低成本红外目标源远程投放控制器设计

摘要 针对空空导弹飞行试验地面靶试的需求，提出一种基于GSM通讯网络的远程红外目标源投放控制器设计方案，采用单片机实现GSM模块的传输控制以及控制命令的解析执行，通过华为GTM900模块实现数据的无线传输，此系统具有低功耗、通讯可靠、成本低的优势。
关键词 红外目标；远程投放；GSM模块；单片机；AT指令；控制器

    导弹研制过程中需要在靶场进行大量的发射试验，其中许多靶试需要无人机或气球靶标，适时进行红外目标源投放操作。如何可靠、安全地实现投放，可以利用常见的数传电台、定制专用的遥控数据链等。综合比较专用遥控数据链可靠性高，但成本高。飞行靶试中电台都是耗材，所以保证可靠性的前提下，降低试验投入成本是筮待解决的问题。
    GSM网络是目前移动通信体制中成熟、完善、应用较广泛的一种系统，现在使用的是数字传输第二代蜂窝通讯系统，采用时分多址编码，高斯滤波最小移频键控GSMK调制技术，GSM系统具有频谱利用率高、加密性好、业务丰富的特点。以GSM作为数据传输网络，可开发多种应用，如无线远程检测、控制、无线报警等。
    设计利用单片机串口向GSM模块发送AT命令完成模块初始化机及控制操作，由GSM模块完成信道编码、信息加密、信息的调制、解调、发送和接收。每个投放控制器具有唯一的身份识别码即SIM卡标识。地面站只需采用手机拨打投放控制器采用的SIM卡电话号码，投放控制器终端即可完成地面站手机号码识别及相关投放任务。

1 硬件电路设计
1．1 系统组成及结构
    投放控制器终端开发基于GSM技术以及嵌入式技术。由微处理器的串行接口向GSM模块发送相应的AT指令，完成模块的初始化及地面站指令的识别与接收，识别正确后执行任务投放操作。控制器终端主要南STC11F05，GTM900模块、辅助电路，继电器、驱动模块和电源芯片组成。

1．2 无线网络
    GSM通讯模块是设计的核心组件，选用华为公司的GTM900，其无线模块是一款3频段GSM／GPRS模块。支持标准AT命令及增强AT命令是高速数据传输的理想解决方案。GTM900模块采用40引脚ZIF连接形式与微处理器连接。通过ZIF连接器提供应用所需电源接口(1～10脚)、串行接口(18～19脚)、SIM卡接口(24～29脚)、语音接口、控制接口等，控制器终端采用电源、串行和SIM接口。模块与单片机接口电路如图2所示。

1．3 电源设计
    GTM900模块供电电压范围为3．3～4．8 V，典型值是4．0 V，模块峰值电流可达2 A，南于GTM900模块UART电平支持3．00V电平输入输出，所以单片机采用3．3 V低压型，这样避免了电平转换。控制器终端投放执行单元采用5 V继电器，所以系统为多电源系统，电源设计是重点，电源设计不理想将导致GTM900模块无法登录网络等问题。

    单片机供电及其他电源设计如图4所示。
1．4 GTM900辅助电路
    GTM900模块开机需要一定时序，电源>3．3 V，同时PWON信号应维持在10 ms，模块关机需要将PWON信号拉低2～3 s，模块开机工作时序流程如图5所示。终端设计中模块开关机采用单片机I／O直接控制PWON，采用软件模拟开关机时序。
1．5 来电识别及显示电路
    控制器终端设计的一个重要指标就是可靠性，如何正确识别来电还是短信息，避免误触发，设计中采用硬件和软件相结合的方式。GTM 900模块LPG和UART_RI全部引入单片机中断。其中UART_RI为振铃指示，当外部来电时波形图6所示，周期变化。短信时波形如图7所示。由单片机软件判断是来电呼叫还是短信息，LPG为模块状态指示，来电时持续高电平。

2 软件设计
    系统设计的关键是单片机如何利用AT命令控制GSM模块识别来电号码，准确控制继电器进行红外目标源投放任务。系统软件流程如图8所示。

    单片机初始化主要完成变量和缓存区的清零、串口速率的设置等工作，GTM900启动后，单片机首先发送“AT+CIMI”请求SIM卡国际标识，模块返回“460020828901928 ok”其中数字串与SIM有关，每个SIM卡都有唯一国际标识码，如果返回“+CMEERROR”表示SIM未初始化完毕，发送“AT+CPAS”查询模块状态，应返回“+CPAS：0”，如返回“2”，模块未成功入网。单片机重启GTM900模块，重复自检过程，如不成功，单片机程序退出并报警指示。
    自检通过后，需发送AT命令设定GTM900模块短信模式，终端只发送“System test ok”ASCII短信息，所以MCU发送“AT+CMGF=1”设置文本方式发送，“AT+CSCA=“8613800371500”，154”设置短信服务中心号码(以洛阳为例)，“AT+CMGS=135985623xx”发送目的地号码(地面站号码)，模块返回“>”字符后单片机向串口发送“System test ok”字符串，控制器终端完成自检。GTM900模块处于准备就绪状态，等待地面站呼叫。
    当地面站呼叫终端时来电振铃UART_RI输出图6波形，单片机下降沿中断进入服务程序判断是来电还是短信息，如果是来电，发送“AT+ CLCC”命令查询呼叫，解析返回信息“+CLCC，1，0，4，0，0，”135985623xx”，129"”中呼叫号码，如为地面站呼叫进入投放服务程序，否则发送“ATH”命令挂断当前干扰呼叫。

3 结束语
    设计的低成本红外源远程投放控制器，采用软件与硬件相结合的方法提高系统可靠性，依托可靠、分布范围广泛的GSM通讯网络，以单片机为核心逻辑处理单元与GSM模块相配合完成地面站呼叫号码识别并进行任务投放。此系统成本低、可靠性高、抗干扰能力强、不受距离等限制，在某型红外导弹外场试验时得到了实际应用，效果良好。