飛行訓練模擬器數據采集系統設計

應艷茹，楊宛璐，韓 立，王建普

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

隨著飛機的性能指標、任務要求、系統集成等要求的提高，與之配套的高仿真模擬器變得越來越復雜，需要實時采集與處理的數據越來越多，種類越來越繁雜[1-2]。飛行訓練模擬器數據采集系統是飛行訓練模擬器座艙模擬分系統的重要組成部分，是整個飛行訓練模擬器中的一項關鍵技術。

數據采集系統主要實現對模擬器座艙電氣設備的數據采集，將采集的數據通過以太網發送至飛機仿真軟件、座艙測試軟件，同時獲取飛機仿真軟件、座艙測試軟件的網絡數據，將控制盒顯示數據發送至模擬器座艙總線上的控制盒。數據采集系統由硬件和軟件兩個部分組成，硬件提供數據采集系統運行的平臺，軟件驅動數據采集系統功能實現[3]。

1 系統概述

1.1 硬件概述

數據采集系統的硬件包括主控制器、DI模塊、AI模塊、CAN總線模塊。

數據采集硬件各部件的功能如下：

1）主控制器：主控制器是數據采集硬件的核心部件，主要實現DI模塊數據和AI模塊數據的接收、CAN總線數據的收發，以及以太網數據收發功能，完成數據的實時采集、計算和通訊任務；

2）DI模塊：主要實現對模擬器座艙內油門桿、操縱桿開關數字信號的采集功能；

3）AI模塊：主要實現對模擬器座艙內油門桿、操縱桿傳感器模擬信號的采集功能；

4）CAN總線模塊：主要實現對模擬器座艙內控制盒總線數據的采集和發送功能。

1.2 軟件概述

數據采集軟件的運行現場是系統綜合聯試/測試環境、實裝使用環境。數據采集軟件主要實現系統初始化、數據采集功能、數據處理功能、網絡通訊功能、文件解析功能和用戶界面功能，具體如下：

1）系統初始化：硬件初始化及通訊網絡的初始化；

2）數據采集功能：根據模擬器座艙信號的信息，采集模擬器座艙內的DI數據、AI數據，收發CAN總線數據；

3）數據處理功能：實現對AI數據的標定、AI數據到物理量的轉換、標定數據的本地保存功能；

4）網絡通訊功能：實現與飛機仿真軟件、座艙測試軟件的網絡數據交互；

5）文件解析功能：解析模擬器座艙內信號的信息文件，文件內容包括每個信號的信號名稱、信號所在設備或通道、信號值范圍、信號所在字節號、信號所在位號、位置、初值等信息；

6）用戶界面功能：創建對AI數據的實時監控畫面，并創建AI數據的標定操作界面及標定數據的保存操作界面。

2 系統設計

2.1 系統體系結構

采用面向對象以及結構化的設計方法，將數據采集軟件劃分為系統初始化部件、數據采集部件、數據處理部件、網絡通訊部件、文件解析部件和用戶界面部件，而這些軟件部件又由若干軟件單元和子單元組成，如圖1所示。

圖1 數據采集軟件單元體系結構圖

2.2 接口設計

主要介紹外部接口的設計，外部接口主要包括與模擬器座艙內的電氣設備、座艙測試軟件和飛機仿真軟件之間的接口，如圖2所示。

圖2 數據采集軟件外部接口關系圖

2.3 軟件主要模塊設計

1）數據采集模塊

數據采集模塊包括DI數據采集、AI數據采集和控制盒收發信號。下面主要介紹AI數據采集的具體設計過程：

①對每一個AI信號，根據AI信號信息向量的元素中AI信號名稱、設備編號、通道號、采集范圍，調用AIO_GetValue函數對AI信號進行采集；

②將獲取的AI信號值，通過計算公式，得到該信號的電壓/電流值，計算公式如下：

其中：y表示AI信號的電壓/電流值

x表示采集結果的信號值

x1表示采集范圍的最小值

x2表示采集范圍的最大值

③ 計算所得的電壓/電流值將精度定位1/1000，多余小數位進行截斷處理；

④ 將最終的電壓/電流值賦給該信號對應的向量元素的信號值變量。

2）網絡通訊模塊

網絡通訊模塊包括接收飛機仿真軟件數據、接收座艙測試軟件數據和發送數據至座艙測試軟件三個子模塊。下面主要介紹發送數據至座艙測試軟件子模塊的具體設計過程：

① 定義發送至座艙測試軟件的數據變量tData2Test_NetData并初始化；

② 更新待發數據tData2Test_NetData中的AI標定數據；

③更新待發數據tData2Test_NetData中的實時電壓/電流值；

④更新待發數據tData2Test_NetData中的控制盒工作狀態；

⑤判斷是否進入測試模式，若是，則調用UDP點對點發送數據函數發送數據至座艙測試軟件。

3）文件解析模塊

文件解析模塊包括DI信號信息文件解析、AI信號信息文件解析和總線接收/發送信號信息文件解析三個子模塊，下面主要介紹DI信號信息文件解析模塊的具體設計過程：

①讀取DI信號信息文件，獲取文件中的信息內容，包含DI信號名稱、設備編號、通道號、初值等信息；

②將從DI信號信息文件中讀取的DI信號映射至DI信號值變量地址。

2.4 軟件運行流程

軟件的運行流程如圖3所示。

圖3 軟件運行流程

3 結論

該數據采集系統已應用于某型飛行訓練模擬器的設計開發中，并取得了較好的效果。該設計方法完全實現了軟件工程中高內聚、低耦合的設計思路，提高了軟件的復用性、可讀性。同時，將可變部分寫入配置文件中，簡化了開發工作，縮短了開發周期，為后期維護提供了便利。