龐 瀟

(中國空空導彈研究院 主機配套部，河南 洛陽 471000)

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某型機載導彈發(fā)射裝置檢查儀人機界面設(shè)計

龐 瀟

(中國空空導彈研究院 主機配套部，河南 洛陽 471000)

載機掛彈前，發(fā)射裝置檢查儀用于對載機導彈發(fā)射控制電路進行通電檢查。目前已裝備的檢查儀多采用機身搭載單一顯示器和輔助按鍵的人機界面。測試中，飛機與檢查儀控制權(quán)分別在飛機座艙和地面檢查儀兩處，存在兩方溝通多、測試效率低的問題。文中設(shè)計了一種主機帶雙顯示器的檢查儀人機界面，在保證地面機務(wù)正常觀察測試信息的同時，將檢查儀的控制權(quán)集中于座艙機務(wù)，減少了測試中必須交流的信息，提高了測試效率。

人機界面；雙顯示器；觸摸屏；顯示電纜

某型機載導彈發(fā)射裝置檢查儀的功能是：模擬某型導彈，測試某型飛機及發(fā)射裝置的導彈發(fā)射控制電路。在飛機掛裝導彈執(zhí)行任務(wù)前，機務(wù)人員須使用檢查儀對飛機進行通電測試，確保飛機的導彈發(fā)射控制電路功能、性能正常[1]。

檢查儀的典型使用場景如圖1所示，飛機停放于停機坪，檢查儀放置于機翼下某掛點的發(fā)射裝置下方。測試時，需至少A、B兩個機務(wù)配合完成：A機務(wù)位于座艙，操作飛機控制按鈕，執(zhí)行導彈加載到發(fā)射的控制流程；B機務(wù)位于地面，一是觀察和操作檢查儀，二是配合座艙操作飛機某些地面控制裝置[2-3]。AB機務(wù)應(yīng)默契配合：A機務(wù)應(yīng)及時指示B機務(wù)，何時操作檢查儀或飛機地面控制裝置；而B機務(wù)也應(yīng)及時反饋檢查儀顯示屏的提示信息。

圖1 檢查儀使用場景示意圖

前述測試場景的問題是：已有型號檢查儀的顯示器和按鈕等均搭載于機箱上，操作必須在地面機務(wù)接受座艙機務(wù)指令后完成；而座艙機務(wù)要及時了解檢查儀的提示信息，須由地面機務(wù)上報信息。測試中座艙與地面反復交流，對配合要求高，容易出錯且效率較低。

同時，座艙和地面機務(wù)在測試中采用口頭交流，存在以下問題：(1)某型飛機座艙與機翼下方直線距離在5～8 m，距離遠且地面電源車和空調(diào)車噪聲較大，導致直接交流困難；(2)若借助對講機，同樣也受噪聲影響，且對講機在很多保密嚴格的場合被禁用。交流的不便會進一步降低測試效率。

1 設(shè)計方案

針對上述問題，本文設(shè)計了檢查儀主機配雙顯示器的人機界面方案，可減少測試中座艙與地面的溝通環(huán)節(jié)，將主要操作均集中于座艙，提高測試效率。

為某型檢查儀配套主、輔顯示器各一個，主顯示器置于飛機座艙，為手持顯示器，自帶觸摸屏和輔助按鍵，使座艙機務(wù)可在操作飛機按鈕的同時，觀察測試進度并操作檢查儀；輔顯示器嵌于機箱上方，保證地面機務(wù)及時查看測試進程，執(zhí)行輔助操作。檢查儀人機界面的示意圖如圖2所示。

圖2 人機界面示意圖

1.1 顯示器設(shè)計

雙顯示器方案中，主顯示器用于座艙，保證機務(wù)可在座艙內(nèi)操作檢查儀并觀察測試結(jié)果；輔顯示器用于地面，用于地面機務(wù)了解測試進程。

主顯示器[4]設(shè)計考慮使用效果、安全可靠且接口簡單實用。(1)使用效果。主顯示器搭載8英寸液晶觸摸屏。8英寸為便攜平板電腦的主流尺寸，在保證便攜的前提下，可較豐富的顯示測試信息。配置觸摸屏后，將檢查儀的大部分控制按鈕設(shè)置為軟按鈕，保證顯示器的屏幕占比在80%以上；(2)安全可靠。在顯示器的四角設(shè)計包角，降低跌落造成的碎屏風險；左上角設(shè)計腕帶，可掛在機務(wù)手腕，減少跌落的可能；背部設(shè)計自粘帶，可將左手固定于顯示器背部，既解放右手方便操作，又解決了座艙內(nèi)顯示器無處放置的問題；(3)接口簡單。主顯示器與顯示電纜間僅設(shè)置一個接口，用于傳輸28 V供電、VGA、USB等信號。其中，28 V為顯示器電源，用于內(nèi)部電路供電和顯示屏低溫加熱；VGA信號用于顯示；觸摸屏信號和按鍵信號均轉(zhuǎn)換為USB信號傳至檢查儀。接口選用J29A系列25針微矩形連接器，保證可靠連接，插拔方便；(4)輔助器件。在顯示器右邊設(shè)置指示燈與按鍵，起到信息提示和輔助操作的作用。主顯示器示意圖，如圖3所示。

圖3 主顯示器示意圖

輔顯示器置于主機箱上部，使用時無需頻繁移動，且地面機務(wù)多在站立的狀態(tài)下低頭看屏幕，顯示屏應(yīng)選擇較大的尺寸。結(jié)合主機箱上蓋的尺寸(400 mm×300 mm)，輔顯示器使用10英寸屏。因檢查儀的操作主要由主顯示器進行，輔顯示器只設(shè)置用于輔助操作按鍵，不加入觸摸屏功能。

1.2 主控板選型

主控板是檢查儀的控制核心，有兩方面功能：(1)接收、測試并反饋發(fā)射裝置傳來的待測信號，含AD/IO/串口/總線等；(2)將測試信息按顯示器支持的格式傳遞過去，供用戶觀看。

本文選用PC104+系統(tǒng)[5-6]作為主控板。該主板具有以下優(yōu)點：(1)可搭載Windows系統(tǒng)，方便界面軟件的開發(fā)；(2)接口豐富[7]。該主板具有VGA、串口、GPIO、USB、網(wǎng)口等多種接口，滿足檢查儀設(shè)計的功能需求；(3)尺寸較小(90 mm×96 mm)。因檢查儀經(jīng)常需要在機庫、停機坪、庫房等地方來回運輸，要求體積小、便攜性高，該主板的尺寸符合要求；(4)環(huán)境適應(yīng)性強。檢查儀的環(huán)境適應(yīng)性要求高，應(yīng)能在-40～+55 ℃條件下正常運行，該主板的寬溫特性滿足要求(-40～+85 ℃)；(5)電源匹配。該主板使用直流28 V供電，與檢查儀的電源電壓一致，使用方便，無需電平轉(zhuǎn)換。

主控板輸出單路VGA信號，使用兩路VGA分配器轉(zhuǎn)出兩路顯示信號分別傳輸至雙顯示器，保證主輔顯示器同時顯示測試信息。主控板自帶4個USB接口，選取兩個專門接收用戶操作信息，一個接收觸摸屏信息，另一個接收雙顯示器的按鍵信息。

圖4 測試界面示意圖

1.3 接口及電纜設(shè)計

檢查儀主機與雙顯示器用顯示電纜連接。顯示電纜為“一分二”的形式：一為主機端，顯示電纜與主機使用航空插頭接口；二為顯示器端，顯示電纜在離主機插頭20 cm處分叉，分別聯(lián)接主輔顯示器。其中，主顯示器端顯示電纜長度設(shè)置為20 m，滿足某型飛機座艙至機翼下方的距離；輔顯示器顯示電纜設(shè)為0.5 m。

1.4 軟件設(shè)計

主控板搭載WindowsXP操作系統(tǒng)，使用VC++開發(fā)顯控軟件[8]。編寫的可視化軟件提供文字和圖片顯示、按鈕操作的友善界面，方便觸摸屏及按鈕的混合操作[9-10]。

2 技術(shù)難點及解決方案

2.1 主板斷電問題

檢查儀使用載機提供的28 V直流電源。開機測試過程中，機務(wù)人員可能因多種原因開關(guān)該電源，導致檢查儀突然斷電。這可能造成主控板操作系統(tǒng)的系統(tǒng)文件丟失等異常，導致檢查儀出現(xiàn)藍屏、黑屏等故障。

針對此問題，為PC104主板定制了裁剪的XPE系統(tǒng)[11]，可有效解決異常斷電等問題。XPE系統(tǒng)的優(yōu)點是：(1)占用硬盤空間小。裁剪后系統(tǒng)占用空間由2 GB縮小至500 MB以內(nèi)，節(jié)約主板硬盤空間；(2)具有系統(tǒng)保護作用，異常斷電情況下有效保護系統(tǒng)；(3)“EWF”寫保護功能，可防止系統(tǒng)非法寫入數(shù)據(jù)。

2.2 雙屏沖突問題

雙顯示器設(shè)計雖方便使用，但因輔顯示器的按鍵也可操作檢查儀，雙顯就存在著同時控制檢查儀，操作沖突的問題。例如：某狀態(tài)測試結(jié)束，座艙人員試圖對該狀態(tài)重測一遍，而地面人員認為應(yīng)測試下一狀態(tài)。若雙方同時操作檢查儀，就會造成控制權(quán)沖突。

解決方法是在主顯示器上設(shè)置“鍵鎖”按鍵。按下該鍵后，輔顯示器USB信號供電被切斷，只能顯示信息而不能操作，主顯示器就獨占了檢查儀控制權(quán)。

2.3 電纜較長問題

根據(jù)使用需求，顯示電纜(主顯示器端)設(shè)計長度為20 m。電纜傳輸?shù)?8 V、VGA和USB信號存在信號衰減和信號干擾兩個問題[12]。

2.3.1 信號衰減問題

USB全速可靠傳輸?shù)淖畲缶嚯x是5 m[13]。為避免信號傳輸故障，在顯示電纜中增加帶外供電的USBHUB作為中繼器，保證USB信號的穩(wěn)定可靠傳輸[14]。

根據(jù)工程經(jīng)驗，VGA信號傳輸距離>15 m后，會出現(xiàn)顯示拖尾、閃屏等問題。解決措施是：選用二路VGA分配器，具體參數(shù)滿足：外接9 V電源、帶寬250 MHz、最大傳輸距離≤30 m，保證信號強度和顯示效果。

2.3.2 信號干擾問題

首先，載機及其周圍有多種電子設(shè)備運行，電磁環(huán)境復雜，VGA信號的遠距離傳輸會遭受較大干擾；其次，相對于VGA信號，電源28 V供電信號較強，在同一根電纜中長距離傳輸，也會導致顯示效果不佳[15]。

解決方法是做好屏蔽：(1)顯示電纜采用帶銅箔屏蔽網(wǎng)的套管作為電纜套，避免外界信號干擾；(2)電纜內(nèi)部電源線與信號線使用屏蔽套分別包裹，VGA信號線按雙絞方式成對走線，避免電纜內(nèi)部干擾。

2.3.3 地線問題

主、輔顯示器使用檢查儀的28 V/GND信號供電，該路供電從檢查儀顯示接口送出后，一路經(jīng)0.5 m電纜至輔顯示器，另一路經(jīng)20 m電纜至主顯示器，傳輸距離相差較大，地線不平衡，造成顯示效果較差。

解決措施是：在顯示接口處，將檢查儀送來的28 V/地信號用DC/DC模塊和濾波模塊隔離并處理，可改善顯示效果。

3 結(jié)束語

雙顯示人機界面設(shè)計與傳統(tǒng)單顯示器設(shè)計的應(yīng)用對比，如表1所示。

表1 雙顯方案與傳統(tǒng)單顯應(yīng)用對比

由表1可知，雙顯示設(shè)計方案在保證地面機務(wù)仍然掌握測試信息的條件下，將檢查儀控制權(quán)和測試信息均集中于座艙機務(wù)，直接減少測試中機務(wù)間的信息交流。根據(jù)實際測試估算，雙顯示方案可減少單掛點測試消耗時間3～5 min，有效提高測試效率，有助于提升部隊戰(zhàn)斗力。

[1] 奚國權(quán),趙月琴,張洪彬.發(fā)射裝置通用外場測試平臺設(shè)計[J].航空兵器,2006(3):53-55.

[2] 張鴻斌.基于DSP的發(fā)射裝置外場測試設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)[J].四川兵工學報,2013,34(10):16-19.

[3] 李樂怡,范宇.基于產(chǎn)品供電接口時序邏輯的設(shè)備檢測裝置[J].電子科技,2015,28(7):67-69.

[4] 尉廣軍,何鵬.基于PC104的某型導彈隨動裝置檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2011,19(13):85-88.

[5] 屈汝祥,劉成強.PC104總線在測試設(shè)備中的應(yīng)用[J].測控技術(shù),2014(4):107-109.

[6] 劉成亮,范惠林.基于PC104的某型導彈發(fā)射裝置測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測試技術(shù)學報,2012,26(3):195-199.

[11] Razavi B.Design of analog CMOS integrated circuits[M].2版.成都:西南交通大學出版社,2002.

[12] Chu F,Li W, Ren J.An implementation of a CMOS down-conversion mixer for GSM1900 receiver[C].Beijing:Proceedings of the 2006 Asia and South Pacific Design Automation Conference,IEEE Press,2006.

[13] Vidojkovic V, Van Der Tang J, Leeuwenburgh A,et al. A low-voltage folded-switching mixer in 0.18μm CMOS[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2005,40(6):1259-1264.

[14] Zhou S,Chang M C F.A CMOS passive mixer with low flicker noise for low-power direct-conversion receiver[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits,2005,40(5):1084-1093.

[15] Wei H C,Wang R M,Lin K Y.A 1.5 V high-linearity CMOS mixer for 2.4 GHz applications[C].Xi’an:Proceedings of the 2004 International Symposium on Circuits and Systems,2004.

A Man-machine Interface Design of the Tester for a Certain Type of Aircraft Missile Launcher

PANG Xiao

(Mainframe Supporting Department, China Air to Air Missile Research Institute, Luoyang 471000, China)

The field tester of the aircraft launcher is used to test the circuit for launching and controling the missile. The man-machine interface of the already used testers is a single monitor and auxiliary buttons on the tester. In test, the control of the aircraft and the tester are separated on the two sides, one being the aircraft cockpit and the other being the ground tester. There are problems of communication between the two sides, thus a low efficiency of testing. A man-machine interface of the host computer plus two displays is designed. This plan reduces the need of comunication and promotes the testing efficiency.

man-machine interface; two display; touch screen; display cable

2016- 10- 19

龐瀟(1985-)，男，碩士。研究方向：機載發(fā)射裝置控制電路設(shè)計與測試。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.06.018

TN873;TP334.1

A

1007-7820(2017)06-066-04