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      1. 基于虛擬儀器技術的飛機信息顯示仿真系統
        縱橫測控

        摘要:本文介紹了把高速數據采集卡、高頻任意信號發生器與工控計算機等集成為虛擬儀器系統,用于飛機信息的顯示仿真,采用該技術的仿真系統具有優秀的性能。
        關鍵詞:數據采集 任意信號發生器 虛擬儀器 仿真 里沙育(Lissajous)合成

        Aero display emulational system base on virtual instruments technical Abstract:The paper instroduced the Virtual Instrumental system ,which consists of high speed measurement 、high frequency Arbitrary Wave/Function Generator、industry control computer,the system is used of displaying emulational information,the emultional system can get a very nice result by using this system
        Keywords:Measurement Arbitrary Wave/Function Generator Virtual Instruments

            飛機運行過程中的設備狀態監測對駕駛員是一項非常必要的工作,它直接關系到飛機和駕駛員的安危。為了及時、準確的監測設備狀態,縱橫儀器公司與合作伙伴一起設計開發了該仿真系統,該項目是某型號飛機部分設備運行信息的仿真系統。
        1、系統原理
            該系統通過采集機寫設備上需要監測的信號,合成需要顯示的信息,通過該顯示來判斷設備運行情況。在設計開發該系統時,使用虛擬儀器的概念,這樣可以將更多的工作交付給軟件,減少操作人員的勞動強度。
        2、設備構成
        (1)JV52114 40M數據采集卡一張
            本系統要求數據采集高精度、高可靠性、高穩定性,JV52114是縱橫儀器公司推出的四通道PCI數據采集卡,它的A/D分辨率為12位,直流精度為0.25%FSR,交流精度為0.6%,該卡多通道采樣的同步性高,同步誤差可達到一個采樣周期(即25ns)。為了保證達到以上技術指標,該采集卡應用了高速精密運算放大器和精密衰減濾波網絡,四通道并行采樣,從設計、元器件及工藝上保證多通道測量的精確性和相位一致性以及卡的可靠性和穩定性。
        (2)JV52132任意波形發生器三張
            本系統對任意波形發生器的技術指標要求較高,采用縱橫儀器公司推出的基于PCI總線的JV52132,它的D/A轉換率在0.02Hz~40MHz(以0.0291Hz為步進)、最大輸出頻率為2MHz、非線性大于10-bit, 直流精度為±(設定值×0.4%+6mV)、交流精度為±1.5%,其它技術指標如下:
            諧波失真(正弦波非線性失真):10Hz~200KHz -56dBc
                                          200KHz~2MHz -56dBc+20log(f/200K)
            非諧波失真(正弦波非線性失真):10Hz~200KHz -56dBc
                                          200kHz~2MHz -46dBc
            支持外觸發方式:TTL電平
        (3)工控機一臺
            由于本系統中需要用到的PCI卡有四張以上,考慮到擴充性,需要選擇有較多PCI總線槽的工控機,同時由于有較多數據需要處理,要求工控機有高速的處理能力和較大的存盤能力,所以在選配中,對工控機的CPU和硬盤做了高配置。
        (4)XY顯示器一臺
            該顯示器為合成專用顯示器,顯示精度非常高,同時支持三路輸入,輸入方式可以選擇單端或差分輸入。
        3、系統組成
            根據仿真臺實際情況,即合成信號為三路,采集和波形輸出采用同一個觸發信號,該信號為60Hz的類TTL信號。
            整個系統組成如圖所示:
        4、系統處理過程
            通過JV52114 采集卡采集飛機仿真臺上的X、Y、Z三路信號,其中X、Y為合成有效信號,Z為亮度信號。采集過程中使用外觸發方式,外觸發信號來自仿真臺上的一路TTL信號,由于采集的所有數據將交付給計算機處理,所以,選擇合適的采樣長度,盡量減少采集無用的信號,從而減少計算機的工作量。該系統中,采集軟件為縱橫儀器公司提供的BlackLand.SignalView,該軟件使用非常方便,支持對采集卡采集時量程檔、采集長度等參數程控設置。如下圖所示,采集三路信號,綠色為亮度信號,其他兩條為有用信號,該信號合成后為一方格。采集到的數據以二進制格式存盤提供給使用者。

            將采集的數據通過軟件處理、修正,轉換為用戶定義數據,該數據用于JV52132調用,JV52132調用的數據格式可以是十進制或二進制。對于數據修正的必要性體現在,由于模擬臺的輸出信號精確度不能完全體現真實機載設備信號,采集模塊精度無論有多高,也將產生誤差,為了抵消這些誤差,選擇修正后的數據作為JV52132調用數據,更能體現仿真性能。JV52132輸出采用的觸發方式為外觸發,該外觸發信號來自仿真臺,為60Hz的TTL電平,由于JV52132對外觸發信號有嚴格要求,即必須是標準的TTL信號,所以來自仿真臺上的外觸發信號必須滿足要求。在輸出波形過程中,按60Hz的外觸發輸出,在每個觸發沿內輸出一個周期信號,送到XY顯示器上合成顯示。如果不能滿足該要求,觸發輸出為連續時,輸出的信號頻率過高,合成后波形亮度過高,將可能造成XY顯示器燒毀。如果輸出頻率太低,亮度過低,不便于觀察。
            在輸出到XY顯示器時,差分輸入將比單端輸入合成的圖形大一倍。所以根據信號情況,可以選擇不同的接入方式。
        5、應用軟件
            由于使用虛擬儀器技術,所以在軟件開發中,要求軟件界面儀器化、簡潔化、友好化。上面介紹的BlackLand.SignalView采集軟件,具有強大的功能和友好的用戶界面,不需用戶再開發。另外還需要開發一套軟件,該軟件完成的功能是將采集到的數據轉換為便于JV52132調用的數據格式,JV52132調用這些數據、按60Hz外觸發多通道同步輸出等功能,軟件完成60Hz觸發輸出時,要求輸出數據量有限,如果太大(超過1M),計算機處理時間過長(超過1/60 S)不能完成每次觸發輸出,可能漏掉一些觸發沿。該軟件選用了縱橫儀器公司推出的測控軟件開發平臺BlackLand產品。它采用標準C/C++語言,并且應用了面向對象的程序設計方法,使得軟件結構穩定、重用性好,便于維護與擴充,增強了軟件的復用性,極大的提高了編程效率。
        6、結束語
            飛機信息顯示仿真系統所涉及的技術重點在以下幾方面:
            (1)、采集精度要求高;
            (2)、波形輸出精度要求高;
            (3)、波形輸出頻率要求特殊;
            (4)、里沙育(Lissajous)合成品質要求高;
            (5)、軟件要求緊湊;
            通過應用測控軟件開發平臺BlackLand對該軟件的開發,我們發現BlackLand不僅有數據信號分析處理的強大功能,而且將數據轉換與交互式的開發環境很好的結合在一起,支持遠程調試。這樣就使原來煩瑣的開發過程變得簡單化,不但縮短了軟件的開發周期,而且軟件的可靠性得到提高。另外,把虛擬儀器技術用于仿真開辟了系統測試與仿真相結合的新思路。

        成都縱橫測控技術有限公司 敬良勝




         
         
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