基于LabVIEW的多功能顯示模擬器設(shè)計(jì)

王玉剛等

摘 要： 在分析多功能顯示器工作的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹多功能顯示模擬器的設(shè)計(jì)過程，彌補(bǔ)了實(shí)裝不足無法滿足教學(xué)要求的情況。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于LabVIEW開發(fā)的仿真軟件平臺(tái)，以某型飛機(jī)多功能顯示器的模擬操作過程為例，通過LabVIEW的事件結(jié)構(gòu)來響應(yīng)多功能顯示器的開關(guān)、周邊鍵操作，實(shí)現(xiàn)了多功能顯示模擬器的顯示，根據(jù)多功能顯示器畫面轉(zhuǎn)換關(guān)系構(gòu)建二維數(shù)組，實(shí)現(xiàn)了多功能顯示器界面的轉(zhuǎn)化控制功能。該模擬器可推廣應(yīng)用到其他機(jī)型仿真系統(tǒng)中，以滿足教學(xué)和仿真的需要。

關(guān)鍵詞： LabVIEW； 多功能顯示器； 周邊鍵； 模擬器設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TN702?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）18?0116?03

Abstract： The design process of simulator with multi?function display （MFD） is introduced in detail on the basis of analyzing the working of MFD， which remedies the lack of actual equipment and meets the teaching requirement. The design of this system is based on simulation software platform developed by LabVIEW， and takes the simulation operation process of MFD for a certain type aircraft as the example. The display of MFD was achieved by the event structure of LabVIEW responding to the switch and periphery key operation of MFD. The conversion and control function of MFD simulator was realized according to the two?dimensional array constructed by the conversion relationship of MFD frame. This MFD simulator can be extended and applied to simulation systems for other aircrafts to meet the needs of teaching and simulation.

Keywords： LabVIEW； multi?function display； periphery key； simulator design

0 引 言

LabVIEW是一種業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程工具，主要用于開發(fā)測(cè)試、測(cè)量與控制系統(tǒng)。它是專門為工程師和科學(xué)家而設(shè)計(jì)的直觀圖形化編程語言。它將軟件和各種不同的測(cè)量?jī)x器硬件及計(jì)算機(jī)集成在一起，建立虛擬儀器系統(tǒng)，以形成用戶自定義的解決方案。

LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。由于LabVIEW可以用來創(chuàng)建通用的應(yīng)用程序，因此成為了一種通用的編程語言，但是它在測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化等領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢(shì)；因此LabVIEW提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)。同時(shí)它還提供了大量常用于自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的圖形控件；因此它被廣泛應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)、過程控制和生物醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域，涵蓋了從研發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)到服務(wù)的產(chǎn)品開發(fā)所有階段。

1 多功能顯示器

飛行員依靠座艙系統(tǒng)的各種顯示器，在不同的飛行階段、根據(jù)不同的飛行任務(wù)，獲取最需要的信息，完成對(duì)飛機(jī)的操縱。座艙顯示系統(tǒng)對(duì)保障飛機(jī)飛行安全和任務(wù)的完成具有不可或缺的作用。多功能顯示器（MFD）是一種安裝在駕駛員下視場(chǎng)內(nèi)的綜合顯示器，它是綜合顯示系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的設(shè)備。在座艙顯示系統(tǒng)中， 采用多功能顯示器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享、顯示界面互為余度、按需顯示便于觀察， 對(duì)減輕駕駛員的工作負(fù)擔(dān)、提高飛機(jī)作戰(zhàn)能力， 具有十分重要的意義。

多功能顯示器一般處于飛行員的下視位置， 其顯示面板的上下左右各有多個(gè)選擇按鈕， 飛行員通過按鈕就可將所選擇的界面調(diào)入或者實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。通過使用字符圖形表示復(fù)雜的戰(zhàn)術(shù)狀況、飛機(jī)信息以圖表， 使飛行員能快速獲取信息， 更加有效地管理和操縱整個(gè)系統(tǒng)。多功能顯示器最主要的優(yōu)點(diǎn)有：

（1） 多種顯示功能可以切換， 減少了占用空間；

（2） 同時(shí)顯示多種信息， 減輕了飛行員的負(fù)擔(dān)；

（3） 準(zhǔn)確、迅速地傳遞信息， 降低讀取錯(cuò)誤的概率。

多功能顯示器的顯示界面具有層次結(jié)構(gòu)，第一層是菜單界面，上面列出了各個(gè)下級(jí)界面的周邊鍵選擇，觸動(dòng)相應(yīng)的周邊鍵就可進(jìn)入相應(yīng)的下級(jí)界面。在某些特定的界面，飛行員還可以通過觸發(fā)周邊鍵設(shè)定飛行的參數(shù)，或者執(zhí)行其他操作，例如存儲(chǔ)飛行數(shù)據(jù)、選擇飛行地圖和路線等。機(jī)載綜合顯示系統(tǒng)中一般有多個(gè)MFD，各個(gè)MFD之間的顯示格式可以按優(yōu)先級(jí)順序互換，達(dá)到MFD之間的資源共享，互為余度。由于MFD相對(duì)比較昂貴，不可能配發(fā)到教學(xué)單位，只能采用以仿真模擬設(shè)備代替真實(shí)裝備的方法來彌補(bǔ)新設(shè)備在教學(xué)中的不足。因此，為便于綜合航電仿真系統(tǒng)或其他仿真系統(tǒng)中使用多功能顯示器和多功能顯示器畫面的教學(xué)，急需設(shè)計(jì)多功能顯示模擬器。

2 基于LabVIEW的多功能顯示模擬器設(shè)計(jì)

多功能顯示器主要用于雷達(dá)搜索、截獲、跟蹤目標(biāo)過程中的目標(biāo)信息顯示，以便將平顯視場(chǎng)以外目標(biāo)信息能及時(shí)提供給駕駛員，增強(qiáng)捕獲目標(biāo)和發(fā)射武器的能力。此外，它還可以用于導(dǎo)航信息顯示，武器投射信息顯示，武器配置和數(shù)據(jù)加載信息顯示，以及系統(tǒng)故障清單和維護(hù)清單的存儲(chǔ)、處理和現(xiàn)實(shí)等。本文首先通過LabVIEW的Picture控件以及相應(yīng)的周邊鍵、旋鈕、開關(guān)在前面板構(gòu)建多功能顯示器面板，如圖1所示。

各周邊鍵的編碼分別為上方1～5和下方6～10，方向?yàn)樽宰笙蛴遥蛔髠?cè)11～15和右側(cè)16～20， 方向?yàn)樽陨舷蛳隆?/p>

2.1 多功能顯示模擬器工作流程

該多功能顯示模擬器以某型機(jī)航電系統(tǒng)的某分系統(tǒng)執(zhí)行某操作為例，來介紹基于LabVIEW的多功能顯示模擬器畫面顯示。在工作時(shí)，首先打開多功能顯示器開關(guān)，此時(shí)MFD顯示初始默認(rèn)畫面，然后通過按壓相應(yīng)的周邊鍵可以實(shí)現(xiàn)該分系統(tǒng)具體維護(hù)的各級(jí)子菜單。其中首先給主菜單顯示畫面編碼為畫面1開始，為每個(gè)顯示畫面編號(hào)。多功能顯示模擬器上的具體操作流程及畫面編號(hào)如圖2所示。

2.2 按鍵相應(yīng)事件

該分系統(tǒng)在操作過程中，需要通過對(duì)多功能顯示模擬器界面的開關(guān)、周邊鍵的操作來實(shí)現(xiàn)具體的操作流程。本文通過LabVIEW的事件結(jié)構(gòu)來響應(yīng)開關(guān)、周邊鍵的操作。即僅當(dāng)“事件”發(fā)生時(shí)，程序才做相應(yīng)的相響應(yīng)，降低CPU利用率。具體的實(shí)現(xiàn)流程圖如圖3所示。

2.3 顯示畫面轉(zhuǎn)換關(guān)系

多功能顯示模擬器工作過程中，對(duì)多功能顯示器的各周邊鍵進(jìn)行了定義并進(jìn)行了順序編號(hào)。各畫面之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖如圖4所示，整個(gè)畫面轉(zhuǎn)換關(guān)系表示了某型機(jī)的外掛物管理系統(tǒng)在通電檢查時(shí)的工作過程。其中畫面1表示多功能顯示器的初始畫面，通過按壓周邊鍵可到畫面2，亦即分系統(tǒng)通電檢查的畫面，這時(shí)通過按壓周邊鍵可以回到初始畫面1；由畫面2通過按壓周邊鍵11可到分系統(tǒng)通電檢查的第二個(gè)工作畫面3，在工作畫面3時(shí)，按壓不同的周邊鍵11，12，13可分別得到分系統(tǒng)通電檢查結(jié)果畫面4，5，6，此時(shí)都可通過按壓周邊鍵8回到初始畫面1。

根據(jù)畫面轉(zhuǎn)換關(guān)系可構(gòu)建畫面轉(zhuǎn)換二維數(shù)組。畫面轉(zhuǎn)換數(shù)組是一個(gè)M×N 的二維數(shù)組，其中M 表示軟件中所具有的不同畫面的數(shù)目，N為周邊鍵的數(shù)目，對(duì)于二維數(shù)組的元素[aij]有這樣的定義：

當(dāng)前畫面為i，按壓周邊鍵j后，響應(yīng)的畫面編號(hào)，有定義：

[aij=當(dāng)前畫面為i、按壓周邊鍵j后、響應(yīng)的畫面編號(hào)， 有定義0， 無定義]

畫面轉(zhuǎn)換二維數(shù)組和畫面轉(zhuǎn)換關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的，它是多功能顯示畫面設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2.4 多功能顯示模擬器程序流程圖

由圖3的按鍵響應(yīng)程序得到各按鍵的響應(yīng)數(shù)值作為二維數(shù)組輸入的列，當(dāng)前畫面號(hào)作為輸入行，從畫面轉(zhuǎn)換二維數(shù)組中提取出相應(yīng)的數(shù)值。通過LabVIEW的case結(jié)構(gòu)程序框圖對(duì)6個(gè)具體的畫面進(jìn)行判斷顯示。當(dāng)按鍵事件發(fā)生時(shí)，首先進(jìn)行判斷是按壓的哪個(gè)周邊鍵，如果按壓了周邊鍵6，則可達(dá)到畫面2；通過順序結(jié)構(gòu)程序框圖可知，此時(shí)若按壓了周邊鍵11，則達(dá)到畫面3；根據(jù)此后按壓的是周邊鍵11，12還是13進(jìn)行判斷分系統(tǒng)通電檢查的具體結(jié)果。具體的多功能顯示模擬器的程序框圖如圖5所示。

3 結(jié) 語

本文通過LabVIEW構(gòu)建了多功能顯示模擬器，顯示航電系統(tǒng)的某分系統(tǒng)執(zhí)行某操作時(shí)的具體流程。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，畫面清晰，顯示信息正確無誤，實(shí)時(shí)性高，目前已應(yīng)用于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)，并可滿足實(shí)時(shí)仿真任務(wù)的需求。該系統(tǒng)可根據(jù)需要模擬更為復(fù)雜的系統(tǒng)操作，也可推廣到其他大型仿真系統(tǒng)中使用。

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