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基于Autoface的捷聯(lián)慣導(dǎo)顯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2010-12-27 19:46    發(fā)布者:designer
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,慣性導(dǎo)航技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,能夠精確制導(dǎo)武器、飛機(jī)、航空器等。早期的慣導(dǎo)系統(tǒng)采用機(jī)械平臺(tái)式,后來逐步被捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(SINS)所取代。現(xiàn)代的高科技戰(zhàn)爭要求武器系統(tǒng)反應(yīng)靈敏、操作簡單、可靠性高,催生了觸摸屏武器控制系統(tǒng)的誕生,如美軍的單兵觸摸式GPS導(dǎo)航儀、德軍的觸摸式火炮瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等。我國的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)起步較晚,但由于國內(nèi)相關(guān)器件(如:激光陀螺、加速度計(jì))的制造技術(shù)相繼成熟,我國的捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)也得到快速發(fā)展,并取得一定成就。這里針對(duì)文獻(xiàn)中激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的顯控部分,其中顯示器采用VT5057L型單色觸摸屏。

1 捷聯(lián)慣導(dǎo)顯控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

捷聯(lián)慣導(dǎo)顯控系統(tǒng)由導(dǎo)航觸摸顯示器和導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)組成。導(dǎo)航觸摸顯示器是整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)中重要組成部分之一,它向整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)輸入命令控制整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)工作,同時(shí)接收解算后的實(shí)際導(dǎo)航參數(shù)并將其進(jìn)行顯示,根據(jù)這些參數(shù)判斷整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常,因此,該顯控系統(tǒng)是操作人員了解導(dǎo)航系統(tǒng)的重要窗口。該慣導(dǎo)系統(tǒng)采用PC104作為導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī),它在接收到初始參數(shù)后進(jìn)行校驗(yàn),然后將初始參數(shù)傳入主體導(dǎo)航系統(tǒng);同時(shí)對(duì)主體導(dǎo)航系統(tǒng)傳送來的原始參數(shù)進(jìn)行解算得出最后的導(dǎo)航參數(shù)并傳給導(dǎo)航觸摸顯示器。其軟件部分采用Micmsoft Visual C++編寫,以便于兼容Win98/2000/XP系統(tǒng)。導(dǎo)航觸摸顯示器與導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)采用RS-232串口實(shí)現(xiàn)雙向通信,波特率選用115200。整個(gè)顯示控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。






2 捷聯(lián)慣導(dǎo)顯控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

導(dǎo)航觸摸顯示器由VT5057L型單色觸摸屏和24 V直流電流組成,VT5057L提供1個(gè)RS-232串口可與PC104連接。VT5057L觸摸屏的接收和發(fā)送均是針對(duì)4字節(jié)32位浮點(diǎn)數(shù)而言,該觸摸屏有2種顯示模式:1)將所需要數(shù)據(jù)全部填滿緩沖區(qū)后才顯示;2)不必全部填滿緩沖區(qū),只要對(duì)應(yīng)地址有數(shù)據(jù)便顯示;由于通訊的實(shí)時(shí)性這里選用后者。

導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)由嵌入式PC104模塊和接口板組成。PC104模塊提供1條ISA總線,接口板完成激光陀螺和加速度計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換,通過這條總線與PC104模塊間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。激光陀螺輸出2路相差為90°的方波信號(hào),加速度計(jì)輸出成比例的電流信號(hào),二者均需要鑒相解調(diào)后才能使用。這里采用I/F變換將加表的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào),再使用8254對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)得到數(shù)字信號(hào),此外由于導(dǎo)航軟件的執(zhí)行頻率較高,因此接口板上還需附加了1個(gè)8254定時(shí)器作為外部定時(shí)器。該系統(tǒng)接口板采用HCTL2020器件完成以上工作,該器件內(nèi)部集成有4倍頻的解碼電路、16位計(jì)數(shù)器濾波器,其內(nèi)置濾波器能夠有效降低噪聲,圖2為捷聯(lián)慣導(dǎo)顯控系統(tǒng)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)框圖。





接口板負(fù)責(zé)與主體導(dǎo)航系統(tǒng)連接獲得原始數(shù)據(jù),PC104模塊負(fù)責(zé)接收觸摸屏傳送過來的初始參數(shù),并經(jīng)過校驗(yàn)后傳送至主體導(dǎo)航系統(tǒng),主體導(dǎo)航系統(tǒng)工作后把導(dǎo)航原始參數(shù)傳至PC104,這時(shí)它對(duì)傳來的參數(shù)進(jìn)行解算,經(jīng)過誤差補(bǔ)償修正后將其傳送給VT5057L。二者的通信協(xié)議如下:串口,COMl;波特率,115200;校驗(yàn)位,NONE;數(shù)據(jù)位,8;停止位,1。

2.2 導(dǎo)航顯示器軟件設(shè)計(jì)

導(dǎo)航顯示器的軟件設(shè)計(jì)采用Autoface編寫,這款軟件是模仿Microsoft Visual C++模式編寫的,內(nèi)部嵌入很多功能化模塊,程序員通過編寫模塊的宏命令實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。當(dāng)觸摸該屏幕的表面模塊時(shí),觸摸屏將自動(dòng)執(zhí)行對(duì)應(yīng)的宏命令。宏命令之間有優(yōu)先級(jí)之分,通過設(shè)定優(yōu)先級(jí)控制命令執(zhí)行的先后順序。導(dǎo)航顯示器的軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)主體系統(tǒng)發(fā)送工作命令,發(fā)送階段流程如圖3所示。圖4為導(dǎo)航顯示器的實(shí)際發(fā)送界面。






由于VT5057L的內(nèi)存較大并且內(nèi)部有單獨(dú)的CPU,所以該軟件可以實(shí)時(shí)顯示PC104傳送過來的數(shù)據(jù),幾乎沒有延遲。當(dāng)實(shí)際工作環(huán)境惡劣或串口傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生誤碼,所以在初始階段加上了特殊字段校驗(yàn)和校驗(yàn)和,在傳輸時(shí)傳送2遍,在PC104軟件部分進(jìn)行相應(yīng)的校驗(yàn),以保證通信正確。發(fā)送宏命令代碼如下:





主體導(dǎo)航系統(tǒng)接收到工作命令后會(huì)正常工作,同時(shí)傳輸原始的導(dǎo)航參數(shù),這時(shí)PC104接收這些導(dǎo)航參數(shù)并進(jìn)行參數(shù)解算,解算后將實(shí)際參數(shù)傳給VT5057L,觸摸屏的顯示階段流程如圖5所示。圖6為導(dǎo)航顯示器實(shí)際接收的導(dǎo)航結(jié)果。為了消除環(huán)節(jié)因素以及通信誤碼對(duì)PC104和VT5-057L之間的傳輸產(chǎn)生影響,增加了校驗(yàn)功能,顯示階段宏命令代碼如下:









 

導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的軟件采用VC++編寫,在DOS下使用TC3.1調(diào)試。由于實(shí)際的戰(zhàn)場環(huán)境可能變化無常,整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信量又非常大,主體導(dǎo)航系統(tǒng)和顯控系統(tǒng)都可能出現(xiàn)各種問題從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò);為了防止此類事情的發(fā)生,在導(dǎo)航計(jì)算機(jī)內(nèi)部也增加了數(shù)據(jù)校驗(yàn)環(huán)節(jié),發(fā)送函數(shù)代碼如下:









3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于觸摸屏和PC104的顯控系統(tǒng),給出了PC104計(jì)算模塊的框架結(jié)構(gòu)和觸摸屏及導(dǎo)航計(jì)算機(jī)軟件編寫流程,二者通過RS-232串口雙向通信,經(jīng)過4000小時(shí)不間斷測試,數(shù)據(jù)顯示依然正常。該顯控系統(tǒng)體積小、重量輕、可靠性高,可應(yīng)用于海軍艦艇慣導(dǎo)系統(tǒng)。
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