CN106781806A - 一种便携式报务技能训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式报务技能训练系统。它包括用于信息处理的控制器以及与控制器连接的外围电路，控制器经过外围电路连接有单音产生与处理模块、电键信号预处理模块、显示触控模块、报文存储模块、无线通信模块、太网接口模块，控制器经过外围电路连接用于对控制器及各个模块进行供电的锂电池供电模块。采用上述的结构后，实现了发报训练、收报训练和通报训练各种功能，使用充电锂电池供电，充电后可随时随地使用，组网时既能够有线接入局域网交也可以无线互联，可在不同场景下进行组网通报训练，设备体积小、便携性好且组网灵活，有效解决了通信兵报务技能训练设备存在的便携性差、缺乏通报训练内容等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种军事通信用训练系统，具体地说是一种便携式报务技能训练系统。
背景技术
尽管随着通信技术的不断发展，军事通信装备不断升级换代，短波电台的数字化水平越来越高，但以莫尔斯电码为主的无线电报务在军事通信中依然有着重要的地位，尤其是手键拍发和人工收报在工作展开迅速、抗干扰性能好、保密性强等方面的优势还很难被其他方式替代。为了使报务人员具有较高的熟练程度，因此通常需要对报务技能进行训练，但是手键拍发、人工收报等报务技能的训练强度大、周期长，且需要报务人员在其从业期间坚持训练，传统上，在训练过程中仅靠教练员组织训练的方式，不仅效率低而且教练员劳动强度大，
随着计算机技术和嵌入式技术的发展，报务技能训练系统的开发促进了无线电报务人员训练效率和效果的提升，但现有系统仅关注报务技能中发报和收报两个基础科目的训练，没有考虑通报训练，而通报训练是以发报和收报基本技能为基础并结合业务展开的报务技能训练，贴近报务人员实际工作，能够有效提高受训人员的训练热情且可以进一步提升受训人员发报和收报技能及其实际运用能力，因此，缺乏通报训练内容成为阻碍报务人员提高实际运用能力的短板，另外，现有的训练系统，其体积庞大，便携性差，对训练场合具有极大的限制，影响了实际训练使用效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有报务训练系统依赖计算机、便携性差且缺乏通报训练等问题，提供一种能够有效提高受训人员的训练热情并提升受训人员发报和收报技能及其实际运用能力的便携式报务技能训练系统。
为了解决上述技术问题，本发明的便携式报务技能训练系统，包括用于信息处理的控制器以及与控制器连接的外围电路，所述控制器经过外围电路连接有能够产生单音信号并实现音频输出的单音产生与处理模块、用于将所连接电键的通断信号经防抖处理后输入的电键信号预处理模块、用于显示屏输出和触控屏输入的显示触控模块、用于收报训练时数码短码、数码长码、字码和混合码四类报文数据存储的报文存储模块、用于实现无线互联的无线通信模块、用于实现有线方式接入局域网的太网接口模块，所述控制器经过外围电路连接用于对控制器及各个模块进行供电的锂电池供电模块。
所述单音产生与处理模块连接有耳机放大电路或扬声器放大电路。
所述微控制器及外围电路包括STM32F407、32.768kHz晶振、8.0MHz晶振、BOOT跳线、JTAG调试接口，其中STM32F407第9、8脚与32.768kHz晶振的第1、2脚连接；STM32F407第23、24脚与8.0MHz晶振的第1、2脚连接；STM32F407第138、48脚与BOOT跳线的第3、4脚连接；STM32F407第134、110、105、119、133脚与JTAG调试接口的第3、5、7、9、13脚连接。
所述STM32F407第18脚与LM555的第4脚连接以控制LM555是否工作，LM555芯片及其外围R26、R28、C42及电位器R31组成单音生成电路，所述STM32F407第19脚与TS5A22364的第5脚连接，STM32F407第20脚与TS5A22364的7脚连接，STM32F407第3、22脚与S8050的第3脚、LM4880的第5脚连接，STM32F407第21脚与SA58672的第1脚连接。
所述电键信号预处理模块电路通过两级与非门74HC00实现电键输入信号的防抖处理，接口J5用于连接电键，并连接74HC00的第1脚，74HC00对电键信号进行防抖处理，其第6脚与STM32F407第1脚连接。
所述显示控制模块通过28脚的接口连接5.6寸多功能总线型彩色液晶模块，其中STM32F407第127、10、118、119、85、86、114、115、58、59、60、63、64、65、66、67、68、77、78、79脚与J4的第5、6、3、4、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22脚连接。
所述报文存储模块电路采用FLASH存储方式，存储芯片选用SPI接口的FLASH芯片W25Q128FV，其中STM32F407第40、111、112、113脚与W25Q128FV的第1、6、2、5脚连接。
所述无线通信模块电路通过8脚的接口与nRF24L01模块连接，其中STM32F407第74、75、76、91、93脚与J4的第5、7、6、3、4脚连接，STM32F407第92脚经1kΩ电阻与J4的第8脚连接。
所述以太网接口模块电路采用物理层芯片LAN8270A与微控制器的简化介质独立接口连接，其中STM32F407第27、128、129、126、44、45、43、35、117脚与LAN8270A的第13、17、18、16、8、7、11、14、15脚连接，STM32F407第36脚经510Ω电阻与LAN8270A的第12脚连接，其中LAN8270A第21、20、23、22脚与RJ45接口的第1、2、3、6脚连接。
所述锂电池供电模块电路采用12V直流供电，通过S-8254A管理3节18650锂电池串联实现电池的充放电，通过TL780-05芯片将+12V转变为+5V，所述发光二极管D2、晶体管S8550组成充电指示电路，所述比较器TLV1701、D3、S8050构成电量不足指示电路，所述锂电池供电端子经电源开关后经R41、R42分压后连接TLV1701的第3脚，U14的第1脚与5V参考电压经R46相连接。
采用上述的结构后，该系统利用555定时芯片提供单音信号，在STM32F407控制下放大并输出，具有自动播放莫尔斯码报文、手键拍发识别与监听和灵活组网条件下的通报能力，实现了发报训练、收报训练和通报训练各种功能，使用充电锂电池供电，充电后可随时随地使用，组网时既能够有线接入局域网交也可以无线互联，可在不同场景下进行组网通报训练，设备体积小、便携性好且组网灵活，有效解决了通信兵报务技能训练设备存在的便携性差、缺乏通报训练内容等问题，另外，莫尔斯码音频基于LM555定时器产生，音调调节范围较宽；网络支持有线接入和无线互连，特别适合在野外展开训练；各音频功放模块均可以关闭，能够有效提高工作时长；充电状态、电量不足均有指示灯指示。
附图说明
图1为本发明便携式报务技能训练系统的原理框图；
图2为本发明便携式报务技能训练系统的工作流程图；
图3为本发明便携式报务技能训练系统的发报训练流程图；
图4为本发明便携式报务技能训练系统的收报训练流程图；
图5为本发明便携式报务技能训练系统的通报训练流程图；
图6为本发明便携式报务技能训练系统的微控制器及外围电路图；
图7为本发明便携式报务技能训练系统的单音产生与处理模块电路图；
图8为本发明便携式报务技能训练系统的电键信号预处理模块电路图；
图9为本发明便携式报务技能训练系统的显示触控模块电路图；
图10为本发明便携式报务技能训练系统的报文存储模块电路图；
图11为本发明便携式报务技能训练系统的无线通信模块电路图；
图12为本发明便携式报务技能训练系统的以太网接口模块电路图；
图13为本发明便携式报务技能训练系统的锂电池供电模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的便携式报务技能训练系统作进一步详细说明。
如图所示，本发明的便携式报务技能训练系统，包括用于信息处理的控制器以及与微控制器连接的外围电路，微控制器经过外围电路连接有单音产生与处理模块，电键信号预处理模块，显示触控模块，报文存储模块，无线通信模块，太网接口模块，微控制器经过外围电路连接用于对微控制器及各个模块进行供电的锂电池供电模块，单音产生与处理模块连接有耳机放大电路或扬声器放大电路，单音产生与处理模块电路利用555定时间产生音调可调的单音信号，通过微控制器控制单音信号的路由选择实现莫尔斯码音频输出至耳机放大电路或扬声器放大电路，提供了耳机放大电路和扬声器放大电路的软关断和音量的调节；电键信号预处理模块电路用于将所连接电键的通断信号经防抖处理后提供给微控制器，防抖处理电路设计采用两级与非门实现对信号的整形。显示触控模块电路用于显示屏输出和触控屏输入，为系统的人机界面，采用自带触控屏的5.6寸液晶显示模块，报文存储模块电路用于收报训练时数码短码、数码长码、字码和混合码四类报文数据的存储，便于训练时从存储的报文中选择，采用SPI接口的FLASH芯片，无线通信模块电路用于实现系统间的无线互联，采用SPI接口nRF24L01模块，以太网接口模块电路用于实现有线方式接入局域网，采用物理层芯片LAN8270A与微控制器的MAC层通信来实现，锂电池供电模块电路用于为系统供电，提供充电接口、充电状态指示、电量不足指示等，电池选用3节18650充电锂电池串联，采用锂电池管理芯片S-8254A实现锂电池的充放电管理，基于S-8254A实现锂电池充电、充满电指示，同时采用比较器实现电池电量不足的指示。
其具体工作流程如图2所示，本发明的工作过程包括以下步骤：
设备开机后，初始化各硬件设备，显示触控模块显示发报、收报、通报等训练科目供选择，选择相应科目后可进行训练，训练完成后退出至科目选择菜单。
如图3所示，当选择发报科目后，微控制器启动LM555产生单音，通过电键输入至STM32F407的PE2脚的中断信号和电平高低识别电键操作以控制莫尔斯码音频的输出，当按下电键时，播放单音，松开电键时，停止单音，同时显示触控模块显示电键输入状态，也就是说微控制器启动单音产生与处理模块并接受来自电键的信号以控制莫尔斯码音频的输出，同时显示触控模块显示电键的按下与松开；
如图4所示，当选择收报科目后，显示触控模块显示并选择报文类型、组数、速率等参数，微控制器读取报文存储模块内报文并启动定时器播放报文的第一个时隙，每一个时隙根据报文内容打开或关闭单音输出，每一个时隙的定时器中断到达后，需要先判断是否有暂停播放的要求，如果没有则设置并启动下一个时隙定时器，如果有则暂停单音输出并等待继续播放或返回指令，也就是说微控制器读取报文存储模块内报文并启动单音产生与处理模块播放报文对应的莫尔斯码音频，同时提供暂停、播放、校对和停止等操作；
其中，莫尔斯报文由一组组莫尔斯码组合构成，每组莫尔斯码包含多个莫尔斯码，莫尔斯码由点、划和小间隔构成，因而生成报文需要点时长(tdot)、划时长(tdash)、小间隔时长(tbd)、码间隔时长(tbc)、组间隔时长(tbg)，通常tdot:tdash:tbd:tbc:tbg＝1:3:1:3:5，实现时根据速率和报文类型计算以上5个基本时长及对应的定时器计数值，莫尔斯码采用指针数组存储对应的基本时长的地址，当改变速率时只需调整基本时长对应的计数值即可。
如图5所示，选择通报科目后，显示触控模块显示并选择网络连接方式，无线通信模块电路或以太网接口模块电路建立网络连接后，微控制器启动单音产生电路和电键信号预处理模块，同时检测电键输入和网络通报数据，当电键按下松开时通过网络发送电键信号并同步控制本地莫尔斯码音频的播放，当有网络通报数据时接收数据并控制本地莫尔斯码音频播放，也就是说，微控制器启动单音产生模块和电键信号监测程序，基于网络实现互联双方的通报。
如图6所示，本发明的微控制器及外围电路包括STM32F407(U1)、32.768kHz晶振、8.0MHz晶振、BOOT跳线、JTAG调试接口等。其中STM32F407第9、8脚与32.768kHz晶振的第1、2脚连接；STM32F407第23、24脚与8.0MHz晶振的第1、2脚连接；STM32F407第138、48脚与BOOT跳线的第3、4脚连接；STM32F407第134、110、105、119、133脚与JTAG调试接口的第3、5、7、9、13脚连接。
如图7所示，本发明的单音产生与处理模块电路以LM555芯片产生音调可调的单音信号，经TS5A22364路由选择产生莫尔斯码音频输出至耳机放大电路并可选择是否输出至扬声器放大电路，耳机放大电路、扬声器放大电路均可软关断；
其中STM32F407第18脚(555CTL)与LM555的第4脚连接以控制LM555是否工作，LM555芯片及其外围R26、R28、C42及电位器R31组成单音生成电路，其振荡频率为
占空比为
R26取2.2kΩ、R28取30kΩ、C42取0.02μF且R31取0至50kΩ时，其频率f变化范围为1158Hz至444Hz，占空比D变化范围为0.518至0.507，可以提供适合人耳听力的单音频率范围并保持接近50％的占空比。
STM32F407第19脚(CwCTL)与TS5A22364的第5脚连接，控制单音从TS5A22364的第2脚(ToPhone)的输出与不输出，实现莫尔斯码音频播放的效果，莫尔斯码音频同时输出至耳机放大电路和TS5A22364的第9脚。
STM32F407第20脚(SpkCTL)与TS5A22364的7脚连接，控制莫尔斯码音频是否输出扬声器放大电路。
STM32F407第3、22脚与S8050的第3脚、LM4880的第5脚连接，分别用于检测耳机是否插入和控制耳机功放是否工作。
STM32F407第21脚与SA58672的第1脚连接，用于控制扬声器功放是否工作，扬声器接口连接3W、4Ω的扬声器。
如图8所示，本发明的电键信号预处理模块电路通过两级与非门74HC00实现电键输入信号的防抖处理。其中接口J5用于连接电键，并连接74HC00的第1脚，当电键按下时74HC00的第1脚接地，松开时74HC00的第1脚被拉高；74HC00对电键信号进行防抖处理，其第6脚与STM32F407第1脚连接。
如图9所示，本发明的显示控制模块电路系统通过28脚的接口连接5.6寸多功能总线型彩色液晶模块，其中STM32F407第127、10、118、119、85、86、114、115、58、59、60、63、64、65、66、67、68、77、78、79脚与J4的第5、6、3、4、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22脚连接。
如图10所示，本发明的报文存储模块电路采用FLASH存储方式，存储芯片选用SPI接口的FLASH芯片W25Q128FV，其中STM32F407第40、111、112、113脚与W25Q128FV的第1、6、2、5脚连接。
如图11所示，本发明的无线通信模块电路通过8脚的接口与nRF24L01模块连接，提供设备间一对一的无线通信，可以在无局域网条件下实现组网通报训练。其中STM32F407第74、75、76、91、93脚与J4的第5、7、6、3、4脚连接，STM32F407第92脚经1kΩ电阻与J4的第8脚连接。
如图12所示，本发明的以太网接口模块电路采用物理层芯片LAN8270A与微控制器的简化介质独立接口(RMII)连接，提供系统接入局域网并完成组网通报训练的功能。其中STM32F407第27、128、129、126、44、45、43、35、117脚与LAN8270A的第13、17、18、16、8、7、11、14、15脚连接，STM32F407第36脚经510Ω电阻与LAN8270A的第12脚连接，其中LAN8270A第21、20、23、22脚与RJ45接口的第1、2、3、6脚连接。
参考图13，本发明的锂电池供电模块电路采用12V直流供电，通过S-8254A管理3节18650锂电池串联实现电池的充放电，通过TL780-05芯片将+12V转变为+5V，该芯片最大可支持1.5A输出，+3.3V电源采用TI公司的TLV1117-33芯片；
其中发光二极管D2、晶体管S8550(Q2)组成充电指示电路，充电且未充满时S-8254A第1脚为低电平，晶体管Q2导通，D2(黄灯)亮，充满电即过充电时S-8254A第1脚为高电平，晶体管Q2截止，D2(黄灯)灭；
比较器TLV1701(U14)、D3、S8050(Q3)构成电量不足指示电路，采用迟滞比较电路，当电池电压下降至小于9.2V时，指示灯D3亮，当电池电压上升至大于10.8V时，指示灯D3灭。锂电池供电端子经电源开关后经R41、R42分压后连接TLV1701(U14)的第3脚(反向输入端)，U14的第1脚(正向输入端)与5V参考电压经R46相连接，通过R52、R50、R43的阻值选择实现迟滞比较。当电压降低至低门限电平VL时，U12-4脚由低电平变为高电平，Q3导通，D3灯亮；当电压升高至高电平门限VH时，U12-4脚由高电平变为低电平，Q3截止，D3灯灭。VH和VL的计算公式分别为
取R46、R52、R50、R43的阻值分别为100kΩ、100kΩ、576kΩ、5kΩ时，计算得VH＝10.8V、VL＝9.2V。
Claims (10)
1.一种便携式报务技能训练系统，其特征在于：包括用于信息处理的控制器以及与控制器连接的外围电路，所述控制器经过外围电路连接有能够产生单音信号并实现音频输出的单音产生与处理模块，用于将所连接电键的通断信号经防抖处理后输入的电键信号预处理模块，用于显示屏输出和触控屏输入的显示触控模块，用于收报训练时数码短码、数码长码、字码和混合码四类报文数据存储的报文存储模块，用于实现无线互联的无线通信模块，用于实现有线方式接入局域网的太网接口模块，所述控制器经过外围电路连接用于对控制器及各个模块进行供电的锂电池供电模块。
2.按照权利要求1所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述单音产生与处理模块连接有耳机放大电路或扬声器放大电路。
3.按照权利要求1所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述微控制器及外围电路包括STM32F407、32.768kHz晶振、8.0MHz晶振、BOOT跳线、JTAG调试接口，其中STM32F407第9、8脚与32.768kHz晶振的第1、2脚连接；STM32F407第23、24脚与8.0MHz晶振的第1、2脚连接；STM32F407第138、48脚与BOOT跳线的第3、4脚连接；STM32F407第134、110、105、119、133脚与JTAG调试接口的第3、5、7、9、13脚连接。
4.按照权利要求3所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述STM32F407第18脚与LM555的第4脚连接以控制LM555是否工作，LM555芯片及其外围R26、R28、C42及电位器R31组成单音生成电路，所述STM32F407第19脚与TS5A22364的第5脚连接，STM32F407第20脚与TS5A22364的7脚连接， STM32F407第3、22脚与S8050的第3脚、LM4880的第5脚连接，STM32F407第21脚与SA58672的第1脚连接。
5.按照权利要求4所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述电键信号预处理模块电路通过两级与非门74HC00实现电键输入信号的防抖处理，接口J5用于连接电键，并连接74HC00的第1脚， 74HC00对电键信号进行防抖处理，其第6脚与STM32F407第1脚连接。
6.按照权利要求5所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述显示控制模块通过28脚的接口连接5.6寸多功能总线型彩色液晶模块，其中STM32F407第127、10、118、119、85、86、114、115、58、59、60、63、64、65、66、67、68、77、78、79脚与J4的第5、6、3、4、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22脚连接。
7.按照权利要求6所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述报文存储模块电路采用FLASH存储方式，存储芯片选用SPI接口的FLASH芯片W25Q128FV，其中STM32F407第40、111、112、113脚与W25Q128FV的第1、6、2、5脚连接。
8.按照权利要求7所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述无线通信模块电路通过8脚的接口与nRF24L01模块连接，其中STM32F407第74、75、76、91、93脚与J4的第5、7、6、3、4脚连接，STM32F407第92脚经1kΩ电阻与J4的第8脚连接。
9.按照权利要求8所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述以太网接口模块电路采用物理层芯片LAN8270A与微控制器的简化介质独立接口连接，其中STM32F407第27、128、129、126、44、45、43、35、117脚与LAN8270A的第13、17、18、16、8、7、11、14、15脚连接，STM32F407第36脚经510Ω电阻与LAN8270A的第12脚连接，其中LAN8270A第21、20、23、22脚与RJ45接口的第1、2、3、6脚连接。
10.按照权利要求9所述的便携式报务技能训练系统，其特征在于：所述锂电池供电模块电路采用12V直流供电，通过S-8254A管理3节18650锂电池串联实现电池的充放电，通过TL780-05芯片将+12 V转变为+5 V，所述发光二极管D2、晶体管S8550组成充电指示电路，所述比较器TLV1701、D3、S8050构成电量不足指示电路，所述锂电池供电端子经电源开关后经R41、R42分压后连接TLV1701的第3脚，U14的第1脚与5 V参考电压经R46相连接。
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