基于HKT-80BK的一种伞降通信系统的研究

王 伟 ， 梁楚华 ， 周建平

（1.新疆大学 机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047；2.解放军69290部队 新疆 喀什 844000）

对讲机为我军基层部队在日常训练中主要的通讯工具。目前市面上的对讲机都是半双工，跳伞队员在伞降过程不能操作对讲机，因此很难保证跳伞队员人身安全，从而导致我军伞降训练质量不高。因此设计一种可自动切换声道的的对讲机，可以解决以上弊端。

文中根据单片机、声控等数字电路技术为基础，设计出了一种通过声音控制声道切换的对讲机，具有免提通话的功能，在跳伞过程可以自动应答。

1 总体结构设计

系统来源于解放军69290部队的一项科研项目，在结构上分为4个大部分，分别是定时报警功能、实时测量风速、定时测量高度、和实现语音对讲4个功能，系统的结构框图如图1所示。文中只阐述语音对讲这部分，此部分主要功能是帮助跳伞队员在伞降过程中可以用声音控制对讲机的声道切换。目前，可以实现无线语音全双工对讲的方案有两种，一是根据TDD时分通信协议设计出一种全新的数字对讲机，可以实现双工对讲，但其成本高，通信不稳定，第2种方案是在模拟对讲机的基础上进行技术改进，采用声音来控制对讲机的声道切换，其特点是成本较低，技术成熟，适合基层部队使用。因此采用第2种方案。

2 系统的硬件设计

此系统在结构上可分为语音对讲模块、控制模块和声控模块3个部分。语音对讲模块主要完成语音信号和其它数据的发送和接受，采用深圳尚瑞思电子有限公司的HKT－80BK无线对讲、数传收发模块。控制模块采用AVR系列的ATmega16单片机，主要完成系统定时和对其它模块的控制，声控模块主要是根据周围声音来控制对讲机PTT引脚电平改变，实现声道切换功能。其系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构原理框图Fig.1 Principle block diagram of parachute landing communication system

2.1 HKT-80BK对讲模块

HKT－80BK是一款性价比极高的无线语音对讲及数传模块，集成了高性能射频收发芯片、微控制器以及射频功放。尺寸为 18×35×3.2 mm；工作温度为－20～+55 ℃；工作频段在400～470 MHz范围内可调。广范的应用于便携式对讲及传呼系统、无线数传、手机及其他产品嵌入对讲机。

该模块具有接口简单的特点，有18个引脚（其中第5引脚PTT脚为发射接收控制脚，1=接收、0=发射），只需外接天线、MIC和语音功放即可组成一台完整的对讲机。HKT-80BK模块提供AT指令接口，通过这些AT指令可以方便地跟模块进行通讯和控制；模块在上电工作后，如没有收到AT指令，其默认工作参数为：GBW=12.5 KHz，TFV=450.050 MHz，RFV=450.050 MHz，接收和发射 CTCSS=01，SQ=3，扰频关闭；外控制器可通过标准的异步串行接口（RS232）通讯来设置模块工作参数并控制整个模块的收发。

2.2 ATmega16单片机的功能介绍

随着数字电路的快速发展，目前市面上的单片机种类很多，考虑的本产品的综合要求要求，我们选用了AVR系列的ATmega16单片机。ATmega16单片机是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控器，其内部具有6种睡眠模式，可以实现优异的超低功耗模式。同时在一个时钟周期内可以执行一条指令，可以取得1MIPS/MHz的性能，因此具有实时性。在语音对讲模块中，ATmega16单片机的作用主要是通过串口指令控制HKT-80BK对讲模块的频道调换。ATmega16单片机的结构框图如图2所示。

图2 ATmega16单片机的结构框图Fig.2 Principle block diagram of ATmega16 MCU

2.3 声控电路

声控电路采用日本无线电公司生产的一种音频电平转换集成电路NJM2072，其采用8脚DIP封装，内部含有音频放大器、检波器、模拟电子开关、施密特触发器、缓冲放大器及恒流源等。本系统采用的声控开关电路如图3所示。

图3 声控电路图Fig.3 Sonic module circuit diagram

利用MIC拾取的语音信号作为触发信号。为了防止信号微弱而丢失必须得经过三极管进行放大。其中RP为精度调节电位器，可根据实际使用环境调节对声音的灵敏度。可以避免环境噪声对声控系统的干扰。当音频信号经过NJM2072的7脚输出后，就将模拟信号转变为数字信号，输出为低电平，当为低电平时，就驱动延时继电器K吸合，同时灯LED1亮，即接到HKT-80BK模块PTT键的电位为低，此时对讲机处于发射状态。从而实现了对讲机由接受状态到发射状态的切换。

2.4 功率放大电路

功率放大电路的核心是单声道音频功率放大器LM4871，其内部有两个运放工作，运放设置成桥接方式，因此在同等条件下能使负载产生4倍的输出功率，保证其失真度在百分之十之内，同时在伞降过程中采用耳机输出的方式，这样就可以防止在语音接受过程中声控系统受到干扰。具体电路图如图4所示。

图4 功率放大电路Fig.4 Amplification power circuit

3 系统的软件设计

系统软件部分的核心是单片机控制声控电路对声道的切换及对讲机频道的调节。程序的开发平台为ICCAVR开发平台，用C语言进行开发，程序的主要主要功能如下：首先是对系统上电进行初始化、其次是建立通信连接、然后判断收发状态。软件流程图如图5所示。

4 结束语

图5 系统软件设计流程图Fig.5 Flow chart of system software design

文中主要对HKT-80BK对讲机模块的特点和工作性能进行了详细的介绍。并给出了其硬件连接电路。通过项目的要求，设计了声控电路通过语音来控制对讲机，达到可免提通话的目的，是本次设计的最大创新点。对本系统经过调试，在0.5 W、传输距离在1 000 m范围内音质良好，本系统具有操作方便，声音清楚的特点，在很大程度上解决了部队伞降训练中面临的通信困难。

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