Устройство формирования опознавательных сигналов на основе микроконтроллера

УДК 621.396.96

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ОПОЗНАВАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

© 2017 Н.Н. Кошелева, А.Б. Буслаев, С.И. Рембеза

В работе описывается устройство на основе микроконтроллера, обеспечивающее формирование текста, закодированного по азбуке Морзе. Предложенное устройство способно формировать одно-, двух-, трехбуквенный опознавательный сигнал. Цикл следования опознавательных сигналов - 15, 30 или 60 сек. Применение устройства позволяет реализовать формирование опознавательного сигнала на новой элементной базе при минимальных массогабаритных и энергетических показателях. Устройство содержит микропроцессорную систему, панель управления, выходные каскады ФОС (формирование опознавательного сигнала) и схему контроля ФОС. Формирование опознавательного сигнала осуществляется в микропроцессорной системе (МПС) в соответствии с программой, записанной в ее память. МПС может быть реализована на основе микроконтроллера, характерной особенностью структуры которого является размещение на одном кристалле с центральным процессором внутренней памяти и большого набора периферийных устройств (порты ввода-вывода данных, программируемые интервальные таймеры, АЦП, ЦАП). Применение предложенного устройства ФОС позволяет уменьшить количество функциональных узлов в устройстве, а также обеспечивает увеличение вероятности безотказной работы устройства. В работе приведена принципиальная схема ФОС на основе микроконтроллера, а также алгоритм работы микроконтроллера в плате ФОС

Ключевые слова: микроконтроллер, опознавательный сигнал, радиопривод, микропроцессорная система

Введение

В настоящее время аэродромы оснащены новейшими летательными аппаратами (ЛА) и сложными радиотехническими комплексами, обеспечивающими выполнение авиацией всех видов задач в любых метеоусловиях. Особую роль в выполнении этих задач играют наземные средства радиотехнического обеспечения (РТО). Основу РТО составляет радиолокационная система посадки (РСП), радиотехническая система ближней навигации (РСБН), инструментальные системы посадки (ИСП), приводные радиостанции (ПРС), автоматические радиопеленгаторы (АРП) и светотехнические средства.

Сущность РТО состоит в формировании и своевременной выдаче на борт самолетов информации, необходимой экипажу для определения своего места в воздушном пространстве. Средства РТО решают две «глобальные» задачи: обеспечение самолетовождения и обеспечение посадки ЛА [1].

Организация самолетовождения во многом зависит от максимальной дальности перелетов, а также от точности определения места ЛА с помощью средств РТО.

Для обеспечения самолетовождения в РТО используются следующие системы [2]:

система радиопривода на средних волнах;

Кошелева Наталья Николаевна - ВГТУ, канд. техн. наук,

доцент, e-mail: vstu-ppe@yandex.ru

Буслаев Алексей Борисович - ВУНЦ ВВС «ВВА им.

профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», канд.

техн. наук, доцент, e-mail: vstu-ppe@yandex.ru

Рембеза Станислав Иванович - ВГТУ, д-р физ.-мат. наук,

профессор, e-mail: rembeza@yandex.ru

- наземные радиопеленгаторы (КВ, УКВ, ДЦВ диапазонов);

- РСБН;

- светотехнические средства.

Постановка задачи

К системе радиопривода относятся автоматизированная приводная аэродромная радиостанция ПАР-10МС [3], предназначенная для привода летательного аппарата в район аэродрома и размещается на дальнем радиоприводном маркерном пункте (ДПРМ) или ближнем приводном маркерном пункте (БПРМ).

Основной аппаратурой приводной радиостанции является два полукомплекта передатчиков, блок автоматики, промежуточный контур и антенно-согласующее устройство.

Плата формирования опознавательного сигнала (ФОС), входящая в блок передатчиков, предназначена для формирования одно-, двух-и трехбуквенного опознавательного сигнала, закодированного по азбуке Морзе из любых 32 букв русского или 26 букв латинского алфавита и выдаваемого за один цикл.

Цикл следования опознавательных сигналов 15, 30, или 60 с.

Опознавательный сигнал кода Морзе имеет следующие временные характеристики:

- длительность точки (1тч) составляет 200

мс;

- длительность тире (1тр) составляет 600

мс;

- длительность паузы между буквами

600 мс;

длительность паузы между повторениями сигналов в одном цикле (1пп) составляет

1000мс.

Устройство ФОС содержит дешифратор кода набора и коммутатор адреса постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), схему управления коммутатором адреса ПЗУ, счетчик букв, интегральный программатор опознавательных сигналов (ОС), три микросхемы ПЗУ, формирователь последовательности кода Морзе, формирователь пауз, смеситель ОС и пауз, задающий генератор, делитель с постоянным коэффициентом деления (ДПКД), схему управления делителем, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПрКД), формирователь импульсов запуска, схему контроля ФОС и выходные каскады ФОС.

Выбор букв опознавательного сигнала, длительность циклов и количество букв в ОС производятся на панели управления с помощью переключателей. Сигнал с заданной частотой поступает на ДПКД с двумя коэффициентами деления. Вновь образуемые два сигнала используются для формирования значения времени цикла ДПрКД и в качестве тактовой частоты управляющей формирователем последовательности кода Морзе, формирователем пауз, смесителем ОС и пауз, а также формирователем импульсов запуска. Набор формируемых ОС и соответствующие этим буквам двоичные коды, количество элементарных посылок записаны в трех микросхемах ПЗУ. По команде со схемы управления коммутатором адреса ПЗУ, дешифратор кода набора и коммутатор адреса ПЗУ осуществляет выбор адреса ПЗУ, с которого ОС поступает на формирователь последовательности кода Морзе, с выхода которого ОС поступает на смеситель ОС и пауз, а затем в выходные каскады ФОС и далее на выход.

Недостаток данного устройства заключается в том, что для реализации заданной последовательности ОС, с определенным циклом повторения, используется более 10 функциональных узлов каждый из которых выполняет отдельную задачу, что приводит к уменьшению вероятности безотказной работы устройства.

Реализация задачи

Целью работы является разработка устройства формирования опознавательных сигналов на основе микроконтроллера семейства ЛУЯ. Применение микроконтроллера позволяет осуществлять обработку информации программным способом при минимальных мас-согабаритных и энергетических показателях

[4].

Следовательно, разработка ФОС на основе микроконтроллера является актуальным решением.

На рис. 1 показана структурная схема ФОС на основе микропроцессорной системы.

Рис. 1. Структурная схема устройства ФОС на основе микропроцессорной системы

Устройство содержит микропроцессорную систему, панель управления, выходные каскады ФОС и схему контроля ФОС. Формирование опознавательного сигнала осуществляется в микропроцессорной системе (МПС) в соответствии с программой, записанной в ее память. МПС может быть реализована на основе микроконтроллера, характерной особенностью структуры которого является размещение на одном кристалле с центральным процессором внутренней памяти и большого набора периферийных устройств (порты ввода-вывода данных, программируемые интервальные таймеры, АЦП, ЦАП) [5].

На рис. 2 представлена принципиальная схема ФОС на основе МК семейства ЛУЯ ЛТ-mega16.

ЦЕЛЬ КОНТ.

+12V 1

КОРП. 2

ВЫХ. 3

0,15 мк

т

470мк*6,3В

Т

0,1мк

"ОТ JL

Ю» I «30» I «15» I

2 1 Rfl ti ti

¡од» «2бук.»1 «1 бук.» 0 I R11 R12

Ъ tli "ЙЙ

DD2

CPU

PB7

RESET

VCC

GND

XTAL2

XTAL1

PD0

PD1

мм

34

33

32_

.31_

VD8

27_

W IF IF \F

fei

DD3

VDD CPU VOUT

COMP AGND

CAP/5V FSYNC

DGND SCLK

MCLK SDATA

А

Рис. 2. Принципиальная схема ФОС на основе МК семейства AVR ATmega16

Оператор на панели управления выбирает цикл следования ОС, количество букв в ОС, а также кодовые посылки. МПС опрашивает панель управления и записывает во внутреннюю память количество букв, цикл следования и кодовые посылки, и в зависимости от положения органов управления на панели управления формирует на выходе ОС с заданными параметрами. Далее ОС поступает на выходные каскады устройства ФОС, где он усиливается и проходит на выход устройства.

Для включения устройства в режим работы ФОС необходимо нажать кнопку «ввод» (линия PD.2). При отжатой кнопке устройство работает как датчик кода Морзе. После этого выбирается количество букв в кодовой посылке (линии PD.0 и PD.1) и цикл следования опознавательных сигналов (линии РВ.1 - РВ.3).

При передаче тире и точки, МК формирует на выходе (линия РВ.0) логическую единицу в течение времени, которое определяет скорость передачи кодовых посылок. Длительность тире выбирается в три раза больше длительности точки. С выхода МК кодовая посылка поступает на вход DD3 синтезатора (SDATA), где осуществляется его частотная модуляция (при передаче логического нуля формируется сигнал с частотой 400 Гц, а логической единицы - 1020 Гц). На выходе УОиТ синтезатора формируется тонально-модулированный сигнал, который поступает на выход ФОС.

Выбор необходимых кодовых посылок осуществляет микроконтроллер по линиям РЛ.0-РА.7 и РС.0-РС.3, где порт А программируется на ввод и состояния его выводов уста-

навливаются в высокий уровень, а порт C программируется на вывод, состояния его выводов устанавливаются в низкий уровень только в том разряде, где производится сканирование (выбор столбца). Код на языке Ассемблер приведен на рис. 3.

ldi temp, 0x00 out DDRA, temp out DDRD, temp out PORTB, temp ldi temp, 0xFF out DDRB, temp out DDRC, temp out PORTA, temp out PORTD, temp out PORTC, temp

Рис. 3. Инициализация портов ввода-вывода

Алгоритм работы начинается с подпрограммы опроса количества букв в кодовой посылке и подпрограммы опроса цикла следования кодовой посылки. После чего формируется буква кодовой посылки. После выполнения подпрограммы формирования каждой буквы происходит проверка соответствующего РОН до тех пор, пока разряд на нем не будет сброшен, после чего цикл программы повторяется.

Алгоритм работы МК в схеме ФОС приведён на рис. 4.

Выводы

Применение предложенного устройства ФОС позволяет реализовывать формирование текста кодом Морзе при минимальных мас-согабаритных и энергетических показателях, а уменьшение количества функциональных узлов в устройстве обеспечивает увеличение вероятности безотказной работы устройства.

Литература

1. Малышев В.А. Основы функционирования и эксплуатации средств радиотехнического обеспечения полетов авиации / В.А. Малышев. - Тамбов: ТВАИИ, 2004. - 254 с.

2. Лобачев Ю.В. Радиолокационные системы управления воздушным движением / Ю.В. Лобачев, Е.С. Перевозов. - Тамбов: ТВАИИ, 2005. - 86 с.

3. Радиостанция ПАР-10МС. Руководство по эксплуатации ПЯИУ, 2009. - 145 с.

4. Иванов Ю.И. Микропроцессорные устройства систем управления / Ю.И. Иванов, В.Я. Югай. - Таганрог: ТРТУ, 2005. - 189 с.

5. Рэвич Ю. Занимательная микроэлектроника / Ю. Рэвич. - Спб: БХВ, 2007. - 89 с.

Рис. 4. Алгоритм работы МК в схеме ФОС

Воронежский государственный технический университет

Военный учебный научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

IDENTIFICATION SIGNALS FORMING DEVICE BASED ON A MICROCONTROLLER

N.N. Kosheleva1, A.B. Buslaev2, S.I. Rembeza3

'PhD, Associate Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation,

e-mail: vstu-ppe@yandex.ru

2PhD, Associate Professor, Military scientific educational center of Military-Air forces "N.E.Zhukovsky and JU.A. Gagarin

Military-Air academy", Voronezh, Russian Federation, e-mail: vstu-ppe@yandex.ru 3Full Doctor, Professor, Voronezh State Technical University, Voronezh, Russian Federation,

e-mail: rembeza@yandex.ru

The paper describes a device based on a microcontroller, which provides the formation of text, encoded in the Morse code. The proposed device is capable of forming a one-, two-, three-letter identification signal. The sequence cycle of the identification signals is 15, 30 or 60 seconds. The use of the device makes it possible to realize the formation of an identification signal on a new element base, with minimal mass and size and energy indices. The device contains a microprocessor system, a control panel, output stages of the FIS (formation of an identification signal) and a control scheme for the FIS. The

identification signal is formed in the microprocessor system (MPS) in accordance with the program written in its memory. MPS can be implemented on the basis of a microcontroller, the characteristic feature of the structure is the placement on one chip with a central processor of internal memory and a large set of peripheral devices (data I / O ports, programmable interval timers, ADCs, DACs). The use of the proposed FIS device makes it possible to reduce the number of functional nodes in the device, and also provides an increase in the probability of failure-free operation of the device. The paper shows the basic scheme of FIS based on the microcontroller, as well as the algorithm of the microcontroller in the FIS board

Key words: the microcontroller, the identification signal, radio drive unit, microprocessor system

References

1. Malyshev V. A. "Fundamentals of the functioning and operation of means of radio engineering maintenance of flights of aircraft" ("Osnovy funktsionirovaniya i ekspluatatsii sredstv radiotekhnicheskogo obespecheniya poletov aviatsii"), Tambov, Tambov Higher Military Aviation Engineering School, 2004, 254 p.

2. Lobachev J. V., Perevozov E. S. "Radar systems air traffic control" ("Radiolokatsionnyye sistemy upravleniya vozdushnym dvizheniyem"), Tambov, Tambov Higher Military Aviation Engineering School, 2005, 86 p.

3. "The radio station PAR-10 MS. The user manual for PAIU" ("Radiostantsiya PAR-10MS. Rukovodstvo po ekspluatatsii PYAIU"), 2009, 145 p.

4. Ivanov Y. I., Yugai V. Y. "Microprocessor control systems" ("Mikroprotsessornyye ustroystva sistem upravleniya"), Ta gan-rog, TRTU, 2005, 189 p.

5. Revich Yu. "Entertaining microelectronics" ("Zanimatel'naya mikroelektronika"), SPb:BHV, 2007, 89 p.