無人機自動檢測系統(tǒng)人機界面的設(shè)計與實現(xiàn)

張?zhí)K英　金吉　杜雪等

摘要：針對傳統(tǒng)無人機飛控系統(tǒng)自動檢測與診斷系統(tǒng)人機交互界面沉悶老舊、自動化程度低等問題，設(shè)計了一種實時監(jiān)控的多窗口的人機交互界面，該界面設(shè)計采用模塊化的思想，將飛參檢測、故障報警、飛機3D模擬、飛參曲線等多項內(nèi)容同屏顯示，使地面維護人員更為直觀的了解無人機飛行狀態(tài)，減少了無人機檢測與診斷對人的經(jīng)驗與技術(shù)水平的依賴，更具通用性和標準性。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；無人機；檢測與診斷系統(tǒng)；人機交互界面；飛機3D模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.105

現(xiàn)階段，隨著自動檢測系統(tǒng)的技術(shù)的更新?lián)Q代與不斷發(fā)展，逐步實現(xiàn)了擴展儀器所需協(xié)議、命令和語言等內(nèi)容，以及高速的輸入/輸出和可靠的測試功能，有效的滿足了各類市場的測試需求。但是，從界面設(shè)計角度來看，傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)的人機交互界面大都采用純數(shù)字和代碼的羅列式輸出，人機交互界面沉悶老舊、自動化程度低，檢測結(jié)果多依賴于人員的經(jīng)驗和技術(shù)水平，不具有通用性和標準性。

針對上述問題，設(shè)計一種多窗口的友好的人機交互界面是十分重要的。

該設(shè)計應(yīng)該具備以下幾個特點：

（1）用簡明圖標代替冗長的文字表達，合理布局各功能模塊，增加軟件界面功能的可辨識性；（2）人性化的檢測操作方法，減少檢測系統(tǒng)對人員技術(shù)能力等因素的依賴；（3）對界面色彩、鏈接方式等進行整體化設(shè)計，形成友好的人機交互界面。

1飛控系統(tǒng)的檢測與診斷系統(tǒng)

該飛控系統(tǒng)自動檢測與診斷系統(tǒng)是針對于某電動型無人機為檢測對象進行設(shè)計的，本系統(tǒng)由檢測部分、分析部分和故障診斷等三部分構(gòu)成，如圖1所示。

系統(tǒng)檢測部分主要用于無人機各個參數(shù)的檢測，其中檢測的主要方向分為姿態(tài)系統(tǒng)檢測、位置系統(tǒng)測量、動力系統(tǒng)檢測和執(zhí)行機構(gòu)檢測。

系統(tǒng)分析部分主要包括姿態(tài)分析、位置分析、動力分析和執(zhí)行機構(gòu)分析。姿態(tài)分析主要通過陀螺儀傳感器測量的角速度、加速度計傳感器測量的加速度和測力計測量的地磁場信息，進行飛行器姿態(tài)解算。位置系統(tǒng)主要通過GPS位置信息和氣壓的高度信息進行測量無人機的空間位置坐標。動力分析主要是通過AD轉(zhuǎn)換器采集無人機機載蓄電池的相關(guān)參數(shù)，主要包含電壓、電量等參數(shù)，同時檢測電動機的轉(zhuǎn)速信息。執(zhí)行分析主要分析舵機接受到的PPM波形是不是正確和獲取波形的占空比信息。通過PC機進行參數(shù)分析和計算，可以基本檢測到無人機的各個參數(shù)，確保地面人員能夠?qū)o人機的狀態(tài)進行實時觀測。

2系統(tǒng)的軟件界面設(shè)計

飛控系統(tǒng)自動檢測與診斷系統(tǒng)界面應(yīng)用軟件采用模塊化思想進行設(shè)計，軟件界面分為四個功能模塊：基本收發(fā)、數(shù)據(jù)波形、飛控狀態(tài)和程序設(shè)置。以實現(xiàn)檢測系統(tǒng)的不同功能。

（1）基本收發(fā)模塊。基本收發(fā)主要用于接收飛控傳送的基本數(shù)據(jù)，用于基本數(shù)據(jù)的檢測，軟件分為五個通道接收數(shù)據(jù)，并且具有數(shù)據(jù)解析和校驗功能。

（2）數(shù)據(jù)波形模塊。軟件數(shù)據(jù)波形界面主要用于顯示飛行器關(guān)鍵參數(shù)的波形，其中主要顯示的內(nèi)容包括姿態(tài)歐拉角參數(shù)、氣壓計高度信號、電壓電流信號、旋漿轉(zhuǎn)速信號等飛行器控制中心的核心參數(shù)。波形的繪制可便于地面操作人員觀察數(shù)據(jù)的走向和參數(shù)的變化，軟件通過將各類數(shù)據(jù)曲線設(shè)置不同顏色，并添加勾選項目，可實現(xiàn)用戶對于不同參數(shù)曲線的觀測和對比。

（3）飛控狀態(tài)模塊。飛控狀態(tài)模塊是該軟件的主要功能模塊，該模塊主要由飛行狀態(tài)3D模型、位置信號儀表盤、飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示、舵機控制信號條形框和狀態(tài)診斷文本框構(gòu)成。

①飛控狀態(tài)3D模型，通過將飛機傳送的數(shù)據(jù)信號進行解算，并通過3D模型進行輸出演示，對飛機實時狀態(tài)進行仿真模擬；②位置信號儀表盤，模擬無人機機體視角，直觀觀察飛機飛行的位置變化；③飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示，將各類傳感器等儀表信息以數(shù)字形式顯示于該模塊中，檢測并輸出飛行參數(shù)；④舵機控制信號條形框，將各個舵機獲取的PWM波形的占空比信息進行顯示；⑤狀態(tài)診斷文本框，利用專家診斷算法采用逐條比對和交叉比對算法進行故障匹配，故障參數(shù)超出正常范圍則觸發(fā)報警燈。

（4）程序設(shè)置模塊。程序設(shè)置界面主要是用于軟件本身狀態(tài)的設(shè)置和與無人機數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，主要包括傳輸?shù)牟ㄌ芈省?shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等。

3結(jié)論

本文首先介紹了無人機及其檢測系統(tǒng)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀，并針對傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)人機交互界面存在的問題，提出了以模塊化的思想設(shè)計的，具有多窗口的人機交互界面的自動檢測與診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)將飛參檢測數(shù)據(jù)實時顯示輸出，讀取數(shù)據(jù)更為方便直觀；設(shè)立了故障診斷模塊，進行故障的實時定位與報警，規(guī)避了因人為判斷故障存在誤差的風險；繪制了3D飛機模型，直觀形象的模擬飛機實時飛行姿態(tài)；繪制飛參曲線，以便于地面維護人員捕捉不穩(wěn)定參數(shù)。該系統(tǒng)已經(jīng)逐步在工程實踐中得到應(yīng)用，用戶反饋，本系統(tǒng)對飛行器參數(shù)檢測和診斷具有有效性，本系統(tǒng)的人機交互界面較大程度的提高了系統(tǒng)的檢測效率。