某型平臺(tái)羅經(jīng)訓(xùn)練模擬器的設(shè)計(jì)

    平臺(tái)羅經(jīng)擔(dān)負(fù)著為艦艇上導(dǎo)彈、作戰(zhàn)指揮等系統(tǒng)提供航向、姿態(tài)及位置等信息的重要任務(wù)，一旦失效，將直接影響艦艇航行安全及其戰(zhàn)斗效能的發(fā)揮。平臺(tái)羅經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且涉及多學(xué)科知識(shí)，維護(hù)使用人員只有經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)才能勝任故障定位、排除以及裝備等日常維護(hù)工作。由于受經(jīng)費(fèi)、生產(chǎn)能力等客觀(guān)條件制約，以及訓(xùn)練內(nèi)容、形式有限，實(shí)裝訓(xùn)練不能完全滿(mǎn)足訓(xùn)練需求。
    為了提高使用人員的操作技能和維護(hù)保養(yǎng)水平，本文設(shè)計(jì)了平臺(tái)羅經(jīng)訓(xùn)練模擬器，研制成本僅約為實(shí)裝的十分之一，而且可以設(shè)定多種工作方式和工作環(huán)境，提高了訓(xùn)練效果，具有顯著的軍事意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 系統(tǒng)組成及功能
    平臺(tái)羅經(jīng)維修訓(xùn)練模擬器以“硬模擬與軟模擬結(jié)合，硬模擬為主”為基本原則，設(shè)計(jì)一個(gè)操作實(shí)踐平臺(tái)即學(xué)員操作臺(tái)和一個(gè)控制與演示平臺(tái)即教員控制臺(tái)。
    其中學(xué)員操作臺(tái)利用“硬模擬”的直觀(guān)性，為受訓(xùn)人員發(fā)現(xiàn)、分析、排除故障提供一種動(dòng)手上機(jī)實(shí)踐的環(huán)境。學(xué)員操作臺(tái)以1：1比例模擬平臺(tái)羅經(jīng)系統(tǒng)電子機(jī)柜，其外觀(guān)及維修操作控制與實(shí)裝完全一致，具有模擬實(shí)裝操作的功能。由單片機(jī)、CH452L、8255A組成的硬件電路完成其功能。
    教員控制臺(tái)接收來(lái)自學(xué)員操作臺(tái)的操作信息，具有設(shè)置、記錄、提示、報(bào)警等功能。此外，教員控制臺(tái)利用“軟模擬”的適應(yīng)性，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有效地節(jié)省模擬器的研制成本，在提高通用性的同時(shí)拓展其模擬功能。該系統(tǒng)以VB6．0和SQL 2000為軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想和數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)設(shè)計(jì)。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 電路總體結(jié)構(gòu)
    為正確模擬平臺(tái)羅經(jīng)系統(tǒng)操作控制面板，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的控制與顯示電路。該電路接收來(lái)自控制計(jì)算機(jī)的控制字與數(shù)據(jù)，顯示相應(yīng)的信息，并采集按鍵狀態(tài)，反饋至計(jì)算機(jī)。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    該電路實(shí)現(xiàn)的功能：
    1)通過(guò)MAX232，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的串口通信，傳遞控制命令與數(shù)據(jù)；
    2)基于CH452L可驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管或64個(gè)發(fā)光二極管的功能，采用3片CH452L并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)1片單片機(jī)驅(qū)動(dòng)18個(gè)數(shù)碼管與54個(gè)發(fā)光二極管，顯示來(lái)自計(jì)算機(jī)的相應(yīng)數(shù)據(jù)；
    3)通過(guò)光耦隔離芯片TLP521-1，控制蜂鳴器的工作狀態(tài)；蜂鳴器采用12 V直流電源供電，單片機(jī)控制電路為5 V直流電源供電；
    4)通過(guò)8255A采集模擬器按鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳遞至計(jì)算機(jī)。
2．2 電路模塊化設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要由通信模塊、數(shù)碼管(指示燈)顯示模塊組成。
2．2．1 通信模塊設(shè)計(jì)
    本文中89C51單片機(jī)與PC機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行通信。89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口(BXD、PAD)，具有UART的全部功能。該接口電路能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，一般情況下只要通過(guò)TXD、RXD和GND 3條線(xiàn)連接就可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的串行通信。由于PC機(jī)的串行口是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，其電平采用的是EIA電平，而單片機(jī)要求的是TTL電平，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，還需要將單片機(jī)的串行接口的電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)選用MAXIM公司生產(chǎn)的專(zhuān)用芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，MAX232芯片具有集成度高，內(nèi)置了電壓倍增電路及負(fù)電源電路，單+5 V電源工作，只需外接5個(gè)容量為0. 1～1μF的小電容，即可完成兩路RS-232與TTL之間電平轉(zhuǎn)換，其連接圖如圖2所示。

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2．2．2 數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)
    數(shù)碼管顯示電路包括了3片CH451芯片。CH451是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤(pán)掃描控制以及u P監(jiān)控的多功能外圍芯片。內(nèi)置RC振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或者64位LED，通過(guò)串行接口與單片機(jī)相連接。CH451向89C51單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)RESET和系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)SCLK。
CH451的段驅(qū)動(dòng)引腳串接了電阻R1(200Ω)，用以限制和均衡段驅(qū)動(dòng)電流，在5 V電源電壓下，串接200 Ω電阻通常對(duì)應(yīng)段電流13 mA。本文不需要鍵盤(pán)功能，省去KEY信號(hào)線(xiàn)，只使用DCLK、DIN、LOAD三個(gè)信號(hào)線(xiàn)。
    當(dāng)數(shù)碼管多于8個(gè)時(shí)，可以采用多個(gè)CH451進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。多個(gè)CH451與單片機(jī)的連接方式有兩種方案：一是并聯(lián)，單片機(jī)為每個(gè)CH451提供一根獨(dú)立的LOAD信號(hào)線(xiàn)，但DIN和DCLK信號(hào)線(xiàn)同時(shí)提供給所有的CH451，也就是說(shuō)，各個(gè)LOAD信號(hào)線(xiàn)相當(dāng)于各個(gè)CH451的片選線(xiàn)；二是串聯(lián)。單片機(jī)將DCLK和LDAD信號(hào)線(xiàn)同時(shí)提供給所有的CH451，單片機(jī)只提供DIN給最前級(jí)的CH451，而后級(jí)CH451的DIN連接到前級(jí)CH451的DOUT引腳。由于該平臺(tái)羅經(jīng)顯控面板有18位數(shù)碼管，故本文采用3片CH451級(jí)聯(lián)方式，其連接圖如圖3所示。

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3 軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件使用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，采用VB6．0作為軟件平臺(tái)，使用SQL2000作為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。本系統(tǒng)既可與模擬器硬件配合進(jìn)行實(shí)物操作，也可單獨(dú)使用進(jìn)行模擬操作。進(jìn)行實(shí)物訓(xùn)練時(shí)，通過(guò)硬件電路采集相應(yīng)操作和顯示相應(yīng)響應(yīng)，同時(shí)計(jì)算機(jī)顯示器同步顯示操作過(guò)程和響應(yīng)。當(dāng)進(jìn)行模擬操作時(shí)，通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)進(jìn)行人機(jī)交互操作。軟件采用模塊塊化設(shè)計(jì)，軟件主要功能模塊如圖4所示。

3．1 通信模塊設(shè)計(jì)
    在VB6．O中提供了完成串行通信的控件MSComm，該控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)、過(guò)程，并通過(guò)屬性的方法提供了串行通信口參數(shù)的設(shè)置，比較容易地解決了串行通信的問(wèn)題。
    其基本的屬性：
    CommPort：設(shè)置并返回通信端口號(hào)，缺省為COM1；
    Settings：以字符串形式設(shè)置并返回波特率，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位，停止位；
    PortOpen：設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開(kāi)和關(guān)閉端口；
    InputMode：定義Input屬性獲取數(shù)據(jù)的方式(0：文本方式；1：二進(jìn)制方式)
    Inputlen：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)內(nèi)用；
    Input：讀入的個(gè)數(shù)，若取O，則Input讀取整個(gè)緩沖區(qū)的內(nèi)容，Input表示從接收緩沖區(qū)移走一串字符；
    Inbuffersize：設(shè)置或返回接收緩沖區(qū)的大小，缺省1 024 B。
3．2 邏輯判斷模塊
    模擬器實(shí)質(zhì)是一個(gè)控制系統(tǒng)，程序主要是針對(duì)大量事件的響應(yīng)。如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)的輸入，模擬器按鍵、開(kāi)關(guān)量的輸入等，通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕、數(shù)碼管、指示燈等輸出設(shè)備進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，在檢測(cè)到事件響應(yīng)時(shí)，首先查找數(shù)據(jù)庫(kù)，確定當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，讀取在不同狀態(tài)和事件下相應(yīng)響應(yīng)或調(diào)用相應(yīng)的子程序，使大量的邏輯判斷通過(guò)查找數(shù)據(jù)庫(kù)完成，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序的邏輯關(guān)系。程序流程圖如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)
    該平臺(tái)羅經(jīng)模擬器模擬平臺(tái)羅經(jīng)工作情況，可進(jìn)行平臺(tái)羅經(jīng)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、裝訂查看、調(diào)平和導(dǎo)航等操作的訓(xùn)練，模擬器操作和相應(yīng)與實(shí)際裝備完全一致，具有較好的使用環(huán)境和交互界面。在保證訓(xùn)練效果的同時(shí)，具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。