基于Autoface的捷聯慣導顯控系統設計

丁煥玉，湯建勛，王 宇

（國防科技大學 光電學院，湖南 長沙 410073）

隨著科學技術的飛速發展，慣性導航技術廣泛應用于軍事領域，能夠精確制導武器、飛機、航空器等。早期的慣導系統采用機械平臺式，后來逐步被捷聯慣導系統（SINS）所取代[1-2]。現代的高科技戰爭要求武器系統反應靈敏、操作簡單、可靠性高，催生了觸摸屏武器控制系統的誕生，如美軍的單兵觸摸式GPS導航儀、德軍的觸摸式火炮瞄準系統等。我國的捷聯慣導系統起步較晚，但由于國內相關器件（如：激光陀螺、加速度計）的制造技術相繼成熟，我國的捷聯慣導技術也得到快速發展，并取得一定成就[3-4]。這里針對文獻[5]中激光陀螺捷聯慣導系統的實際情況，設計了激光陀螺捷聯慣導系統的顯控部分，其中顯示器采用VT5057L型單色觸摸屏。

1 捷聯慣導顯控系統結構

捷聯慣導顯控系統由導航觸摸顯示器和導航數據處理計算機組成。導航觸摸顯示器是整個導航系統中重要組成部分之一，它向整個導航系統輸入命令控制整個導航系統工作，同時接收解算后的實際導航參數并將其進行顯示，根據這些參數判斷整個導航系統是否運轉正常，因此，該顯控系統是操作人員了解導航系統的重要窗口。

該慣導系統采用PC104作為導航數據處理計算機，它在接收到初始參數后進行校驗，然后將初始參數傳入主體導航系統；同時對主體導航系統傳送來的原始參數進行解算得出最后的導航參數并傳給導航觸摸顯示器。其軟件部分采用Microsoft Visual C++編寫，以便于兼容Win98/2000/XP系統。

導航觸摸顯示器與導航數據處理計算機采用RS-232串口實現雙向通信，波特率選用115 200。整個顯示控制系統結構框圖如圖1所示。

圖1 捷聯慣導顯控系統結構框圖

2 捷聯慣導顯控系統設計

2.1 硬件電路設計

導航觸摸顯示器由VT5057L型單色觸摸屏和24 V直流電流源組成，VT5057L提供1個RS-232串口可與PC104連接。VT5057L觸摸屏的接收和發送均是針對4字節32位浮點數而言，該觸摸屏有2種顯示模式：1）將所需要數據全部填滿緩沖區后才顯示；2）不必全部填滿緩沖區，只要對應地址有數據便顯示；由于通訊的實時性這里選用后者。

導航數據處理計算機由嵌入式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信號轉換，通過這條總線與PC104模塊間進行數據傳送。激光陀螺輸出2路相差為90°的方波信號，加速度計輸出成比例的電流信號，二者均需要鑒相解調后才能使用。這里采用I/F變換將加表的電流信號轉變成脈沖信號，再使用8254對脈沖信號計數得到數字信號，此外由于導航軟件的執行頻率較高，因此接口板上還需附加了1個8254定時器作為外部定時器。該系統接口板采用HCTL2020器件完成以上工作，該器件內部集成有4倍頻的解碼電路、16位計數器和濾波器，其內置濾波器能夠有效降低噪聲，圖2為捷聯慣導顯控系統導航計算機框圖。

圖2 捷聯慣導顯控系統導航計算機框圖

接口板負責與主體導航系統連接獲得原始數據[3]，PC104模塊負責接收觸摸屏傳送過來的初始參數，并經過校驗后傳送至主體導航系統，主體導航系統工作后把導航原始參數傳至PC104，這時它對傳來的參數進行解算，經過誤差補償修正后將其傳送給VT5057L。二者的通信協議如下：串口，COM1；波特率，115 200； 校驗位，NONE；數據位，8；停止位，1。

2.2 導航顯示器軟件設計

導航顯示器的軟件設計采用Autoface[6]編寫，這款軟件是模仿Microsoft Visual C++模式編寫的，內部嵌入很多功能化模塊，程序員通過編寫模塊的宏命令實現相應功能。當觸摸該屏幕的表面模塊時，觸摸屏將自動執行對應的宏命令。宏命令之間有優先級之分，通過設定優先級控制命令執行的先后順序。導航顯示器的軟件系統負責對主體系統發送工作命令，發送階段流程如圖3所示。圖4為導航顯示器的實際發送界面。

圖3 導航顯示器發送流程

圖4 導航顯示器發送界面

由于VT5057L的內存較大并且內部有單獨的CPU，所以該軟件可以實時顯示PC104傳送過來的數據，幾乎沒有延遲。當實際工作環境惡劣或串口傳輸過程中會產生誤碼，所以在初始階段加上了特殊字段校驗和校驗和，在傳輸時傳送2遍，在PC104軟件部分進行相應的校驗，以保證通信正確。發送宏命令代碼如下：

主體導航系統接收到工作命令后會正常工作，同時傳輸原始的導航參數，這時PC104接收這些導航參數并進行參數解算，解算后將實際參數傳給VT5057L，觸摸屏的顯示階段流程如圖5所示。圖6為導航顯示器實際接收的導航結果。

圖5 導航顯示器接收流程

圖6 導航顯示器接收界面

為了消除環節因素以及通信誤碼對PC104和VT5057L之間的傳輸產生影響，增加了校驗功能，顯示階段宏命令代碼如下：

導航數據處理計算機的軟件采用VC++編寫，在DOS下使用TC3.1調試。由于實際的戰場環境可能變化無常，整個系統的數據通信量又非常大，主體導航系統和顯控系統都可能出現各種問題從而導致數據傳輸出錯；為了防止此類事情的發生，在導航計算機內部也增加了數據校驗環節，發送函數代碼如下：

3 結論

本文設計了一種基于觸摸屏和PC104的顯控系統，給出了PC104計算模塊的框架結構和觸摸屏及導航計算機軟件編寫流程，二者通過RS-232串口雙向通信，經過4 000小時不間斷測試，數據顯示依然正常。該顯控系統體積小、重量輕、可靠性高，可應用于海軍艦艇慣導系統。

[1]張樹俠，張靜.捷聯慣性導航系統[M].北京：國防工業出版社，1992.

[2]高伯龍，李樹棠.激光陀螺[M].長沙：國防科技大學出版社，1984.

[3]王宇.機抖激光陀螺捷聯慣導系統的初步探索[D].長沙：國防科學技術大學，2005.

[4]湯建勛.機械抖動激光陀螺抖動偏頻系統的研究與設計[D].長沙：國防科學技術大學，2000.

[5]王宇，湯建勛.激光陀螺捷聯慣導計算機系統的設計[J].計算機工程， 2006，32（18）：273-274.

[6]劉剛.AUTOFACE簡易軟件操作手冊V1.2[Z].深圳市創為新自動化科技有限公司，2007.