2019-07-02 13:27:00
來源：凱池電子
隨著科技發(fā)展的日新月異，各種新型的現(xiàn)代通信方式不斷發(fā)展，通過摩爾斯電碼進行短波信息傳遞的通信方式似乎顯得過于老舊及遠遠落后于當下科技的發(fā)展。當今短波電臺主要通過話報模式進行無線電短波通信，但在某些環(huán)境和條件下，短波電臺的話報通信質(zhì)量和穩(wěn)定性都是不樂觀的，甚至有時候根本無法進行話報的短波通信。這是由于影響短波電臺通信質(zhì)量的因素有很多，如大氣條件，氣溫，太陽活動頻繁程度等，都有可能影響短波電臺的通信質(zhì)量。而通過摩爾斯電碼進行短波通信的成功率要遠高于通過話報模式進行短波通信。這是由于人類的話音頻率范圍較大（20-20KHz），導致電臺發(fā)射功率利用率不高。而摩爾斯電碼信號是一種單音信號，通過短波電臺發(fā)送時基本可視為滿功率發(fā)送。因此在短波電臺話報通信質(zhì)量不佳或者根本通不上的情況下，利用摩爾斯電碼進行短波通信可被視為有效的短波通信替代手段。在某些應用場景（如重大應急現(xiàn)場，重大自然災害等），摩爾斯電碼短波通信仍然可發(fā)揮巨大甚至關(guān)鍵的作用。
摩爾斯電碼的歷史十分悠久，發(fā)明于1837年。摩爾斯電碼在早期無線電上舉足輕重，是每個無線電通訊者所必須熟練掌握的基本技能。近年來由于現(xiàn)代通信方式的不斷發(fā)展，摩爾斯電碼似乎已經(jīng)被放棄，越來越少的人使用摩爾斯電碼進行短波通信。但是在某些特殊行業(yè)和應用場景下，摩爾斯電碼依舊發(fā)揮著重要的作用。如果說短波電臺是在緊急狀況下的保底通信方式，那么摩爾斯電碼則是短波電臺的保底通信模式。
雖然通過摩爾斯電碼進行短波通信相對于通過話報模式進行短波通信有諸多優(yōu)勢，但是通過摩爾斯電碼短波進行通信在當代運用的越來越少，一方面是因為現(xiàn)代通信方式的不斷發(fā)展，而另一方面是由于摩爾斯電碼一般是通過人工方式進行發(fā)送和接收的，即摩爾斯電碼的編碼及譯碼工作都是有人工進行的。近些年雖然出現(xiàn)了摩爾斯電碼自動編碼器，但譯碼工作則仍由人工去完成。而熟練掌握摩爾斯電碼的編碼及譯碼技能難度很大，據(jù)了解培養(yǎng)一個合格的摩爾斯電碼譯碼員使其譯碼速度達到80WPM平均需要9個月的時間。其時間成本和人員成本都很高導致了使用摩爾斯電碼進行短波通信的門檻很高。新型摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器的主要功能是實現(xiàn)摩爾斯電碼消息的自動編碼及譯碼。通過本設備，即使對摩爾斯電碼短波通信零基礎的用戶也可熟練的通過短波電臺進行摩爾斯電碼消息的傳輸。即解決了使用摩爾斯電碼進行短波通信的最大門檻。
2.設備介紹
新型摩爾斯電碼編解碼調(diào)制解調(diào)器是一款可自動對摩爾斯電碼進行編碼及譯碼的設備，其發(fā)報和收報速度速率可根據(jù)短波信號強度進行調(diào)節(jié)，最高速率可達180WPM。用戶可通過與新型摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器所連接的軟件快速發(fā)送或者接收摩爾斯電碼短報文，如下圖所示。用戶不需要了解任何摩爾斯電碼的相關(guān)知識，即可通過摩爾斯電碼進行短波通信。
圖 1.發(fā)送摩爾斯電碼短報文上位機軟件界面
新型摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器設備的硬件采用ST最新的高性能STM32H743芯片作為主編解碼芯片，使用WM8978音頻芯片用于短波電臺輸出音頻的A/D轉(zhuǎn)換，LAN8720A網(wǎng)絡芯片用于與上位機軟件的網(wǎng)絡傳輸。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：
新型摩爾斯電碼編解碼調(diào)制解調(diào)器的嵌入式軟件是基于UCOSII實時操作系統(tǒng)并搭配LWIP網(wǎng)絡協(xié)議棧進行開發(fā)。UCOSII實時操作系統(tǒng)具有任務調(diào)度，任務管理，時間管理，內(nèi)存管理等基本功能且所占用資源小和可裁剪等特點十分適合嵌入式應用的操作系統(tǒng)，并被廣泛的用于各類嵌入式芯片的系統(tǒng)開發(fā)。LWIP協(xié)議棧用于TCP/IP網(wǎng)絡的搭建及數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸，LWIP協(xié)議?？稍赨COSII實時操作系統(tǒng)環(huán)境下運行，支持TCP和UDP等主要網(wǎng)絡協(xié)議，并且所占用的單片機資源相對較小，十分適合用于搭建基于單片機的各種設備。而專為摩爾斯電碼編解碼調(diào)制解調(diào)器所開發(fā)的編解碼算法，設備間的通信協(xié)議及校驗方法則可有效的保證所接收摩爾斯報文的正確率。
新型摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器采用可靠的TCP網(wǎng)絡協(xié)議與上位機軟件進行連接和數(shù)據(jù)交換，從而保證了與上位機軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃?。根?jù)RFC793的定義，TCP網(wǎng)絡協(xié)議是一種面向連接的，可靠的，基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。
3.應用場景
摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器不僅可運用在自動發(fā)送或者接收摩爾斯電碼報文的應用場景，而且可通過摩爾斯電碼遠距離發(fā)送或者接收設備控制指令從而實現(xiàn)低成本，遠距離的設備遠程控制功能，特別適用于在偏遠山區(qū)或者距離陸地較遠的海洋島嶼建立無人值守的基站或觀察點等應用場景。
3.1 摩爾斯電碼發(fā)送接收報文應用場景
發(fā)送端：用戶將要發(fā)送的報文數(shù)據(jù)輸入到與摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器所連接的上位機摩爾斯報文收發(fā)軟件，通過TCP網(wǎng)絡將報文數(shù)據(jù)發(fā)送到摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器，摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器收到報文數(shù)據(jù)后，首先通過設備間的通信協(xié)議與目標臺設備建立鏈接，然后通過一系列的算法處理將報文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為摩爾斯電碼并通過短波系統(tǒng)將報文發(fā)送到目標臺。
接收端：接收端短波系統(tǒng)接收到發(fā)送端的摩爾斯電碼信號并將信號轉(zhuǎn)換成音頻發(fā)送給摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器，摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器通過一系列算法將接收到的摩爾斯電碼音頻信號解碼為可供單片機與上位機軟件識別的二進制數(shù)字信號后，與發(fā)送端建立鏈接，然后將已經(jīng)解碼并校驗成功的摩爾斯電碼報文通過網(wǎng)絡傳送給與摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器所連接上位機軟件，上位機軟件收到摩爾斯報文數(shù)據(jù)后，將報文信息在顯示屏上顯示出來，并根據(jù)需要對接收到報文進行進一步處理，如轉(zhuǎn)發(fā)給其它設備等。
3.2設備遠程控制應用場景
發(fā)送端：用戶通過使用與摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器連接的上位機遠程控制軟件，將遠程設備的控制指令通過網(wǎng)絡發(fā)送到摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器，摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器收到遠程設備的控制指令后，首先通過設備間的通信協(xié)議與目標臺設備建立鏈接，然后通過一系列的算法處理將遠程設備的控制指令轉(zhuǎn)換為摩爾斯電碼并通過短波系統(tǒng)將報文發(fā)送到目標臺。
接收端：接收端短波系統(tǒng)將接收到的發(fā)送端的摩爾斯電碼信號轉(zhuǎn)換成音頻后，發(fā)送給摩爾斯電碼編解碼調(diào)制解調(diào)器，摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器通過一系列算法將接收到的摩爾斯電碼音頻信號解碼為可供單片機與上位機軟件識別的二進制數(shù)字信號后，與發(fā)送端建立鏈接，然后將已經(jīng)解碼并校驗成功的控制指令通過網(wǎng)絡發(fā)送到與遠程受控設備所連接的信號轉(zhuǎn)換設備，信號轉(zhuǎn)換設備通過解析摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器接收到的設備控制指令后，向受控設備輸出相應的控制信號從而完成設備的遠程控制。
4.主要功能及參數(shù)
摩爾斯電碼調(diào)制解調(diào)器的主要功能是自動編解碼通過短波電臺系統(tǒng)傳輸?shù)哪査闺姶a報文及設備的遠程控制指令。設備的詳細功能介紹和參數(shù)說明詳見下文的設備功能表。
5.設備主要技術(shù)特性
（文章：凱池電子研發(fā)部 付琰）
