徐 茜,宮海波,楊 哲

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 陜西 西安710089）

隨著現(xiàn)代航空事業(yè)的不斷進(jìn)步，各種新型飛機(jī)的研究得到了空前的發(fā)展。飛行試驗(yàn)是對(duì)飛行器及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行研究和產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證的重要手段。在飛行試驗(yàn)中進(jìn)行遙測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)保證飛行安全，提高飛行效率起到至關(guān)重要的作用[1]。

隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，飛行試驗(yàn)中的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法也不斷改進(jìn)。傳統(tǒng)的監(jiān)控方法采用數(shù)字、運(yùn)動(dòng)曲線等單一方式來(lái)顯示試飛數(shù)據(jù)，這種方法專業(yè)性太強(qiáng)，比較死板、直觀性較差，易造成視覺(jué)疲勞[2]。LabVIEW軟件具有可視化程度高，軟件開發(fā)效率高，軟件維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。文中設(shè)計(jì)的某型發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件采用LabVIEW進(jìn)行監(jiān)控畫面的開發(fā)與設(shè)計(jì)，在監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)中，針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控畫面中存在的專業(yè)性強(qiáng)、直觀性差等問(wèn)題，結(jié)合數(shù)值顯示飛行數(shù)據(jù)，采用分區(qū)儀表盤設(shè)計(jì)、進(jìn)度條、指示燈、時(shí)間歷程曲線等相結(jié)合的方式顯示關(guān)鍵飛行參數(shù)，具有直觀、人性化的特點(diǎn)。該實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件采用模塊化設(shè)計(jì)并引入子VI設(shè)計(jì)思路，提高了軟件執(zhí)行效率，軟件操作更加簡(jiǎn)便。該軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了飛行安全，為發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)定型提供了重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、記錄并在客戶端PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示及回放[4]。

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能結(jié)構(gòu)如圖1所示，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、記錄、回放、處理和顯示等功能。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)，由前端服務(wù)器和客戶端組成，前端服務(wù)器軟件通過(guò)調(diào)用帶頭文件生成試驗(yàn)文件，試驗(yàn)文件包含了帶頭中的所有信息，包括參數(shù)名，參數(shù)的取位、校線、同步字以及幀結(jié)構(gòu)等信息。飛行時(shí)通過(guò)調(diào)用試驗(yàn)文件來(lái)采集、記錄、處理和向客戶端發(fā)送飛行數(shù)據(jù)。

圖1 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)Fig.1 Software functional structure of the real-timemonitoring system

服務(wù)器將設(shè)定的參數(shù)組的全部參數(shù)名通過(guò)UDP協(xié)議廣播/組播發(fā)送到客戶端，客戶端在兩次接收到參數(shù)名后，對(duì)比兩次收到的參數(shù)名是否一致，如一致，則關(guān)閉參數(shù)名接收端口。服務(wù)器端在信號(hào)同步后，將參數(shù)數(shù)據(jù)也通過(guò)UDP協(xié)議廣播/組播發(fā)送到客戶端；客戶端通過(guò)TCP協(xié)議將監(jiān)控畫面需要的參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控畫面實(shí)時(shí)顯示。

文中闡述的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，為了保證監(jiān)控畫面顯示的實(shí)時(shí)性，減少數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間延遲以及提高數(shù)據(jù)發(fā)送效率，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器端采用UDP協(xié)議與客戶端進(jìn)行通信。另外，使用UDP協(xié)議利于系統(tǒng)擴(kuò)展，用戶可以方便地增加顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的客戶端的數(shù)量。

2 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

LabVIEW軟件是NI（美國(guó)國(guó)家儀器）公司開發(fā)的一款圖形化編輯軟件[5]，該軟件采用G語(yǔ)言編程，具有可視化程度高、軟件維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[6]。文中設(shè)計(jì)的監(jiān)控畫面采用LabVIEW軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的功能

實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面通過(guò)圖形化界面的方式，采用數(shù)字、曲線、進(jìn)度條、信號(hào)燈和虛擬儀表等表現(xiàn)形式向用戶提供一個(gè)顯示界面，將發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)分類以多個(gè)頁(yè)面向用戶顯示，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)重要性能指標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的功能。此外，用戶還可以自由改變進(jìn)度條及曲線的顯示范圍及顯示速度。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的軟件結(jié)構(gòu)

在監(jiān)控畫面的前面板，通過(guò)選取各類LabVIEW組件，將監(jiān)控參數(shù)分類以多頁(yè)面、模塊化的方式進(jìn)行圖形化顯示。在監(jiān)控畫面的后面板，通過(guò)3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)參數(shù)名的發(fā)送，參數(shù)的接收、處理和顯示。

1）調(diào)用tcp_open.vi(參數(shù)名發(fā)送函數(shù))，配置小系統(tǒng)和Magali系統(tǒng)雙接口的參數(shù)名，將畫面需要的參數(shù)名發(fā)送給客戶端。

2）通過(guò)配置網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶端發(fā)到畫面的參數(shù)數(shù)據(jù)的接收。

3）在后面板進(jìn)行參數(shù)的計(jì)算后，將結(jié)果連接到前面板控件輸出顯示。

監(jiān)控畫面的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 監(jiān)控畫面的軟件結(jié)構(gòu)Fig.2 Software structure of themonitor screen

2.3 監(jiān)控參數(shù)的算法實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控畫面上的參數(shù)分為429總線參數(shù)，422總線參數(shù)，232總線參數(shù)，機(jī)上抽引參數(shù)和加裝參數(shù)等，參數(shù)類型不同，參數(shù)的算法也不相同。

單字429總線參數(shù)、加裝參數(shù)的算法主要在服務(wù)器端通過(guò)配置帶頭文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙字429總線參數(shù)、422總線參數(shù)、232總線參數(shù)、部分機(jī)上抽引參數(shù)則一般由多個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算后得到最終的參數(shù)值。因此，這些參數(shù)的計(jì)算需要在監(jiān)控畫面的后面板上根據(jù)一定的算法進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。由于畫面涉及的參數(shù)主要是422總線參數(shù)，其算法也最為復(fù)雜，因此下面將422總線參數(shù)的算法進(jìn)行介紹。

422總線上記錄了飛參數(shù)據(jù)，該總線參數(shù)數(shù)據(jù)分布在2048個(gè)采樣點(diǎn)內(nèi)。每個(gè)采樣點(diǎn)由兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)組成，每個(gè)字節(jié)的高8位是有效位。如圖3所示，參數(shù)的計(jì)算由5部分組成。

第一步：通信協(xié)議中規(guī)定了每個(gè)參數(shù)的采樣率，通過(guò)在帶頭中設(shè)置該參數(shù)采樣點(diǎn)的長(zhǎng)周采樣率進(jìn)行采樣。

第二步：組成每個(gè)采樣點(diǎn)的兩個(gè)字節(jié)的排列是低位在前，高位在后，因此首先需將兩個(gè)字節(jié)的順序進(jìn)行顛倒，然后將兩個(gè)字節(jié)分別取高8位再拼成一個(gè)16位參數(shù)字。例如，組成當(dāng)前采樣點(diǎn)的兩個(gè)字節(jié)的數(shù)值分別是0x5DBC、0x0CDD，則拼位后的采樣點(diǎn)的數(shù)值是0x0C5D。

第三步：根據(jù)參數(shù)的后續(xù)點(diǎn)類型決定該參數(shù)由幾個(gè)采樣點(diǎn)組成，不同的后續(xù)點(diǎn)類型占據(jù)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)和每個(gè)采樣點(diǎn)的取位方式不同，由幾個(gè)采樣點(diǎn)拼成一個(gè)參數(shù)的方式也不同。例如，當(dāng)前參數(shù)的采樣點(diǎn)的后續(xù)點(diǎn)類型為2時(shí)，定義為：每個(gè)采樣點(diǎn)只用其低8位，本類型占據(jù)兩個(gè)采樣點(diǎn)，由2個(gè)采樣點(diǎn)的低8位組成16位數(shù)，低位在前一個(gè)采樣點(diǎn)，高位在后一個(gè)采樣點(diǎn)。例如，某一參數(shù)的后續(xù)點(diǎn)類型為2，經(jīng)過(guò)第一步計(jì)算后，得到的前后兩個(gè)采樣點(diǎn)的值分別為0x0B3D,0x0C2A，根據(jù)后續(xù)點(diǎn)2的定義，得到該參數(shù)拼位后的值為0x2A3D。

第四步：將第三步計(jì)算得到的參數(shù)值和給定的有效位掩碼進(jìn)行“位與運(yùn)算”，得到新的參數(shù)值。例如，取后12位時(shí)，有效位掩碼為0xFFF。

第五步：將參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)還原。由于機(jī)載采集的數(shù)據(jù)是源碼值，因此需要根據(jù)一定的算法將源碼值還原成物理量再輸出。數(shù)據(jù)還原類型有如下幾類：1）無(wú)：即不需要進(jìn)行還原，直接輸出；2）線性關(guān)系：即源碼值和物理量之間是線性關(guān)系，采用線性插值法來(lái)得到物理量；3）離散還原關(guān)系：源碼值為離散量0、1，分別代表不同的含義；4）多段關(guān)系：數(shù)值中不同的位代表不同的含義，得到對(duì)應(yīng)的含義后再進(jìn)行組合，例如采集器時(shí)間由時(shí)分秒組成；5）公式類型：將源碼值根據(jù)給定的公式計(jì)算得出對(duì)應(yīng)的物理量。

經(jīng)過(guò)以上五步計(jì)算，就得到了每個(gè)422總線參數(shù)的物理量值，然后將其與前面板控件連接并輸出顯示。

2.4 監(jiān)控畫面模塊化設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面界面如圖4所示。監(jiān)控畫面采用小系統(tǒng)和Magali系統(tǒng)雙接口的形式，在監(jiān)控時(shí)可根據(jù)資源情況靈活選用小系統(tǒng)或Magali系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖3 422總線參數(shù)算法流程圖Fig.3 422 bus parameters algorithm flowchart

由于監(jiān)控畫面參數(shù)較多、參數(shù)類型各不相同，無(wú)法同時(shí)在一個(gè)屏幕上顯示所有參數(shù)。為了便于用戶理解，對(duì)參數(shù)進(jìn)行分類顯示，將監(jiān)控畫面前面板分為主畫面、發(fā)動(dòng)機(jī)主畫面、發(fā)動(dòng)機(jī)輔助畫面、APU畫面、振動(dòng)畫面和測(cè)溫畫面等幾個(gè)模塊顯示。本文采用LabVIEW中的系統(tǒng)選項(xiàng)卡（Tab）控件來(lái)對(duì)不同類型的參數(shù)進(jìn)行分類顯示。Tab控件可以由多個(gè)卡片頁(yè)組成，通過(guò)單擊鼠標(biāo)右鍵可以增加或刪除卡片頁(yè)。本文設(shè)計(jì)的不同模塊顯示在不同的卡片頁(yè)上，用戶通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊某一卡片頁(yè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽，即可顯示出當(dāng)前卡片頁(yè)的內(nèi)容，其它卡片頁(yè)的內(nèi)容則被隱藏，將卡片頁(yè)的標(biāo)簽定義成各個(gè)功能模塊的名稱，這樣使監(jiān)控畫面更加清晰和直觀。相比傳統(tǒng)的單屏顯示所有參數(shù)的畫面，本文設(shè)計(jì)的畫面層次感更強(qiáng)、也更利于用戶監(jiān)控和理解。監(jiān)控畫面采用儀表盤、信號(hào)燈、數(shù)字量以及時(shí)間歷程曲線相結(jié)合的方式顯示畫面參數(shù)，有效、直觀地顯示出了當(dāng)前各項(xiàng)參數(shù)狀態(tài)。

從圖4中可以看到，通過(guò)利用LabVIEW中屬性節(jié)點(diǎn)的功能，在儀表盤的不同數(shù)值段用不同的顏色區(qū)分，不同區(qū)域分別代表正常、告警以及故障等含義，與真實(shí)的汽車儀表盤類似，簡(jiǎn)潔、直觀地反映了飛行參數(shù)在不同范圍的意義。

在程序編寫過(guò)程中，由于有些算法具有類似的規(guī)律，例如參數(shù)取位運(yùn)算、422總線、232總線參數(shù)的計(jì)算等。我們將公共算法編寫成子VI，通過(guò)調(diào)用子VI的方法來(lái)提高程序執(zhí)行效率，減少重復(fù)代碼的編寫。

圖4 實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面Fig.4 Real-timemonitoring screen

3 結(jié)束語(yǔ)

文中基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)，詳細(xì)論述了發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)方法相比，該實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件具有更加直觀、人性化的特點(diǎn)，軟件操作簡(jiǎn)便、支持多種接口。通過(guò)采用模塊化設(shè)計(jì)、引入子VI等設(shè)計(jì)思路，極大提高了軟件執(zhí)行效率。該監(jiān)控軟件在發(fā)動(dòng)機(jī)定型試飛中得到實(shí)際應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明，該監(jiān)控軟件在保證飛行安全、提高飛行效率的同時(shí)具有良好的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。

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