基于C++ builder的高采樣率動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)繪圖研究

摘 要： 針對(duì)在顫振飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中高采樣率動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)間歷程曲線實(shí)時(shí)顯示特點(diǎn)，介紹了如何在C++ builder環(huán)境中使用TChart控件實(shí)時(shí)繪制動(dòng)態(tài)參數(shù)曲線，并對(duì)采用控件和算法的特點(diǎn)及選擇準(zhǔn)則做了詳細(xì)分析，給出了相關(guān)程序代碼。該算法先將顫振數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存放在數(shù)組里，然后結(jié)合TChart控件和TTimer控件采用翻頁(yè)方式來(lái)實(shí)時(shí)顯示其時(shí)間歷程曲線。通過(guò)在顫振試飛監(jiān)控中實(shí)際應(yīng)用表明，該算法能有效實(shí)時(shí)顯示真實(shí)動(dòng)態(tài)信號(hào)，滿足課題監(jiān)控需求。該算法還可應(yīng)用于電力系統(tǒng)的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 高采樣率； 動(dòng)態(tài)信號(hào)； 定時(shí)器； TChart實(shí)時(shí)繪圖； 飛行監(jiān)控

中圖分類號(hào)： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）12?0053?02

顫振飛行試驗(yàn)是新機(jī)或有重大改型飛機(jī)都必須進(jìn)行的試飛科目，是世界公認(rèn)的Ⅰ類風(fēng)險(xiǎn)試飛科目，所以必須通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控保障飛行安全。顫振試飛與其他試驗(yàn)科目相比，具有風(fēng)險(xiǎn)高、參數(shù)采樣率高的特點(diǎn)，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性以及精確性都要求較高[1?2]。在開發(fā)顫振試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件過(guò)程中，為了在屏幕上實(shí)時(shí)精確繪制高采樣率顫振參數(shù)時(shí)間歷程曲線，對(duì)高采樣率動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)繪圖技術(shù)[3?6]做了深入研究，并采用C++ builder進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。通過(guò)軟件測(cè)評(píng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)驗(yàn)證，該監(jiān)控軟件運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，能實(shí)時(shí)精確顯示高采樣顫振參數(shù)時(shí)域曲線。

1 開發(fā)平臺(tái)介紹

C++ Builder是由Borland公司繼Delphi之后又推出的一款高性能可視化集成開發(fā)工具[7]，它具有快速的可視化開發(fā)環(huán)境：只要簡(jiǎn)單地把控件拖到窗體上，定義它的屬性，設(shè)置它的外觀，就可以快速地建立應(yīng)用程序界面。它內(nèi)置了100多個(gè)完全封裝了Windows公用特性且具有完全可擴(kuò)展性（包括全面支持ActiveX控件）的可重用控件。C++ Builder具有一個(gè)專業(yè)C++開發(fā)環(huán)境所能提供的全部功能：快速、高效、靈活的編譯器優(yōu)化，逐步連接，CPU透視，命令行工具等，實(shí)現(xiàn)了可視化的編程環(huán)境和功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言（C++）的完美結(jié)合。利用C++ Builder開發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，可以充分利用可視化編程語(yǔ)言的高效、靈活等優(yōu)點(diǎn)，使得開發(fā)出來(lái)的應(yīng)用程序具有更好的用戶界面，適合飛行監(jiān)控使用。

2 高采樣率動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)繪圖算法研究及實(shí)現(xiàn)

顫振試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件通過(guò)接收服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)軟件界面上參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)采集。由于顫振參數(shù)為高采樣率速變參數(shù)，如果按照常規(guī)緩變參數(shù)那樣接收每點(diǎn)數(shù)據(jù)都畫圖的方法在屏幕上實(shí)時(shí)繪制時(shí)間歷程曲線，發(fā)現(xiàn)軟件數(shù)據(jù)顯示常有遲滯現(xiàn)象，并且嚴(yán)重影響軟件數(shù)據(jù)采集精度，因此對(duì)數(shù)據(jù)繪圖方法進(jìn)行優(yōu)化研究，將顫振數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集到內(nèi)存里，并且用數(shù)組來(lái)存放采集數(shù)據(jù)，然后利用TChart控件使用翻頁(yè)方式來(lái)實(shí)時(shí)顯示時(shí)間歷程曲線，每個(gè)頁(yè)面顯示一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)曲線，其中翻頁(yè)時(shí)間間隔（由采樣頻率決定）由定時(shí)器控制，也可以通過(guò)利用接收服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)到達(dá)定值后進(jìn)行翻頁(yè)的繪圖算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 C++ builder控件介紹

2.1.1 TTimer控件

TTimer控件[8?9]是C++ builder提供的一個(gè)普通計(jì)時(shí)器，使用簡(jiǎn)單方便，但具有兩大缺陷：定時(shí)精度差和消息優(yōu)先權(quán)低。首先，基于Windows計(jì)時(shí)器的硬件計(jì)時(shí)器每隔54.925 ms走1次（約18.2 次/s），也就是說(shuō)，這種方式的定時(shí)器只能精確到大約55 ms，對(duì)于55 ms以下的時(shí)間精度便無(wú)能為力；另外，由于Windows是基于消息機(jī)制的系統(tǒng)，任何事件的執(zhí)行都是通過(guò)發(fā)送和接收消息來(lái)完成的。TTimer控件的優(yōu)先權(quán)太低，這樣一旦計(jì)算機(jī)的CPU被某個(gè)進(jìn)程占用，或系統(tǒng)資源緊張時(shí)，發(fā)送到消息隊(duì)列中的WM_TIMER消息就被暫時(shí)掛起，得不到實(shí)時(shí)處理。

2.1.2 多媒體定時(shí)器

多媒體定時(shí)器[8?9]是由Windows系統(tǒng)提供的毫秒級(jí)定時(shí)器，其定時(shí)精度可達(dá)1 ms。從運(yùn)行基理來(lái)看，多媒體定時(shí)器提供的是硬件中斷服務(wù)，不傳送任何消息，優(yōu)先級(jí)很高。多媒體定時(shí)器使用自己獨(dú)立的線程，調(diào)用回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理，但在多媒體定時(shí)器的使用過(guò)程中需要注意的是：在多媒體定時(shí)器處理的線程結(jié)束之前不要再次啟動(dòng)定時(shí)器，否則會(huì)造成死機(jī)。在使用之后一定要?jiǎng)h除定時(shí)器及響應(yīng)的參數(shù)，否則系統(tǒng)的響應(yīng)會(huì)變得很慢。

2.1.3 TChart控件

C++ Builder嵌入了Borland公司產(chǎn)品Delphi的控件TeeChart[10]，可以方便地實(shí)現(xiàn)曲線繪制，繪圖功能強(qiáng)大，界面友好。本文利用C++ Builder自帶的畫圖控件TChart，它是TeeChart類庫(kù)中最主要的類，具有11種標(biāo)準(zhǔn)的Series類型，325個(gè)屬性，125個(gè)方法以及28個(gè)事件，這使得TChart具有非常強(qiáng)大的繪圖功能。

2.2 繪圖算法具體實(shí)現(xiàn)

將顫振數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集到內(nèi)存里，并且用數(shù)組ShowBuff []來(lái)存放采集數(shù)據(jù)，然后利用TChart控件使用翻頁(yè)方式來(lái)實(shí)時(shí)顯示其時(shí)間歷程曲線。TChart控件中AddXY函數(shù)和AddArray函數(shù)都可以來(lái)實(shí)現(xiàn)繪圖功能，但是AddXY函數(shù)每次調(diào)用都要刷新屏幕，當(dāng)需要實(shí)時(shí)繪圖參數(shù)較多時(shí)會(huì)引起監(jiān)控軟件界面數(shù)據(jù)顯示遲滯現(xiàn)象，因此本文采用用于繪制數(shù)組數(shù)據(jù)曲線的AddArray函數(shù)進(jìn)行繪圖，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)系統(tǒng)驗(yàn)證表明，AddArray函數(shù)比AddXY函數(shù)能夠有效提高繪圖效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

文中基于C++ Builder開發(fā)的顫振試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于ARJ21飛機(jī)顫振飛行試驗(yàn)中，對(duì)保障飛行安全和任務(wù)完成發(fā)揮了重要作用。實(shí)踐表明，軟件中涉及到的高采樣率動(dòng)態(tài)信號(hào)實(shí)時(shí)繪圖算法能有效還原顯示動(dòng)態(tài)參數(shù)真實(shí)信號(hào)，可應(yīng)用于其他用戶群體中，如電力系統(tǒng)的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)等。

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