摩尔斯电码翻译器设计,,,计算机科学和技术专业

　摩尔斯电码翻译器的设计

　摘

　要

　 摩尔斯码自动识别系统的原理与实现。它由译码单片机和 PC 机组成，适用于气象探空及其他摩尔斯码通信设备。为了解决空间干扰及探空仪转速变化导致的码形长度变化和译码的模糊性问题，本文提出对探空仪发信周期测量值进行指数式加权平均，并采用一种专用的 LMS 自适应滤波器确定点码和划码的辨别阑值。为了降低误码率，文中还论及码形处理的几种方法，包括码形矫正、译码定时窗口及丢码填补。探空实验的结果说明这些方法行之有效。通过适当改动，这些方法同样可以应用于其他摩尔斯码系统。

　标准摩尔斯码中，码间隔、字间隔、词间隔三种信号时间长度的比为 1:3:5，而手工拍发的摩尔斯码各信号间的比例随机性较强，自动译码准确度不高。针对这一问题，研究了人工拍发摩尔斯码信号类别的识别算法，描述了该算法的思想及其程序实现。算法的关键是根据码速的实时变化，动态计算三种间隔信号时间长度的界定值。用 C 语言进行了 PIC 单片机的软件编程，给出了识别算法程序设计流程图及分析说明。

　关键词: 摩尔斯码，自动识别，自适应滤波，手工拍发

　1 摩尔斯发展背景简介

　1.1 摩尔斯的背景

　摩尔斯码原理是以长短信号及间隔的不同组合代表数字、字母等字符，其短音用“·”表示，通常读为“嘀”;长音用“一”表示，通常读为“哒”。间隔一般分码间隔，字间隔和词间隔。码间隔是指构成一个字符的基本码之间的间隔;字间隔是指单个字符与字符间的间隔;词间隔是指有特定意义的字符组之间的间隔。摩尔斯码可应用于铁路通信、公众电信、航空、航海、气象等相关信息的传递。本文是针对手工拍发的摩尔斯码信号的类别识别算法设计。

　1.2 摩尔斯发展趋势

　 目前存在的摩尔斯码信号类别的识别算法有:(1)冈瑟算法川。主要原理是先根据开始接收到的一些脉冲和间隔，建立起初始的用以区分点、划的脉冲平均值和 3 种间隔的 2 个间隔门限值。以后每接收一个新的脉冲或间隔值，就对相应的门限值进行一次修正。对点、划后面的间隔门限值采用了不同的修正公式。(2)相对比较法〔“〕。主要是通过字符中两相邻符号时间长度的相对关系进行判别，对相同基本码组成的字符则借助一参考的时间单位 B 作为标准。(3)绝对比较算法[+}。主要原理是依据一参考的时间单位B 作为判决。(4)概率分区法。主要原理是根据基本码和各间隔在信息中出现概率的不同，对基本码信号分 2 个时间区判别，对间隔分 4 个时间区判别。以上算法适应性较差，尤其是相对比较算法和绝对比较算法，很难找到一个有效的参考时间单位 B。因为每个发报员手法不同，熟练程度不同，很难保证同一个信号时间长度保持不变。本文算法设计的前提是，已有硬件电路实现了对摩尔斯码音频模拟信号到脉冲信号的转变，点划信号解码为低电平脉冲，间隔解码为高电平脉冲，并且已对这些脉冲信号做了去干扰处理以及对脉冲时间长度计算存储。本文的工作主要是根据得到的一组信号的脉冲时间长度，初步识别点信号和码间隔，根据点信号时间长度均值和码间隔时间长度均值，求出摩尔斯码的码速;根据码速，计算各种信号的比例关系，以此确定信号的类别；并基于PICIGF877 单片机进行编程实现。

　2 参考文献总结

　译码电路的核心是译码单片机。信号调理电路对探空码接收机输出信号进行放大、包络检波及电码再成形。经过这些调理，抑制宽度小于点码宽度四分之一的干扰脉冲，并衔接宽度小于点码宽度四分之一的码形断裂和破碎。中断产生电路用于测量探空仪发信周期。当遇到两组 TPU 码之间的大空档时，由它产生一个中断申请信号给译码单片机。译码单片机计算出两次中断之间的时间间隔，由此推测探空仪发信周期。译码工作主要由译码单片机(89051)完成，它对接收到的摩尔斯码进行码形识别和处理，并将码形翻译成分别表示温度、压力、湿度的数字码，数值范围为 0 一 99，再把这些码值传送给 PC机。

　高晋占《探空摩尔斯码自动识别》设计的译码单片机所实现的功能如下：利用软件程序进一步抑制干扰脉冲，衔接断码与破碎码，分割连码；测量探空仪发信周期，并对其进行指数式加权平均处理；利用专用的自适应滤波器确定点码和划码识别阑值；识别点码与划码，区分十位码与个位码，区分温度(T)、压力(P)、湿度(U)各参数；译出 T，P，U 相应的数字码，并将译码结果经串行口发送给 PC 计算机接收主计算机传送来的命令和参数，例如“开始译码”，“加长发信周期测量值”，“缩短发信周期测量值”，“结束译码”等，并完成相应动作。

　霍建、刘鸿雁和段秀铭《手工拍法的摩尔斯码信号种类识别算法设计》设计的基于PIC16F877 进行了摩尔斯码信号类别识别算法设计。研究分析了传统的摩尔斯码信号类别识别算法，提出了一种新的设计思想。该算法是针对手工拍发导致信号比例不标准的情况设计的，其主要思想是依赖码速的变化，不断修正各种信号的类别界定值。实验证明，该算法可以较好对摩尔斯码信号类别作出识别。应用于摩尔斯码自动译码系统中，大大提高了译码效果。

　按一般规定通常有，点、划长度比一般为 1:3，码间隔、字间隔、词间隔比为 1:3:5。但是，由于人工发报时，每个发报员手法的不同，以及发报熟练程度的不同，最后拍发出的各信号比值有一定差异，而且信号的时间长度也没有固定的标准。根据信号波形发现，拍发摩尔斯码快慢影响着摩尔斯码信号之间的比例关系，因此，考虑从码速变化的角度，确立比例关系的动态标准，实现对信号类别的划分。一组信号中，肉眼观察可以区别点与划。一般拍发速度下，“划”的长度通常是“点”的 2 倍以上。有时码间隔和字间隔相接近，字间隔和词间隔接近，以至不能简单的进行区分。所以，在译码的时候，

　不是孤立的对某个信号做类别识别，即对某个信号，不是单独看其时间长度，认定其为码间隔或字间隔、词间隔，而应该是在对整个存储区的脉冲时间宽度作对比分析后，做出合理的类别属性的划分，实现正确译码。信号类别划分译码的关键是，首先要识别出点信号，根据点信号识别出划信号;间隔中，先识别出码间隔，再进一步识别出字间隔、词间隔。点信号和码间隔的识别方法是:在解码之后的脉冲信号中，点或划都是低电平信号(硬件设计决定)，间隔则都是高电平信号。一般来说，一组低电平信号中，根据摩尔斯码的组成情况，如果存储数组适中，那么一定包含有点信号，所以在所有低电平信号中，只要找到最小值，其一定是点信号。但是由于考虑到个别数据的非正常性，所以采用去掉最大偏差，取相对波动较稳定的值的思想，所以取第三小值；同理，由于码间隔出现的概率在间隔中是最大的，所以码间隔的识别方法同此。求得基本域参考初值后，可分别计算得到基本域参考基值.进而可计算得到码间隔时间长度均值和点信号时间长度均值。根据均值，计算报码的码速;根据码速，确定信号类别域界定值，最后对信号作标准的类别识别，即划分为点、划、码间隔、字间隔、词间隔。程序设计通过 PIC16F877单片机实现。

　3 摩尔斯翻译器的总体设计 基于单片机的摩尔斯电码翻译器系统, 是紧紧围绕单片机系统来工作的，论证中采用了 Intel 公司的 89C52 作为控制核心[6] 以单片机 89C52 为核心结及外围电路以实现对模拟输入的摩尔斯电码进行翻译并且由单片机驱动一块 1602 液晶显示器来显示翻译出信息。电键就是莫尔斯电码翻译器的输入设备，就像电脑的键盘一样，能够将要发送的信息输入进去机器，不同的是它只有一个按键，所有的信息都是靠着这个按键表达，所以这就要求它有充分的机械强度，和良好的弹性。这里由于条件的限制由按键开关代替具体就是按一下送给模数转换设备一个低电平。摩尔斯电码翻译器由电键产生 5V 电平信号送入有 LM339 组成的电压跟随器进行模数转换，然后由单片机对时序进行分析然后对比字母表，然后送入 1602 液晶显示出来，同时时序信号转变为蜂鸣器的响声表现信号的长短输入。

　3.1 摩尔斯设计要求 由于电键输入的特点，其输出特性的要求，这里只需要一个简单的模数转换系统而

　不需要专门的多位模数转换器，这也体现了器件的选择要求和系统设计的成本严谨。

　3.2 摩尔斯设计思路 首先，莫尔斯电码翻译器系统主要包括控制器、动作采集、显示、电源等，

　其次，利用单片机的中断系统对莫尔斯电码的长短进行分析,由 AD 转换电路转换过来的信号是一个很好的方波故完全可以利用中断进行采集。同时对单片机的速度要求不是很高可以留下更多时间去驱动液晶显示让其有更高的灵敏度和更小的反应 最后，硬件采用单片机 89C51 进行控制，A/D 转换器采用 LM393，都是考虑到既经济又实用的原因[5]。本设计不但在理论上实现，又能做出实际的翻译系统，是本设计的又一惊喜之处。利用它就可以畅游在点和线的电波之中。根据原理图及 PCB 图制作电路板，焊接完成后，把程序烧写到 AT89C51 中，把芯片插到电路中，接入 12V 源，打开开关首先会进入到设置项，LED 显示屏显示“”如果没有操作就自动跳转到下一个设置项，这时通过按键可以调节发报速度。然后蜂鸣器响起 LED 小灯开始按照声音闪烁。还可以通过调节电位器调节声音大小。当显示屏幕显示光标一闪一闪时候则是准备工作已经做好。可以正常发报了。

　3.3 摩尔斯设计总结 本文通过对莫尔斯电码翻译器的背景和结构以及社会意义等方面阐述了莫尔斯电码翻译器被制作的原因和必要，又从他的结构组成电路系统，细说了莫尔斯电码翻译器的工作原理，根据本文摩尔斯电码翻译器既有硬件设计又有软件编程，实现莫尔斯电码翻译已经不是什么困难的事情了，一个电键就可以采集完成代码翻译的全过程。让我们感受到了科技与艺术相结合带来的好处和惊喜。让我们从一个从来没有的角度去了解了信号。

　总 结

　电容检测仪符合电子仪器仪表的发展趋势，具有广阔的市场前景。近些年我国也开始重视对电容检测仪器开发与设计，让更多的电子时钟能够走进人民生活，跟多人能够应用到功能强大。但是也存在许多问题，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能

　源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。电容检测仪器将会给人们的生活和生产 带来便利。

　参考文献

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