摘要：本文介紹了把高速數(shù)據(jù)采集卡、高頻任意信號發(fā)生器與工控計(jì)算機(jī)等集成為虛擬儀器系統(tǒng)，用于飛機(jī)信息的顯示仿真，采用該技術(shù)的仿真系統(tǒng)具有優(yōu)秀的性能。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 任意信號發(fā)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(jī)運(yùn)行過程中的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測對駕駛員是一項(xiàng)非常必要的工作，它直接關(guān)系到飛機(jī)和駕駛員的安危。為了及時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，縱橫儀器公司與合作伙伴一起設(shè)計(jì)開發(fā)了該仿真系統(tǒng)，該項(xiàng)目是某型號飛機(jī)部分設(shè)備運(yùn)行信息的仿真系統(tǒng)。
1、系統(tǒng)原理
該系統(tǒng)通過采集機(jī)寫設(shè)備上需要監(jiān)測的信號，合成需要顯示的信息，通過該顯示來判斷設(shè)備運(yùn)行情況。在設(shè)計(jì)開發(fā)該系統(tǒng)時(shí)，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(dòng)強(qiáng)度。
2、設(shè)備構(gòu)成
（1）JV52114 40M數(shù)據(jù)采集卡一張
本系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性，JV52114是縱橫儀器公司推出的四通道PCI數(shù)據(jù)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(dá)到一個(gè)采樣周期（即25ns）。為了保證達(dá)到以上技術(shù)指標(biāo)，該采集卡應(yīng)用了高速精密運(yùn)算放大器和精密衰減濾波網(wǎng)絡(luò)，四通道并行采樣，從設(shè)計(jì)、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(wěn)定性。
（2）JV52132任意波形發(fā)生器三張
本系統(tǒng)對任意波形發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)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(zhuǎn)換率在0.02Hz~40MHz（以0.0291Hz為步進(jìn)）、最大輸出頻率為2MHz、非線性大于10-bit， 直流精度為±（設(shè)定值×0.4%+6mV）、交流精度為±1.5%，其它技術(shù)指標(biāo)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(fā)方式：TTL電平
（3）工控機(jī)一臺
由于本系統(tǒng)中需要用到的PCI卡有四張以上，考慮到擴(kuò)充性，需要選擇有較多PCI總線槽的工控機(jī)，同時(shí)由于有較多數(shù)據(jù)需要處理，要求工控機(jī)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(jī)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(shí)支持三路輸入，輸入方式可以選擇單端或差分輸入。
3、系統(tǒng)組成
根據(jù)仿真臺實(shí)際情況，即合成信號為三路，采集和波形輸出采用同一個(gè)觸發(fā)信號，該信號為60Hz的類TTL信號。
整個(gè)系統(tǒng)組成如圖所示：
4、系統(tǒng)處理過程
通過JV52114 采集卡采集飛機(jī)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(fā)方式，外觸發(fā)信號來自仿真臺上的一路TTL信號，由于采集的所有數(shù)據(jù)將交付給計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的工作量。該系統(tǒng)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(shí)量程檔、采集長度等參數(shù)程控設(shè)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(shù)據(jù)以二進(jìn)制格式存盤提供給使用者。
將采集的數(shù)據(jù)通過軟件處理、修正，轉(zhuǎn)換為用戶定義數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)用于JV52132調(diào)用，JV52132調(diào)用的數(shù)據(jù)格式可以是十進(jìn)制或二進(jìn)制。對于數(shù)據(jù)修正的必要性體現(xiàn)在，由于模擬臺的輸出信號精確度不能完全體現(xiàn)真實(shí)機(jī)載設(shè)備信號，采集模塊精度無論有多高，也將產(chǎn)生誤差，為了抵消這些誤差，選擇修正后的數(shù)據(jù)作為JV52132調(diào)用數(shù)據(jù)，更能體現(xiàn)仿真性能。JV52132輸出采用的觸發(fā)方式為外觸發(fā)，該外觸發(fā)信號來自仿真臺，為60Hz的TTL電平，由于JV52132對外觸發(fā)信號有嚴(yán)格要求，即必須是標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號，所以來自仿真臺上的外觸發(fā)信號必須滿足要求。在輸出波形過程中，按60Hz的外觸發(fā)輸出，在每個(gè)觸發(fā)沿內(nèi)輸出一個(gè)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(fā)輸出為連續(xù)時(shí)，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(shí)，差分輸入將比單端輸入合成的圖形大一倍。所以根據(jù)信號情況，可以選擇不同的接入方式。
5、應(yīng)用軟件
由于使用虛擬儀器技術(shù)，所以在軟件開發(fā)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(qiáng)大的功能和友好的用戶界面，不需用戶再開發(fā)。另外還需要開發(fā)一套軟件，該軟件完成的功能是將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為便于JV52132調(diào)用的數(shù)據(jù)格式，JV52132調(diào)用這些數(shù)據(jù)、按60Hz外觸發(fā)多通道同步輸出等功能，軟件完成60Hz觸發(fā)輸出時(shí)，要求輸出數(shù)據(jù)量有限，如果太大（超過1M），計(jì)算機(jī)處理時(shí)間過長（超過1/60 S）不能完成每次觸發(fā)輸出，可能漏掉一些觸發(fā)沿。該軟件選用了縱橫儀器公司推出的測控軟件開發(fā)平臺BlackLand產(chǎn)品。它采用標(biāo)準(zhǔn)C/C++語言，并且應(yīng)用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，使得軟件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、重用性好，便于維護(hù)與擴(kuò)充，增強(qiáng)了軟件的復(fù)用性，極大的提高了編程效率。
6、結(jié)束語
飛機(jī)信息顯示仿真系統(tǒng)所涉及的技術(shù)重點(diǎn)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(zhì)要求高；
（5）、軟件要求緊湊；
通過應(yīng)用測控軟件開發(fā)平臺BlackLand對該軟件的開發(fā)，我們發(fā)現(xiàn)BlackLand不僅有數(shù)據(jù)信號分析處理的強(qiáng)大功能，而且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與交互式的開發(fā)環(huán)境很好的結(jié)合在一起，支持遠(yuǎn)程調(diào)試。這樣就使原來煩瑣的開發(fā)過程變得簡單化，不但縮短了軟件的開發(fā)周期，而且軟件的可靠性得到提高。另外，把虛擬儀器技術(shù)用于仿真開辟了系統(tǒng)測試與仿真相結(jié)合的新思路。
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