机载选择呼叫模拟系统设计

2019-04-24张秉科

长沙航空职业技术学院学报 2019年3期

钟湧，张秉科

（广州飞机维修工程有限公司，广东广州 510470）

随着航空电子体系架构的进一步完善，选择呼叫系统也在不断的发展。许多飞机已将独立的选呼设备淘汰，对整个通信系统进行了整合[1]。设计方面HF(High Frequency 高频)收发机内部能够完成HF系统中选呼代码的解调，在无线电接口内完成选呼代码的解码和比对。与HF系统一样，VHF(Very High Frequency 甚高频)系统对选呼码的解调、解码和比对都是在VHF收发机内完成[2]。在收到选呼编码时将会与飞机自身的选呼代码进行比对，如果比对的结果一致，飞机将会发出“SELCAL”的提示音，与此同时显示器上将显示相应的视觉信息。

早些时期航空电子设备内包含多个相互独立的子系统，称之为分立式结构。之后便发展到混合式结构，结构中最早出现了系统的组合如塔台系统、航空系统等，使本来各自独立的子系统有了联系。正是在混合式结构的基础上又有了综合化结构的出现，或者称为联合式结构。

正是由于航空科技的迅速发展，我们现在拥有的电子式的选择呼叫系统仅仅用了几十年时间便取代了机械式的选择呼叫系统。新飞机的设备技术虽然在不断发展，但许多地方的塔台所配备的选呼发射设备没能得到及时的更新。在一些比较偏远的地方，其设备更加老旧，还是20世纪70年代的水平。此情况下，飞机设计过程中，要保证新设计的选择呼叫系统能够很好的兼容旧的选呼系统[3]。

1 机载选择呼叫系统原理分析

1.1 机载选择呼叫系统功能简介

机载选择呼叫系统主要是利用地面塔台通过高频和甚高频通信系统对指定飞机进行联系。选择呼叫系统接收到来自飞机通讯接收机输出的选择呼叫音频编码信号，在收到本飞机的编码时，选择呼叫系统就用指示灯亮和提示音信号向机组发出提醒[4]。通过这样的方式，有利于飞行员更好地驾驶飞机，不用为了准备通话一直佩戴耳机。另一方面，有了声光提醒后能够按照指示的通信系统联络通话，避免了让机组长期守候地面的呼叫，图1为选择呼叫系统框图。

图1 选择呼叫系统框图

1.2 机载选择呼叫系统组成

此系统主要由以下部分组成：选择呼叫译码器、选择呼叫控制面板、选择呼叫程序开关组件、选择呼叫音响警告继电器等。

1.2.1 选择呼叫控制板

选择呼叫控制面板的功能主要是提供有关选择呼叫系统的目视指示和复位操作，如图2所示。

图2 选择呼叫控制面板

1.2.2 选择呼叫译码器

译码器功能是对接收到音频信号进行译码，判断是否与飞机代码一致，如果结果一致，便会产生提示信号，反之则不产生提示信号。

1.2.3 选择呼叫程序开关组件

选择呼叫程序开关组件主要用来选择飞机自身的代码，其面板上有24个开关，其中只有16个在使用，剩下的开关都是没有进行连接的，每四个开关为一组，可以设定一个选择呼叫字母，而飞机的选择呼叫代码则是有四个字母组成，如表1所示。

表1 英文字母对应BCD码

1.2.4 选择呼叫音响警告继电器

声响警告组件会出现多种声音来提醒飞行员飞机相应的状况。内部装有谐音发生器、火警警告铃和超速抖杆声。谐音发生器产生的提醒音调送到喇叭，飞行员就可听到选择呼叫提醒声音。

1.3 选呼信号分析及传输方式

每一个选呼信号都是由两个连续的脉冲信号组成，每一个脉冲信号内含有两个不同频率的编码，如图3所示。当地面工作人员向某一架特定的飞机进行呼叫时，按下相应的飞机代码按钮，发射机将会发射选呼信号，这个选呼信号含有两个连续脉冲，每个脉冲持续时间为1.0±0.25s，两个脉冲的时间间隔为0.2±0.1s，每个脉冲都含有两个不同频率音频音调，对应于每个选呼信号都有四个不同频率的音频音调，每个选呼代码所代的频率如表2所示。如果四个音调都匹配，选择呼叫控制面板将会有声光提示，提示飞行员有相应的呼叫等待接通。

图3 呼叫码组成

表2 音调对应频率

2 系统硬件设计

2.1 系统综合设计

机载选择呼叫模拟系统接收部分，在接收到音频音调信号，要对接收到的音频音调信号进行滤波，前面介绍了从地面塔台发射出的选呼信号形式及包含的信息内容，接下来通过选呼信号的处理流程将机载选择呼叫模拟系统进行功能模块划分，根据模块划分来进行硬件设计。在Altium2004中画好原理图，如图4所示。

图4 选泽呼叫模拟系统原理图

2.2 系统详细设计

把选择呼叫模拟系统进行功能分类，接着简述子系统用到的元件，最后设计子系统。

2.2.1 滤波模块

经过对机载选择呼叫系统的了解，地面塔台使用发射机发射选呼信号。选呼信号是由两个连续脉冲组成，每个选呼信号内包含四个不同频率的选呼码。如要模拟机载选择呼叫系统的选呼信号解码，就需要对选呼信号进行滤波处理，将选呼信号里包含的四个选呼码通过滤波，将其过滤出来。

对音频信号的滤波，一种可以使用滤波电路，但碍于滤波数量的众多，以及滤波电路相对复杂，故选择使用LM567芯片（或称“锁相环音频译码器”）；另外一种是8脚双列直插式芯片，通过软件对滤波模块进行了设计如图5所示。

图5 单个LM567滤波器

2.2.2飞机代码选择模块

滤波模块对音频信号进行滤波，因音频信号含16种不同频率的选呼代码，故滤波模块输出后会有16个引脚，要同滤除的选呼代码进行对比，这就需要飞机代码选择模块进行对飞机代码的选择，每个飞机代码都可以用BCD码来表示，二进制的1和0可以用开关的断开和闭合来表示，设计如图6表示。

图6 飞机代码选择设计图

图7 74LS151引脚图

2.2.3 单片机模块

单片机模块中选用AVR单片机的最小模块和芯片74LS151数据选择器，用74LS151的数据选择功能对引脚简化，通过操作员的意图来选择对相应信号。74LS151引脚图如图7所示。

滤波模块滤出了选呼信号所含的音频音调，在飞机代码选择模块选择模拟飞机代码的输出，之后可知两个模块都有输出引脚16个，如果把两个引脚的输出引脚都接到Atmega16单片机上，直接把单片机的引脚都占用了，那将没有引脚可以连接声光提示引脚了，需要对引脚进行简化。滤波模块和飞机代码选择模块的输出信息相似，都是16个高地电平，就以滤波模块为例来介绍如何适合数据选择器对引脚进行简化[5]。

经过四个数据选择器的引脚简化，连接到单片机的线也比较合理。具体连接如图8所示。

图8 Atmega16单片机连接图

2.2.4声光提示模块

单片机把接收到的选呼信号跟飞机代码对比后，选呼代码与飞机代码相匹配则输出声光提示信号，进而让蜂鸣器和灯进行提示。关于声光提示的设计是由三极管的基极来接收来自单片机的声光提示信号，三极管的发射极连接蜂鸣器或LED灯（LED灯还需接个分压电阻）在与5V的VCC相连，集电极则直接与地相连，构成一个由单片机控制的声光提示线路，如图9所示。

图9 声光提示电路图

2.2.5 单片机程序输入

编写单片机信号源出理程序，将16个输入单片机的0或1信号源进行整合，整合成四个0或1信号源输出，输出信号源将在声光提示器显示处理结果。

3 系统测试

3.1 子系统测试

3.1.1 硬件调试

滤波模块测试程序仿真成功后对硬件进行调试。先给PCB板接通5V电源并且接地，用信号发生器给PCB板一个正弦幅值为2的音频信号并且按照图6，一一对应输入频率，对16个音频选择器的滑动变阻器进行调节，对滑动变阻器最大阻值选择上是有要求的，须用公式对滑动变阻器的最大阻值进行计算，得到试用最大阻值为20KΩ的滑动变阻器，调节滑动变阻器使对应的音频选择器由高电平变为低电平，图10、图11、图12以312.6Hz为例。

表3为16个音频选择器接收到对应频率选呼信号前后的电压显示。