丁煥玉，湯建勛，王 宇

（國防科技大學 光電學院，湖南 長沙 410073）

隨著科學技術的飛速發(fā)展，慣性導航技術廣泛應用于軍事領域，能夠精確制導武器、飛機、航空器等。早期的慣導系統(tǒng)采用機械平臺式，后來逐步被捷聯(lián)慣導系統(tǒng)（SINS）所取代[1-2]。現(xiàn)代的高科技戰(zhàn)爭要求武器系統(tǒng)反應靈敏、操作簡單、可靠性高，催生了觸摸屏武器控制系統(tǒng)的誕生，如美軍的單兵觸摸式GPS導航儀、德軍的觸摸式火炮瞄準系統(tǒng)等。我國的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)起步較晚，但由于國內相關器件（如：激光陀螺、加速度計）的制造技術相繼成熟，我國的捷聯(lián)慣導技術也得到快速發(fā)展，并取得一定成就[3-4]。這里針對文獻[5]中激光陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的實際情況，設計了激光陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的顯控部分，其中顯示器采用VT5057L型單色觸摸屏。

1 捷聯(lián)慣導顯控系統(tǒng)結構

捷聯(lián)慣導顯控系統(tǒng)由導航觸摸顯示器和導航數(shù)據(jù)處理計算機組成。導航觸摸顯示器是整個導航系統(tǒng)中重要組成部分之一，它向整個導航系統(tǒng)輸入命令控制整個導航系統(tǒng)工作，同時接收解算后的實際導航參數(shù)并將其進行顯示，根據(jù)這些參數(shù)判斷整個導航系統(tǒng)是否運轉正常，因此，該顯控系統(tǒng)是操作人員了解導航系統(tǒng)的重要窗口。

該慣導系統(tǒng)采用PC104作為導航數(shù)據(jù)處理計算機，它在接收到初始參數(shù)后進行校驗，然后將初始參數(shù)傳入主體導航系統(tǒng)；同時對主體導航系統(tǒng)傳送來的原始參數(shù)進行解算得出最后的導航參數(shù)并傳給導航觸摸顯示器。其軟件部分采用Microsoft Visual C++編寫，以便于兼容Win98/2000/XP系統(tǒng)。

導航觸摸顯示器與導航數(shù)據(jù)處理計算機采用RS-232串口實現(xiàn)雙向通信，波特率選用115 200。整個顯示控制系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

圖1 捷聯(lián)慣導顯控系統(tǒng)結構框圖

2 捷聯(lián)慣導顯控系統(tǒng)設計

2.1 硬件電路設計

導航觸摸顯示器由VT5057L型單色觸摸屏和24 V直流電流源組成，VT5057L提供1個RS-232串口可與PC104連接。VT5057L觸摸屏的接收和發(fā)送均是針對4字節(jié)32位浮點數(shù)而言，該觸摸屏有2種顯示模式：1）將所需要數(shù)據(jù)全部填滿緩沖區(qū)后才顯示；2）不必全部填滿緩沖區(qū)，只要對應地址有數(shù)據(jù)便顯示；由于通訊的實時性這里選用后者。

導航數(shù)據(jù)處理計算機由嵌入式PC104模塊和接口板組成。PC104模塊提供1條ISA總線，接口板完成激光陀螺和加速度計信號轉換，通過這條總線與PC104模塊間進行數(shù)據(jù)傳送。激光陀螺輸出2路相差為90°的方波信號，加速度計輸出成比例的電流信號，二者均需要鑒相解調后才能使用。這里采用I/F變換將加表的電流信號轉變成脈沖信號，再使用8254對脈沖信號計數(shù)得到數(shù)字信號，此外由于導航軟件的執(zhí)行頻率較高，因此接口板上還需附加了1個8254定時器作為外部定時器。該系統(tǒng)接口板采用HCTL2020器件完成以上工作，該器件內部集成有4倍頻的解碼電路、16位計數(shù)器和濾波器，其內置濾波器能夠有效降低噪聲，圖2為捷聯(lián)慣導顯控系統(tǒng)導航計算機框圖。

圖2 捷聯(lián)慣導顯控系統(tǒng)導航計算機框圖

接口板負責與主體導航系統(tǒng)連接獲得原始數(shù)據(jù)[3]，PC104模塊負責接收觸摸屏傳送過來的初始參數(shù)，并經過校驗后傳送至主體導航系統(tǒng)，主體導航系統(tǒng)工作后把導航原始參數(shù)傳至PC104，這時它對傳來的參數(shù)進行解算，經過誤差補償修正后將其傳送給VT5057L。二者的通信協(xié)議如下：串口，COM1；波特率，115 200； 校驗位，NONE；數(shù)據(jù)位，8；停止位，1。

2.2 導航顯示器軟件設計

導航顯示器的軟件設計采用Autoface[6]編寫，這款軟件是模仿Microsoft Visual C++模式編寫的，內部嵌入很多功能化模塊，程序員通過編寫模塊的宏命令實現(xiàn)相應功能。當觸摸該屏幕的表面模塊時，觸摸屏將自動執(zhí)行對應的宏命令。宏命令之間有優(yōu)先級之分，通過設定優(yōu)先級控制命令執(zhí)行的先后順序。導航顯示器的軟件系統(tǒng)負責對主體系統(tǒng)發(fā)送工作命令，發(fā)送階段流程如圖3所示。圖4為導航顯示器的實際發(fā)送界面。

圖3 導航顯示器發(fā)送流程

圖4 導航顯示器發(fā)送界面

由于VT5057L的內存較大并且內部有單獨的CPU，所以該軟件可以實時顯示PC104傳送過來的數(shù)據(jù)，幾乎沒有延遲。當實際工作環(huán)境惡劣或串口傳輸過程中會產生誤碼，所以在初始階段加上了特殊字段校驗和校驗和，在傳輸時傳送2遍，在PC104軟件部分進行相應的校驗，以保證通信正確。發(fā)送宏命令代碼如下：

主體導航系統(tǒng)接收到工作命令后會正常工作，同時傳輸原始的導航參數(shù)，這時PC104接收這些導航參數(shù)并進行參數(shù)解算，解算后將實際參數(shù)傳給VT5057L，觸摸屏的顯示階段流程如圖5所示。圖6為導航顯示器實際接收的導航結果。

圖5 導航顯示器接收流程

圖6 導航顯示器接收界面

為了消除環(huán)節(jié)因素以及通信誤碼對PC104和VT5057L之間的傳輸產生影響，增加了校驗功能，顯示階段宏命令代碼如下：

導航數(shù)據(jù)處理計算機的軟件采用VC++編寫，在DOS下使用TC3.1調試。由于實際的戰(zhàn)場環(huán)境可能變化無常，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信量又非常大，主體導航系統(tǒng)和顯控系統(tǒng)都可能出現(xiàn)各種問題從而導致數(shù)據(jù)傳輸出錯；為了防止此類事情的發(fā)生，在導航計算機內部也增加了數(shù)據(jù)校驗環(huán)節(jié)，發(fā)送函數(shù)代碼如下：

3 結論

本文設計了一種基于觸摸屏和PC104的顯控系統(tǒng)，給出了PC104計算模塊的框架結構和觸摸屏及導航計算機軟件編寫流程，二者通過RS-232串口雙向通信，經過4 000小時不間斷測試，數(shù)據(jù)顯示依然正常。該顯控系統(tǒng)體積小、重量輕、可靠性高，可應用于海軍艦艇慣導系統(tǒng)。

[1]張樹俠，張靜.捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1992.

[2]高伯龍，李樹棠.激光陀螺[M].長沙：國防科技大學出版社，1984.

[3]王宇.機抖激光陀螺捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的初步探索[D].長沙：國防科學技術大學，2005.

[4]湯建勛.機械抖動激光陀螺抖動偏頻系統(tǒng)的研究與設計[D].長沙：國防科學技術大學，2000.

[5]王宇，湯建勛.激光陀螺捷聯(lián)慣導計算機系統(tǒng)的設計[J].計算機工程， 2006，32（18）：273-274.

[6]劉剛.AUTOFACE簡易軟件操作手冊V1.2[Z].深圳市創(chuàng)為新自動化科技有限公司，2007.