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

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?，F(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直流電流源組成，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)器和濾波器，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)。