無人機自動檢測系統人機界面的設計與實現

張蘇英　金吉　杜雪等

摘要：針對傳統無人機飛控系統自動檢測與診斷系統人機交互界面沉悶老舊、自動化程度低等問題，設計了一種實時監控的多窗口的人機交互界面，該界面設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，減少了無人機檢測與診斷對人的經驗與技術水平的依賴，更具通用性和標準性。

關鍵詞：專家系統；無人機；檢測與診斷系統；人機交互界面；飛機3D模擬

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

現階段，隨著自動檢測系統的技術的更新換代與不斷發展，逐步實現了擴展儀器所需協議、命令和語言等內容，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，從界面設計角度來看，傳統的檢測系統的人機交互界面大都采用純數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，檢測結果多依賴于人員的經驗和技術水平，不具有通用性和標準性。

針對上述問題，設計一種多窗口的友好的人機交互界面是十分重要的。

該設計應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，減少檢測系統對人員技術能力等因素的依賴；（3）對界面色彩、鏈接方式等進行整體化設計，形成友好的人機交互界面。

1飛控系統的檢測與診斷系統

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

系統檢測部分主要用于無人機各個參數的檢測，其中檢測的主要方向分為姿態系統檢測、位置系統測量、動力系統檢測和執行機構檢測。

系統分析部分主要包括姿態分析、位置分析、動力分析和執行機構分析。姿態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，進行飛行器姿態解算。位置系統主要通過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轉換器采集無人機機載蓄電池的相關參數，主要包含電壓、電量等參數，同時檢測電動機的轉速信息。執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機進行參數分析和計算，可以基本檢測到無人機的各個參數，確保地面人員能夠對無人機的狀態進行實時觀測。

2系統的軟件界面設計

飛控系統自動檢測與診斷系統界面應用軟件采用模塊化思想進行設計，軟件界面分為四個功能模塊：基本收發、數據波形、飛控狀態和程序設置。以實現檢測系統的不同功能。

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

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

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

①飛控狀態3D模型，通過將飛機傳送的數據信號進行解算，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飛行器姿態數據顯示，將各類傳感器等儀表信息以數字形式顯示于該模塊中，檢測并輸出飛行參數；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，故障參數超出正常范圍則觸發報警燈。

（4）程序設置模塊。程序設置界面主要是用于軟件本身狀態的設置和與無人機數據傳輸的控制，主要包括傳輸的波特率、數據格式、通信協議等。

3結論

本文首先介紹了無人機及其檢測系統的背景和發展現狀，并針對傳統檢測系統人機交互界面存在的問題，提出了以模塊化的思想設計的，具有多窗口的人機交互界面的自動檢測與診斷系統，該系統將飛參檢測數據實時顯示輸出，讀取數據更為方便直觀；設立了故障診斷模塊，進行故障的實時定位與報警，規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；繪制飛參曲線，以便于地面維護人員捕捉不穩定參數。該系統已經逐步在工程實踐中得到應用，用戶反饋，本系統對飛行器參數檢測和診斷具有有效性，本系統的人機交互界面較大程度的提高了系統的檢測效率。