基于安卓平台的远控S频段信标机系统设计与实现

2020-02-27叶君好周立新赵志军赵德艳

无线电工程 2020年3期

叶君好，周立新，蒋勇，赵志军，赵德艳

(中国人民解放军63726部队，宁夏银川750004)

0 引言

近年来，随着我国国防科技水平的不断发展，航天任务类型和数量呈较快增长趋势，多类型飞行器性能、状态出现较大变化，对航天测控系统提出了更高的要求[1-3]。为获得飞行器全新飞行运动轨迹下关键段落更高精度的遥测、外测等数据，测控单位新列装了多类型高精度测控设备，特别是大口径S频段设备[4-5]。

由于新设备口径大、精度高，为有效地检查和测试设备校相、校零和自跟踪性能等功能，需要架设比原有测控设备更高更远的信标机，同时需要对信标机的频点、衰减和载波调制等参数进行频繁切换，但目前信标机控制多采用有线连接或无线电台控制的方式：有线连接只适用固定测控阵地且距离有限；无线电台控制方式受无线电信号作用距离的制约，远距离传输稳定性能有待提升。在执行机动测量任务时，信标机的架设更是费时、费力，同时还需专人往返于设备场坪和信标架设点，对信标机电池进行充电和安防状态检查，人员安全风险较大且不利于设备工作开展，因此需探索设计不间断供电、远距离可靠控制和信号输出稳定的信标机系统。本文利用目前覆盖范围广的民用电信4G无线网络和基于成熟的安卓平台的移动终端应用开发手段，开发了一套基于安卓系统的远距离控制可靠的信标机系统，实现信标机一次架设、信号稳定和控制可靠，直至测量任务结束，有效提高了设备的工作效率。

1 系统设计方案

目前电信4G无线网络已基本实现了全面覆盖，基于安卓平台的APP开发方法比较成熟。依托电信4G无线网络，开发了基于安卓平台的远控APP，通过在手机上部署APP，实现了对自研S频段信标机的远距离、高可靠的实时控制。

系统共有2个部分：一个是控制端，是1部安卓手机(含电话卡)；另一个是被控制端，包括安卓手机1部(含电话卡)、蓝牙串口通信模块1块、USB转串口通信模块1块、自研S频段信标机1台及太阳能发电系统1套。系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图Fig.1 System overall design block diagram

控制端安卓手机利用APP，通过4G网络向被控制端安卓手机APP发送查询控制命令，被控制端安卓手机通过蓝牙经过串口转换实现对信标机的查询控制，太阳能发电系统向被控制端安卓手机、蓝牙转串口模块和信标机进行不间断供电。

2 系统实现

系统主要实现了3方面内容：① 信标机硬件系统的研制，包括射频开关控制、信号频率控制、信号衰减控制和状态实时采集等功能；② 手机端控制APP的开发，包括服务器管理模块、网络即时通信模块、蓝牙串口通信模块和工作模式快速切换等功能；③ 供电系统的实现，包括太阳能板便捷接入、多口DC 12 V输出和电源电量实时监控等功能，系统功能结构如图2所示。

图2 系统功能结构Fig.2 System functional structure

2.1 信标机硬件设计

信标机采用单环锁相频率合成技术，电路主要包括：集成鉴相器ADF4156、滤波器、压控振荡器VCO、匹配衰减电路、单片机电路、蓝牙模块和电源电路[6-8]，原理框图如图3所示。

图3 信标机原理框图Fig.3 Block diagram of beacon principle

信标机加电后，单片机MSP430F169通过蓝牙模块接收远端发来的控制信号[9-11]，对鉴相器ADF4156初始化。晶振参考信号和VCO反馈的比较信号输入至鉴相器ADF4156中，单片机控制ADF4156内的可编程参考分频、分数分频器进行分频，2个信号分频至鉴相频率，再通过芯片内集成的相位频率检测器PFD进行鉴相，得到误差电流后，经过内部的电荷泵后输出。滤波器对此输出的误差信号进行滤波，得到与参考、比较信号的频率和相位误差相关的控制信号，此控制电压控制微波VCO进行频率和相位调整，直至频率相同，仅存很小的稳态相位误差，环路锁定。锁定后，单片机对锁定状态信息通过蓝牙发送给远端进行显示。VCO另一路输出信号经匹配后，输出给信标天线。+12 V通过电源电路二次稳压，变换成+5 V和+3 V电源，给各单元模块供电。

2.2 手机控制安卓APP软件实现

2.2.1 通信接口帧格式设计

通信总线：RS-232；通信方式：异步、全双工和主从应答式；字符格式：1位起始位、8位数据位、无校验位和1位停止位；传输速率：9 600 bps；帧格式：帧头、数据区和帧尾。通信接口帧格式如表1所示。

表1 通信接口帧格式Tab.1 Communication interface frame format

2.2.2 蓝牙通信功能模块实现

启动蓝牙查找其他设备流程如图4所示。

图4 启动蓝牙查找其他设备流程Fig.4 Bluetooth find other device flow chart

从设置权限启动蓝牙查找其他设备开始需要6个基本步骤[12-13]：

步骤1：设置权限(在AndroidManifest.xml中声明使用蓝牙的权限)；

步骤2：启动蓝牙(查看本机是否支持蓝牙，然后获取BluetoothAdapter蓝牙适配器对象)；

步骤3：发现蓝牙设备(首先使本机处于可见状态，便于其他设备发现本机蓝牙，然后查找已经配对的设备，最后通过mBluetoothAdapter.startDiscovery()方法来搜索设备)；

步骤4：建立连接(启用一个服务器端的线程，死循环等待客户端连接)；

步骤5：交换数据(搜索到蓝牙设备后，获取设备地址，通过地址获取一个BluetoothDeviced对象，通过对象device.creatRfcommSocketToServiceRecord(MY_UU_ID))与服务器连接获取另一个socket对象；

步骤6：建立数据通信线程(读取通信数据)。

2.2.3 网络数据通信模块实现

基于环信SDK实现网络即时通信功能的快速集成[14-15]。具体步骤如下：

步骤1：下载环信SDK(V3.1.0)开发包；

步骤2：注册成为环信开发者；

步骤3：在环信平台上创建应用程序，获取AppKey；

步骤4：创建AdroidStudio项目，导入开发包中的库文件；

步骤5：添加权限；

步骤6：配置AppKey；

步骤7：声明SDK所需的Service，BroadcastReceiver；

步骤8：SDK初始化。

下面是软件关键代码，软件实现功能界面如图5和图6所示。

privatevoidinitConversation(){mConversation=EMClient.getInstance().chatManager().getConversation(mChatId,null,true);mConversation.markAllMessagesAsRead();

intcount=mConversation.getAllMessages().size();

if(count

//获取已经在列表中的最上边的一条消息id

StringmsgId=mConversation.getAllMessages().get(0).getMsgId();

mConversation.loadMoreMsgFromDB(msgId,20-count);}

if(mConversation.getAllMessages().size()>0){EMMessagemessge=mConversation.getLastMessage();

EMTextMessageBodybody=(EMTextMessageBody)messge.getBody();}

newThread(){

@Override

publicvoidrun(){try{ ArrayListusernamelist=(ArrayList)EMClient.getInstance().contactManager().getAllContactsFromServer();

contactList=usernamelist;}

catch(HyphenateExceptione)

{e.printStackTrace();Log.d("zlx",e.getMessage().toString());}}}.start();}

图5 软件实现功能界面1Fig.5 Software interface 1

图6 软件实现功能界面2Fig.6 Software interface 2

2.3 供电系统

供电系统如图7所示，采用1块18 V 30 W单晶太阳能板和1块12 V 20 AH硅能蓄电池的组合，其中太阳能板采用钢化玻璃层压，防护等级为IP65，硅能蓄电池可在-40～70 ℃范围内正常工作，满足户外使用要求。手机屏幕不亮时仅使用网络和定位功能，功耗约为1.1 W，信标机功耗为1.4 W，在正常日照条件下，蓄电池能够满足电源不间断地供应。