基于AT89S52单片机的靶标安全控制地面站的研制

2016年第7湖_____________________________________________________
文章编号=1009 -2552 (2016)07 -0183 -04 D O I：10.13274/ki.h d z j.2016. 07.048
"f s息技术基于AT89S52单片机的靶标安全控制地面站的研制
谌国森\倪春雷\英华垠2
(1.92941部队，辽宁葫芦岛125001; 2.8620部队，辽宁葫芦岛125001)
摘要：为了实现试验中靶标安控器的自主及被动安全控制功能，设计具有实时接收靶标飞行 下传数据和上传地面发出的被动指令的地面站来完成靶标的安全控制功能。

基于A T89S52单片 机的数据指令收发和通讯控制，借助M D S4710数传电台的无线数据传输，研制了主被动安控地 面站，成功实现了导弹飞行试验中对靶标的自主和被动安全控制。

关键词：地面站；单片机；数传电台
中图分类号：TP274 文献标识码：A
Development of the safety control station based on AT89S52single
chip microcomputer target
CHEN Guo-sen1，NI Chun-lei1，YING Hua-yin2
(1.92941 Troops of P L A，Huludao125001，Liaoning Province，China；
2.8620 Troops of P L A，Huludao125001，Liaoning Province，China)
Abstract:In order t o achieve the t e s t target o l the Ann controller independently and passive safety control function,t h i s paper designs a real-time receiving target under the f l i g h t data and upload passive command from the ground station t o complete the target o l safety control functions.Data sending and receiving instruction and communication based on A T89S52 single chip microcomputer control,with the aid o f M D S4710 d i gi ta l radio wireless data transmission,the Ann i n i t i a t i v e and passive control station i s developed，the successful implementation o f the missile f l i g h t t e s t targets o f autonomous and passive safety control.
Key words:ground station；single chip microcomputer；d i gital radio
0引言
目前，海上试验航区规划愈来愈复杂，码头、船厂、核电站等岸边目标存在于航区附近，试验航区不仅无 法躲避航运、捕鱼、打捞、挖泥等移动船只，甚至钻井平 台等海上固定目标也无法剔除。

因此，飞行试验中，要 求实时监控靶标飞行，要求靶标必须在规定安全航区 内飞行，如果靶标意外飞出安全航区，由靶载安控器控 制靶标自毁或由地面站人为控制被动自毁。

实现试验航区安全控制的方法是在靶标上加装 G P S或复合（G P S、G L O N A S S、B D组合）导航卫星接 收装置，由靶载P C104工控计算机将接收到的位置 信息与预装的安控管道数据比较，如靶标飞出管道 外则控制靶标自毁入水。

在安全管道内，如果闯入非靶目标，紧急情况，可由地面站发送自毁或规避指 令控制靶标紧急规避或人水自毁。

1系统组成
整个靶标安全控制系统由靶载安控器及动地面 站组成。

靶载安控器由P C104工控机、数传电台、G P S接收机、G P S接收天线、数传F型天线、数据采 集板、电源板等组成,P C104计算机实时接收靶标 G P S位置信息,并与预存试验航区的经纬度坐标比 较，超出界限采取相应措施（自毁及规避），同时还 兼有采集、下传靶标重要工作参数功能。

地面站包
收稿日期：2015-08 -05
作者简介：湛国森（1964-)，男，高级工程师，从事试验及仪器设计工作。

—183—
_+5V
通讯指示
图2控制板原理图
(3) 无线数传电台
无线数传电台型号为M D S 4710C ，主要由信息处 理板、接收电路、发送电路和天线组成。

主要功能是 负责无线收发数据，包括接收靶载安控器下传数据， 发送地面控制上传指令。

通讯距离依据发射功率大 小可达百公里以上，工作方式为半双工状态，工作频
率410M H z ，调制方式为C P F S K ，灵敏度为-105d B ，数 据接口为RS -232,最大传输速率19200bps ，数据时 延小于10m s 。

天线采用鞭状天线，接收频率 120M H z 〜450M H z ，最大增益 5.6d B [3 -4]。

(4) 数据记录仪
数据记录仪是一种超大容量的数据存储设备， 可用来实时监测靶载安控器下传数据，并通过SD 卡将数据按时间顺序格式存储文件，超出存储空间 可自动删除早期文件，可通过U S B 接口读取文件以 便数据事后处理。

记录仪由T M S 320LF 4812型D S P 控制芯片嵌入 式开发而成，可实时接收R S -232串口数据，并将数 据透明存入S D 卡中，可称为地面站的“黑匣子”。

数 据接口采用RS -232标准协议，波特率4800bps ~ 115200bps 可选，默认为9600bps ; U S B 接口为高速
USB 2.0;S D 卡内存卡标配2G 容量;存储文件系统为 FAT 32,文件格式为*. T X T ;存储速率为10k Bit /s 。

2. 1.2显控一体机
显控一体机为主板及液晶显示器一体的便携式 工控机，C P U 采用I ntel Atom ™ N 270 1.60G 双核处 理器，内存2. 0G B ，显示部分为25吋16:9宽屏L E D 器。

一体机特点是主板集成有丰富的接口资源，包 括4个标准RS - 232接口，2个10M /100M 网络接 口，4 个 U S B 2.0 接口[5]。

台发送相应控制指令给靶载安控器。

控制原理图如
图2所示。

主控CPU
AT89S52
括负责信息数据收发、存储及手动输入控制本站和 负责显示、通讯、控制的显控一体机组成。

本站负责 控制数传电台接收靶载安控器下传信息接收及转 发，同时，查询网络安控指令和本地操作指令，接收 到安控指令后及时准确控制数传电台发送给靶载安 控器;显控一体机主要功能是实时显示靶载安控器 下传的信息，包括目标位置等信息及靶标重要工作 参量。

显控一体机还可接收由网络传送来的被动安 控指令，并将指令按协议转换为串口指令送给本站 控制板，控制数传电台将指令发送出去[1-2]。

网络 组成如图1所示。

图1网络组成图
2
地面站构成
地面站是完成靶载安控器数据接收和地面安控 指令发送的设备，主要包括软硬两大部分。

2. 1
硬件组成
地面站包括具有主被动功能的控制本站和显控 一体机组成。

2. 1.1控制本站
控制本站由综合控制板、数传电台、数据记录 仪、网络通讯解析板、鞭状天线等部分组成。

(1) 综合控制板
控制板核心器件采用A T M E L 公司生产的
A T 89S 52单片机，单片机U A R T 与RS -232接口芯
片采用M A X 232,输入接口采用LTP 521 -4光电耦 合器隔离，输出接口采用75452驱动芯片。

控制板 负责完成数传电台的收发控制，本地或网络指令的 查询，靶载安控器状态的解析指示。

A T 89S 52单片机有32个准双向I /O 接口，最高
主频32M H ，内部有8k 字节F L A S H 程序存储器，1 个U A R T 串行通讯接口，1个在线编程I S P 接口，2 个16位内部计数器，5个中断入口。

控制板R S - 232串口负责与数传电台双向数据传输，M A X 232 是双路电平转换芯片，采用单一 +5V 供电，与电容 振荡产生±12V 的RS -232电平。

(2) 网络通讯解析板
解析板采用A T M E L 的A T 89S 52单片机，通过
U A R T 接收R S -232串口数据，不符合要求的数据
包放弃接收，符合要求的数据，依据通讯协议判断， 解析出相应指令码送给控制板，控制板通过数传电 一 184 —
隔离驱动
编程接口
MAX232UART
避
瀵禱
规a l
:n kff
毁位
络一^一^向
翥
2.2软件组成
2.2. 1单片机软件
单片机软件包括综合控制板单片机软件和网络 解析板软件。

程序为汇编语言编写，由伟福V2.90 软件模拟器编写、调试、仿真，调试成功后保存为 *. H E X文件，也可通过ISP接口在线仿真。

最终版
本程序最后由T O P2008编程器烧录到A T89S52单 片机中，烧录可选择加密处理[6]。

(1) 综合控制软件
控制任务包括:数传电台指令发送控制;数传电 台数据接收存储;本地及网络指令采集;靶载安控器 状态参数指示。

通讯协议:下传数据通讯协议;上传指令通讯 协议。

汇编语言编写:遵循模块化编程思想，首先根据 任务划分为多个子程序，由主程序查询输入按键进 行统一调用。

主程序包括初始化子程序，串口中断 子程序，按键指令查询及发送指令子程序，靶载安控 器状态处理指示子程序。

(2) 网络解析软件
解析软件任务为:接收网络指令数据包，暂存数 据，进行C R C校验，通过校验后作为有效数据保存 在缓存区，程序定时查询指令码，根据通讯协议判断 指令功能，输出指定电平到相应端口送至综合控制 板。

程序框图如图3所示。

2.2.2显控一体机软件
显控软件主要负责地面站靶标下传数据的显示 及被动控制指令的本地上传控制软件。

软件编程语 言为Lab Windows/C V I，是32位面向计算机测控领 域的虚拟仪器软件开发平台，在Windows2000操作 系统下运行，它丰富的面板功能和库函数特点，使面 向对象的测控软件开发界面更友好、更直观。

3关键技术
3.1数传电台工作模式
数传电台工作模式一般分为:半双工模式、全双 工模式、准全双工模式。

(1) 半双工工作模式
半双工模式指无线传输设备允许两个方向传输 数据，但某一时刻只允许数据在一个方向上传输，即数传电台不能同时发送和接收数据，某时刻只能处 于一种工作状态。

(2) 全双工工作模式
双工工作模式指无线传输设备可同时在两个方 向上传输数据，即同时具有两套发送、接收电路。

(3) 准全双工模式
接收数据
字头
CRC校验
操作端口
查询
指令插空发
数据出栈串口发送相
应命令帧
指令分离
及显示延时
20ms
图3程序框图
准双工模式是指半双工数传电台工作时，长时 间处在接收数据状态，当有发送需求时，在有一定时 延情况下，可将指令插空发送出去，并不影响数据的 接收，也无下行数据的丢失。

准全双工模式设计可 有效利用半双工设备完成全双工模式工作。

工作模 式如图4所示。

A机B机
(a)半双工(b)全双工（c)准全双工
图4数传电台工作模式
3.2主被动地面站数传电台准全双工模式分析
早期主动地面站数传电台型号为M D S4710C，工作时，数据接口有数据输入时，由数据触发，电台 自动转发射状态，数据接口无数据输入时，电台处于 接收状态，属半双工工作模式[7-8]。

根据主被动地面站要求，通常数传电台实时接收 靶载安控器的下传数据，在有被动安控指令时，数传 电台应立刻将指令发送出去。

指令发送时如果有下 传数据，数传电台将无法接收，导致下传数据的丢失。

一 185
—
为了尽量利用原有主动地面站一直采用的 M D S 4710C 型数传电台，在充分满足数据传输流量 和时延需求基础上，尽量发挥半双工数传电台的工 作效能，通过设计单片机时序控制使其具有全双工 模式的效能，既降低成本又达到指令的上传和数据 的下传需求。

3.3主被动地面站数传电台准全双工模式设计
主动地面站工作时，数传电台为半双工模式，数 据接收周期为100m s ，其中33m s 用于数据接收， 67m s 无下传数据，为空闲期。

主被动地面站为了增 加上传指令功能，可充分利用67m s 空闲期，发送时 序以接收数据开始为基准，经单片机精确延时，在空 闲期内转换工作状态，插空将上传控制指令发送出 去，如此数传电台基本实现了准全双工模式。

控制 板核心是单片机A T 89S 52,精确延时由单片机延时 模块完成，发送指令由单片机C P U 控制通过U A R T 口完成[9-10]。

原理如图5所示。

图5准全双工模式原理图
3.4准全双工模式应用
基于单片机A T 89S 52的主被动地面站被动功
能改造完成后，飞行试验中先后5次通过试验网络
接收指控中心发出的自毁指令，靶标实时自毁。

先
后4次，通过主被动安控地面站由人工控制靶标自 毁，控制成功率达到100%，从发送指令到靶标自毁 入水仅需0. 3 s ，远远超出设计指标。

4
结束语
本设计基于单片机时序控制，通过半双工数传 电台，使主动地面站实现了全双工模式，即既能稳定 接收靶标下传数据又能向靶载安控器发送被动控制 指令，实现了安控地面站的被动控制功能，既保持了 地面站的延续性，又实现了设备功能升级，同时节省 了成本，设计具有较高的军事、经济价值。

参考文献：
[1]吴汉平.无人机导论[M ].北京：电子工业出版社，2003.[2 ]刘蕴才，等.遥测遥控系统（上册）[M ].北京：国防工业出版社， 2000:1 -8.[3] 游莎莎，刘胜利，罗雷刚，等.GMSK 调制技术及其在遥测中的
应用分析[J ].无线电工程，2011,41(12) : 41 -43.[4] 李润平.数传电台在计算机监控中的应用[J ].电气传动自动
化，2004,26(5) ：48 -50.[5] 深圳市华夏盛科技有限公司.数字电台的典型应用[J ].中国电
子商情:通讯市场，2005(7) :11 -13.[6] 何立民，等.单片机初级教程[M ].北京，北京航空航天大学出
版社，2000:20 -184.[7] 朱云鹏.一种QPSK 载波恢复环防错锁优化方法[J ].无线电通
信技术，2012,38(1) : 63 -65,72.[8] 张彩月，陈良.基于数据库的遥测数据传输系统的设计[J ].无
线电通信技术，2013，39(3): 46 -49.[9] 顾明超，李倩.基于FPGA 实现的W ⑶M A 上行Rake 接收
机[J ].无线电通信技术，2013,39(5): 72 -74,96.[10] 常扬，陈建民，马鹏飞.高速无人机网络M A C 协议设计与性能
分析[J ].无线电工程，2011，41(3) : 23 -26.
责任编辑：薛慧心
於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於於(上接第182页）而不会得到一个0到1之间的概率值，而得到的是
概率密度值。

算法产生的结果^是一个W 行尺列
的矩阵，#表示复杂网络的节点数目，尺表示该网络 的社区数目，对于每一个节点“只要取该矩阵第^ 行中最大的那个概率密度值所对应的社区类标即
可。

G M M 模型的优点是算法结果会得到每个节点
属于每个社区的概率，相当于一种模糊划分，而不是
明确地划分。

根据概率密度值的大小来决定节点属 于哪一个社区。

实验证明，提出的G A -G M M 算法在 四个真实世界网络以及计算机生成的G N 网络中都 能取得较好的结果。

参考文献：
[1 ] A l e x a n d e r s o n G L . Abo ut t h e c o v e r : E u l e r a n d K o n i g s b e r g ’ s B r i
dges : A h i s t o r i c a l view [ J ]. B u l l e t i n -A m e r i c a n M a t h e m a t i c a l S o c i e ­
t y ， 2006，43(4) :567.[2] Yang J，L e s k o v e c J . O v e r l a p p i n g com mun ity d e t e c t i o n a t s c a l e : a
n o n n e g a t i v e m a t r i x f a c t o r i z a t i o n a p p r o a c h [ C ] ^ P r o c e e d i n g s o f t h e
s i x t h ACM i n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c e o n Web s e a r c h a nd d a t a m i n i n g .ACM ，2013: 587 -596.
[3] 张彤，张华.浮点数编码的遗传算法及其应用[J ].哈尔滨工业
大学学报，2000, 32(4): 59 -61.[4] Su J，Haven s T C . F u z z y comm unity d e t e c t i o n i n s o c i a l n e t w o r k s
u s i n g a g e n e t i c a l g o r t i h m [ C ] ^ F u z z y S y s t e m s ( FUZZ-IEEE )， 2014 IEEE I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e on . IEEE ，2014: 2039 - 2046.
[ 5 ] Zhang T ， Wu B . A me thod f o r l o c a l comm unity d e t e c t i o n b y f i n d i n g
c o r e nodes [C ] ^Proc eedin gs o f t h e 2012 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n A dvanc es i n S o c i a l N e t w o r k s A n a l y s i s a n
d M i n i n g ( ASONAM 2012). IEEE Comp uter S o c i
e t y ，2012: 1171 -1176.
[6] Newman M E J，G i r v a n M . F i n d i n g a n d e v a l u a t i n g comm unity s t r u c ­t u r e i n n e t w o r k s [J ]. P h y s i c a l r e v i e w E ，2004，69(2) : 026113.
[7] G i r v a n M ，Newman M E J . Community s t r u c t u r e i n s o c i a l a nd b i o ­l o g i c a l n e t w o r k s [ J ]. P r o c e e d i n g s o f t h e N a t i o n a l Academy o f S c i ­ence s ， 2002, 99(12) : 7821 -7826. 责任编辑：么丽苹一 186
—。