張倞賓

（西安市航天中學(xué),西安 710100）

1 引言

模擬飛行是依托計算機硬件和軟件技術(shù)，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)環(huán)境，進行近似于真實的真飛機的仿真飛行操作技術(shù)的運動。高度仿真和互動性強是模擬飛行最顯著的特點。模擬飛行和真實飛行的基礎(chǔ)訓(xùn)練具有融通性，是進行真實飛行基礎(chǔ)訓(xùn)練的最好途徑；同時隨著無人機技術(shù)的進步，大量不同用途的無人飛機開始在軍事、搜救、探測等領(lǐng)域廣泛使用，而無人機控制系統(tǒng)與飛行模擬系統(tǒng)具有高度的相似性，可以直接使用模擬飛行系統(tǒng)對無人機控制人員進行培訓(xùn)。

隨著計算機技術(shù)的進步，目前臺式計算機的性能足以跟當(dāng)初的大中型機媲美，使得開發(fā)低成本模擬系統(tǒng)成為可能，《微軟模擬飛行》和《X飛機》等飛行模擬軟件經(jīng)過不斷的發(fā)展，可用于飛行訓(xùn)練的輔助工具，成為眾多專業(yè)和業(yè)余飛行員的桌面必備軟件。硬件和軟件兩方面的成熟，使飛行模擬可以進入學(xué)校或家庭，引導(dǎo)更多的青少年投身航空事業(yè)，普及航空知識，為國家儲備更多的航空人才。

由于飛行運動本身的復(fù)雜性和專業(yè)性，飛行模擬在我國仍是小眾運動，相關(guān)的專業(yè)顯示、控制設(shè)備種類少、價格高昂，阻礙了飛行模擬運動的推廣和普及?；趩纹瑱C，開發(fā)了飛行模擬控制板，將開關(guān)信號、電位信號等通過USB接口輸入計算機設(shè)備，通過鍵位映射軟件轉(zhuǎn)化為飛行模擬軟件可以識別的鍵位信號，將飛行模擬軟件與控制板設(shè)備硬件對接，將飛行模擬設(shè)備座艙化，大大提高了飛行模擬體驗和真實性，具有成本低、模擬效果好等特點。

2 飛行模擬控制板的硬件組成和制作

飛行模擬控制板的硬件部分主要由面板、按鈕、電位器、航空插頭、單片機等部分組成。

面板采用不銹鋼板或亞克力板制作，主要作用是支撐和安裝各個按鈕、電位器、單片機及插頭等硬件設(shè)備。面板長度50cm，寬度16cm，模仿小型飛機的控制面板形狀，增加外觀真實性。根據(jù)按鈕類型將面板分為幾個區(qū)域，分別用于安裝各類開關(guān)、單片機、電位器和插頭等。如圖1所示為飛行模擬控制面板設(shè)計圖。

按鈕主要包括選擇開關(guān)、扭子開關(guān)和自鎖開關(guān)，均為常見的工業(yè)按鈕，也是真實飛機座艙內(nèi)最常見的按鈕形式。圖2、圖3所示為安裝按鈕后的飛行模擬控制板模型圖。

飛行模擬控制面板采用基于單片機控制，為一種常見的高性能、低功耗位處理器，可運行131條指令，內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運算邏單元相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內(nèi)同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率，成為一個功能強大的單片機，為應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。

將芯片與USB接口、電阻、電容等元件固定在電路板上，并寫入控制程序，實現(xiàn)按鈕開關(guān)量及電位信號輸入。圖4所示為飛行模擬控制面板的控制單片機，單片機輸入接頭采用標(biāo)準(zhǔn)2.54mm間距插針，可使用杜邦線快速連接和測試。圖5為單片機輸入接口定義，該飛行模擬控制面板可實現(xiàn)32路開關(guān)信號及8路電位信號的輸入和識別。

飛行模擬控制面板安裝有18個開關(guān)（每個選擇開關(guān)相當(dāng)于兩個開關(guān)）和一個電位器，通過航空插頭將剩余的通道引出，以便連接其他擴展輸入設(shè)備，如油門、腳舵等。圖6為接線后的飛行模擬控制面板。

3 飛行模擬控制板的調(diào)試

3.1 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試主要是對單片機控制回路及外圍電路進行調(diào)試，單片機控制回路的調(diào)試主要涉及芯片的測試、各個開關(guān)及電位器的導(dǎo)通等。調(diào)試方法是在電路輸入端加上標(biāo)準(zhǔn)電壓，然后通過萬用表觀測電路中特定點處的電壓值是否正確。

3.2 軟件調(diào)試

本次軟件設(shè)計采用了專門用于開發(fā)單片機和微處理器系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件的高級語言軟件。調(diào)試主要涉及對編寫的程序所進行的編譯工作，通過軟件調(diào)試成功。

4 飛行模擬控制板的安裝和使用

飛行模擬控制板制作完成后，使用卡箍將面板固定支架與飛行模擬設(shè)備連接固定。如圖7所示，將模擬控制板安裝在顯示器正下方，形成模擬座艙效果。固定后使用USB信號線將單片機輸出USB接口與計算機USB接口對接。在Windows系統(tǒng)環(huán)境下，計算機能夠自動識別飛行模擬控制板硬件設(shè)備，可以在控制器界面對飛行模擬控制板進行測試和校準(zhǔn)。

飛行模擬控制板的輸入的連續(xù)信號，通過鍵位映射軟件轉(zhuǎn)變?yōu)殒I盤上某個鍵位或組合鍵的單次脈沖信號，從而實現(xiàn)飛行模擬控制板開關(guān)動作對飛行模擬軟件相應(yīng)功能，如起落架收/放、航行燈開啟/關(guān)閉、發(fā)動機啟動/關(guān)閉、武器切換/投射、電子設(shè)備開關(guān)等功能的控制，大幅提高了飛行模擬的真實感。

5 總結(jié)

飛行模擬控制板采用基于芯片的單片機控制，將開關(guān)信號和電位信號輸入計算機，并通過鍵位映射軟件，實現(xiàn)了控制板按鈕、電位器對飛行模擬軟件相應(yīng)功能的控制，實現(xiàn)了飛行模擬設(shè)備座艙化。該控制板具有成本低、模擬效果好等特點，可以通過航空插頭連接其他擴展設(shè)備，大幅提高了飛行模擬的真實感和訓(xùn)練效果。

[1]李林.飛行模擬器[M].北京理工大學(xué)出版社,2012(12).

[2]徐建安.私人輕型飛機飛行基礎(chǔ)[M].中國科學(xué)技術(shù)出版社，2004(03).

[3]馬潮.單片機系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2012(07).