接到HKT-80BK模塊PTT鍵的電位為低，此時對講機處于發射狀態。從而實現了對講機由接受狀態到發射狀態的切換。

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，其內部有兩個運放工作，運放設置成橋接方式，因此在同等條件下能使負載產生4倍的輸出功率，保證其失真度在百分之十之內，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 系統的軟件設計

系統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節。程序的開發平臺為ICCAVR開發平臺，用C語言進行開發，程序的主要主要功能如下：首先是對系統上電進行初始化、其次是建立通信連接、然后判斷收發狀態。軟件流程圖如圖5所示。

4 結束語

圖5 系統軟件設計流程圖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，是本次設計的最大創新點。對本系統經過調試，在0.5 W、傳輸距離在1 000 m范圍內音質良好，本系統具有操作方便，聲音清楚的特點，在很大程度上解決了部隊傘降訓練中面臨的通信困難。

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