虚拟仪表技术

虚拟仪表技术（精选九篇）

虚拟仪表技术 篇1

但是由于实装昂贵, 如果采取直接上飞机操作的方式, 会浪费高价值机载设备有效寿命, 代价比较大, 而且耽误作战部队正常训练。为了解决该问题, 本文探索运用虚拟仪表技术来高效模拟实装设备, 保障教学。

一、虚拟仪表技术概述

虚拟仪表是现代仪表技术和计算机技术深层次结合的产物。它利用计算机I/O接口设备完成传感器信号的采集与输入, 然后利用主机强大的数据和图像处理能力实现信号的分析处理, 并驱动专业虚拟软件开发的仪表面板进行实时指示。

二、虚拟仪表技术在航空装备教学中的应用优势

1. 激发学员学习兴趣

通过虚拟仪表技术, 我们可以对装备的外形、工作原理和操作过程进行逼真的模拟, 使课堂教学更加的丰富, 互动性强。

2. 节约航空装备维护成本, 提高维护效率

在飞机仪表教学中, 有一个很突出的问题就是练习器材耗损严重, 维护更新赶不上教学节奏, 尤其是一些精密的电器设备。这给教学按纲施训带来很大困难。虚拟仪表设备使用专业软件来进行建模和编程, 投入成本比较少, 而且屏幕上的设备都是虚拟的, 按程序进行工作, 几乎不可能出现人为损耗, 唯一需要定期检修更换的, 只是一些低成本的交互设备。这样将会大大提高设备维护效率。

3. 可实现网络化教学

与传统仪表设备相比, 虚拟仪表是以计算机为基础的, 因此是完全可以实现网络化的。这样的话, 学员完全可以通过网络随时进行装备的学习和模拟操作, 并且可以将操作成绩和容易出错的地方进行分析统计, 便于教员掌握情况, 进行针对性教学。

三、虚拟仪表技术实例

飞机的全静压系统用来收集气流的全压和静压, 并把它们输送给需要全压和静压的仪表和有关设备, 给予飞行员飞机高度、速度、M数和升降速度等飞行参数的指示。该系统对武器系统的准确发射、飞机的安全航行、飞机正确操纵以及发动机正常工作起着非常重要作用。该系统的维护学习当然也至关重要。

1. 原理结构

该平台原理是先通过高精度气压传感器芯片对外部大气参数进行采集, 然后转换成电信号传输至上位机, 经过分析计算后, 驱动屏幕上的膜盒仪表画面动态实时显示。系统原理框如图1所示。

(1) 硬件平台搭建

下位机的气压电信号和开关信号是上位机实时准确显示的前提, 因此如何选择气压芯片、数据处理MCU和外置开关至关重要。在可靠性和经济性之间我们选择了STM32F103C8T6单片机和BMP180气压芯片结合进行气压数据测量, STC89C51单片机进行开关信号控制。

(2) 软件平台搭建

为了真实模拟实装, 上位机的显示画面必须逼真可靠, 通过试验比较, 最终我们选用GL studio与VC6.0软件来进行开发设计。GL Studio是美国Di STI公司的旗舰产品, 该产品是一个独立平台的快速原型工具, 用来创建实时的、三维的、照片级的互动图形界面。它能将照片级的图形进行编辑, 并最后生成C++代码, 然后通过与VC6.0软件结合编程, 就能实现与下位机串口信号的无缝连接。GL studio编辑结构窗口和仪表面板效果图如图3所示。

2. 使用效果

该虚拟仪表平台对飞机全静压系统进行了高度仿真, 可以进行全静压系统膜盒仪表的动态演示, 让很难懂的飞行参数测量原理直观的演示出来, 抽象公式具体化, 降低了理论学习难度。

四、虚拟仪表设备实习室设想

无论对老旧装备还是最新装备, 虚拟仪表设备都是非常适用的, 而且维护简便, 价格经济, 还能实现实装设备不能的故障设置教学。通过引入网络技术, 我们可以让教员与学员之间实时互动, 提高学习积极性。为了保障教学的顺利实施, 虚拟仪表设备是很有必要大力推广的。我们可以按照机型或者专业建立专门的虚拟仪表设备实习室, 将飞机上的重要的系统都模拟出来, 既可以进行专业理论教学也可以满足学员的实践培训甚至是结业考核。

摘要：航空装备是一门强调实践操作的学科。但是直接上机操作会浪费高价值机载设备有效寿命, 而且耽误作战部队正常训练。针对这一问题, 本文介绍了虚拟仪表技术。通过全静压系统演示平台的使用验证, 我们发现该技术不仅维护简便, 价格经济, 还能实现实装设备不能的故障设置教学和网络教学, 具有很好的推广前景。

关键词：虚拟仪表技术,航空装备教学

参考文献

[1]于辉, 赵经成等.GL Studio虚拟仪表技术应用与系统开发[M].北京:国防工业出版社, 2010, 7.

[2]吴晓男, 戴洪德, 徐宇茹.航空装备检测虚拟实验教学系统研究[J].电子测试, 2010, 5 (5) :86-88.

检测技术及仪表 篇2

自动化与电子工程学院

2010年5月

《检测技术及仪表》课程精品课程

建设方案

一、课程简介

《检测技术及仪表》课程是自1972年我校创办化工自动化专业以来，一直是自动化专业以及现在的测控专业的一门主干专业基础课。30多年来，很多老师曾主讲过本门课程，也使用过很多版本的教材。特别是近年来由于电子信息、计算机技术的迅猛发展以及现代控制理论的广泛应用，使得该门课程的内容不断更新，技术含量不断提高。

本门课程是在学习模拟电子、数字电子、控制理论之后的一门专业基础课。通过本门课程的系统学习，可以使学生充分掌握检测压力、温度、流量和物位的方法和仪表类型，以及显示装置的种类、结构、性能及其使用方法。

二、课程建设的目标与思路

根据学校建设“教学研究型名牌大学”的定位，以及“厚基础、高素质、重创新、强能力的新型优秀人才”的培养目标。在实现校级优秀课程建设的基础上，按照教学研究型大学的教学课程的基础性与前沿性。落实讲授、讨论、作业、考试考核和教材等教学要素的教学理念，进一步向教学研究型的教学模式转化。全面深入地开展教学内容、体系和方法的现代化改革，结合检测技术及仪表研究的进展和高新技术发展的需要，不断更新课程内容，提升各教学环节的培养能力和功能。开展立体化的多媒体课件、学件等课程资源的研究与制作，充分利用现代教育技术，为课程的教与学构建高效、畅通和灵活的多维网络环境。并且形成一支合理的优秀教师梯队，将本课程建设内容继续细化，从质量上进一步提高，建设成有影响力的校级精品课程。

本课程的建设目标是：通过对师资队伍、教学内容、教学方法和教学手段、教材建设等方面的建设，力争使“检测技术及仪表”课程建设，在教学质量、教学管理、教学条件等方面再上一个新台阶，努力将该课程建成校级、省级精品课程，为国家培养出更多优秀人才。

三、课程建设的内容与特色

本门课程的教学质量的好坏，直接关系到我校自动化和测控专业的毕业生的专业水平，也直接影响这两个专业学生的就业就职。因此课程组老师们，经过认真讨论，准备从下面几个方面进行课程建设：

（1）改革现有的教学内容和教学模式。教学内容要依据教材，但又不能完全依赖于教材，要紧紧跟随检测技术及仪表的发展步伐，站在学科的前沿，将最新、最适用的检测技术及仪表装置引入教学内容。教学上要采用板书、多媒体、实验、实训、设计等多种模式。开展双语教学和网络教学等先进教学模式的研究及应用，形成具有一定创新特色的教学模式，注重工程特色和学科优势的结合，加强课程的实用性。

（2）建立结构合理的教师梯队。要大力提高课程组的职称层次、学历层次和教学科研水平，鼓励教师们走出校门多参加国内外的各种学术交流活动，鼓励年轻教师攻读硕士、博士学位。

（3）编写具有特色的适用的高水平教材和讲义，进一步完善多媒体课件和课程网站，为学生提供优质的教学资源。

（4）重视实践教学。结合工程实际，自制实验装置，自编实验讲义、在保质保量的完成基本实验的基础上，充分利用好综合实验和设计性实验等装置，建立稳定的校内外实习基地，着重培养学生的综合实践能力和创新能力。

（5）抓好课程设计、毕业设计环节的教学，鼓励老师多选择一些具有实际意义的设计题目，使学生一毕业就能很快适应新的工作环境，担负起自己的具体实际工作任务。

四、课程建设的步骤与进度

经过近两年的优秀课程的建设，经过课程组全体老师们的积极努力，已经基本达到了最初设定的优秀课程建设目标，这次如能获得校级精品课程建设立项，为达到校级精品课程建设目标，经课程组研究决定，将按照如下步骤和时间进度开展课程建设工作。

1、课程建设步骤：

（1）师资队伍建设

一流的师资队伍是精品课程建设的根本保证。检测技术及仪表课程在精品课程的建设过程中,要把精品课程建设与高水平教师队伍建设相结合, 着力培养并

逐步形成一支教学水平和科研水平高、知识结构和年龄结构合理、素质较高的教师梯队。

今后还要进一步提高课程组老师的职称层次和学历层次，鼓励青年教师进修提高，攻读硕士、博士学位。

（2）实验室建设

“检测技术及仪表”是一门实践性很强的课程，近几年实验室投入了大量经费，购置了检测技术、自动控制仪表与装置、传感器、虚拟仪器等大量实验装置，满足了基本实验要求，下一步的计划是：开设针对性强的综合实验项目，开放测控实验室，为学生提供开放性实验教学环境。并结合社会需求与学科发展情况，及时调整实验室设备与实验项目。

（3）教材建设规划

采用全国优秀教材、面向21世纪的重点教材，保证教材内容与相关专业领域的科技发展水平相同步。

同时积极参加教材的编写和出版工作，近年来课程组已出版教材2部。目前《检测技术及仪表》和《智能仪器基础》两门课程2009年获学校教材立项。这些教材将融入课程组教师科研成果，教材的编写和出版将会极大推动课程建设。

另外还要进一步完善《检测技术及仪表实验指导书》。

（4）双语教学改革

在教学形式上，拟在课堂教学中部分采用英汉双语教学，并选用国外著名高等学校现用教材。双语教学的内容要求学生用英文完成作业，并用英文考试。提高学生的专业外语水平，改变为考试学英语的倾向，提高学生的英语听、说、读、写能力，为检测技术及仪表教学与国际接轨起到积极的推动作用。

（5）网络教学建设

学校校园网的铺设为网络教学提供了良好的平台，我们拟建设检测技术及仪表网站，提供检测技术及仪表课程的电子教案和多媒体课件、习题集、双语教学中对应的中文学习参考、实验的基本操作和注意事项等内容，实现网上授课、网上答疑、网上讨论、网上测试一体化，满足学生进一步自学的需求。

2、课程建设时间进度安排：

（1）2010年6月-2010年10月：总结前面优秀课程建设的工作，对照校级

精品课程的标准和要求，找差距、不足，研究对策；

（2）2010年11月-2011年3月：修改教学大纲、试验大纲、实验讲义等相

关教学材料；编写教材；

（3）2011年4月-2011年9月： 修改和完善多媒体教学课件、电子教案；

完善教材编写；

（4）2011年10月-2012年6月：编写自学辅导类资料，实现基本教学资源

（教案、课件等）全部上网，至少一位主

讲教师部分章节授课录像上网。

五、课程组已取得的成果及条件保证

1、近几年主要的教学建设与改革成就

（1）师资队伍建设 几年来以培养和引进相结合，现在基本形成了一支知识结构、学历结构、年龄结构比较合理的师资队伍。经过多年的建设，现有教授2人，副教授5人，讲师2人，高级实验师1人；具有博士学位的教师2人，硕士学位6人，学士学位2人。通过师资队伍的建设努力形成一支结构合理，人员稳定，师德优良，教学水平高，教学效果好的5～6人主讲的教师队伍，并配备数量适当的实验教师。

（2）课件制作 课程组老师根据多年教学经验，制作了《检测技术及仪表》，经过几轮使用教学效果良好；并且此课件获得第九届全国多媒体课件大赛优秀奖和校第二届多媒体课件大赛二等奖。

（3）教学文件修订 修订了测控专业人才培养计划，修改了本课程的教学大纲、实验大纲、实验讲义等教学文件；

（4）实验室建设 实验在原来实验的基础上，增加了智能显示仪表、超声波流量计实验，现在测控实验室与自动化实验室合并为自动化测控实验中心，并被评为校级实验示范中心，实现了实验设备资源的共享。

（5）网络教学建设 学校校园网的铺设为网络教学提供了良好的平台，我们已经建设了检测技术及仪表课程网页，提供了检测技术及仪表电子教案、多媒体课件、习题集、参考文献等内容，满足了学生进一步自学的需求。

（6）获奖情况 课程组负责人2008、2009年获得校级教学研究成果一等奖、二等奖各一项。课程组中两名老师获得“我最喜爱的教师”称号。2009课程组老师还获得省部级三等奖。

虚拟仪表响应模块行为实现 篇3

测试测量设备虚拟维修样机 (Test Equipment Virtual Maintenance Prototyping, 简称TEVMP) 是虚拟维修样机技术在测试测量领域的应用, 通过构造测试测量设备虚拟维修样机, 进行虚拟维修仿真训练, 测试及研究人员可以进入虚拟测试环境, 在不同的时间和空间尺度上对其进行观察、研究和训练。通过在虚拟环境中对测试系统和测试过程进行仿真分析, 可以很方便地对测试方案、训练过程等进行演示、优化和评估。特别是在武器系统电子设备综合检测训练和操作过程维修训练等方面, 具有重要意义和作用。

虚拟仪表模块 (本文所指虚拟仪表, 与基于计算机硬件的虚拟仪器 (VI) 不同, 是基于虚拟现实技术实现的三维测量工具, 以纯软件的形式来实现实际测量仪器的功能。) 是TEVMP的重要组成部分。它主要完成对样机操作动作的响应, 即进行数码显示、指针指示和波形曲线绘制。虚拟仪表模块的行为建模, 是指响应部件对操作行为所作出的反应。要完成样机虚拟仪表模块的功能实现, 需要对虚拟仪表响应模块的行为建模实现技术进行研究。

1 虚拟仪表响应模块组成

虚拟仪表是对真实测量工具在虚拟环境下的再现, 因此, 其包括万用表、示波器等。按照控制类别, 可划分为操作部件和响应部件。操作部件的种类有按钮, 连续旋钮, 波段开关等, 响应部件包括数码管指示类、指针指示类以及波形曲线绘制类。虚拟仪表的组成如图1所示。

本文主要对以上虚拟仪表响应类的数字显示、指针指示以及波形绘制三个功能模块进行研究和实现, 而对于操作部件的行为模式以及操作部件与响应部件之间的控制关系, 则不讨论。

2 数字显示功能的实现

对于测试测量设备的虚拟仪表数字显示, 采用建立七段数码管的方法进行实现。其实现的原理是, 采用Switch节点对七段数码管各段进行独立控制。当需要对某个数字进行显示时, 把七段数码管需要显示的各段进行显示, 而对其它各段进行相应的消隐控制, 从而实现数字显示的灵活控制。

2.1 数字显示模块的几何建模

首先, 使用VR建模软件Multigen Creator对数码显示模块进行几何建模。

它们的建模方法是:建立七个形状相似的几何体, 将它们拼接成一个数码管的形状。由于数码管模型存在若干种状态, 如显示0, 1, 2……, 因此使用Switch节点十分方便。为组成每个数码管的几何体设置一个共同的Switch类型父节点, 利用Switch节点的切换作用, 就能够实现数码管的不同数字状态, 进而形成多个数码管的组合。几何建模过程如图2所示。

2.2 数字显示模块行为建模的实现

Vega中没有提供直接控制Switch类型节点的函数, 而OpenGL Performer中则提供了这样的函数。因为Vega是在OpenGL Performer的基础上进一步封装、完善功能实现的, 因此OpenGL Performer的函数可以与Vega的函数同时使用, 不存在接口的问题。

Vega能够直接支持OpenFlight格式, 但OpenGL Performer支持的是场景图, 虽然它们在结构上类似, 采用的都是树型结构, 但在节点类型上存在较大区别。如OpenFlight格式存在GROUP, OBJECT, DOF, SWITCH, LOD, BSP等节点, OpenGL Performer场景图中存在pfNode, pfScene, pfGroup, pfSwitch, pfGeode等节点, 除了个别类型外, 没有直接的对应关系。从目前能掌握的参考文献中, 无法获得完整的OpenFlight格式中各节点与场景图中节点的对应关系。为了解决这一问题, 本文做了大量的对比试验, 获得了完整的节点对应关系。如OpenFlight中的组节点, 如果该组节点下有子节点, 那么在场景图中就为组节点创建pfGroup节点, 如果没有子节点, 而是一个叶节点, 那么Performer将为它创建一个pfGeode节点 (由pfGeoSet类型的若干几何体构成) , 表示一个几何节点。

如图3所示, 一个模型在Multigen Creator中根节点下有两层组节点, 第一层只有一个节点g1, 第二层有七个节点, 从g2到g8, 这七个节点都是g1的子节点。这个模型加载到Performer中以后, 这个层次结构转化为场景图结构如图4所示, 共有三层, g1转化为最上层的pfGroup节点, g2到g8七个节点转化为第二层的七个节点, 其中四个转化为pfGroup, 三个转化为pfGeode, 这是因为这三个节点下面已经没有其他节点。第三层是g2到g8中的四个组节点下面的几何体, 它们是场景图的叶结点。

对于OpenFlight中的Switch类型的节点, 在场景图中则直接对应pfSwitch节点。OpenGL Performer提供了pfSwitch类, 可以对pfSwitch节点进行直接操作。在系统中使用了pfSwitch类的pfSwitchVal函数, 具体形式为:

pfSwitchVal ( pfSwitch *sw, int val ) ;

//sw为pfSwitch节点对应的指针, val为掩码值, 不同的掩码值对应Switch类型节点不同的状态。

这样通过设置掩码就能够实现不同的数码管数字, 数码管技术在虚拟现实环境下虚拟示波器中的应用如图5所示。

3 指针指示功能的实现

对于指针指示功能的实现, 其实质是指针绕局部坐标系的旋转。

3.1 指针几何建模的实现

为了使虚拟仪表的指针能够随着操作者的控制而旋转, 指示正确的结果, 需要对其设置DOF属性, 使其具有动态特性。具体方法是在OpenFlight对应的视图中找到虚拟实体对应的节点, 为其增加一个DOF类型的父节点, 在这个节点中设置虚拟实体的自由度属性, 然后将自由度所对应的局部三维坐标系移动到模型上一个合适的位置处, 可根据需要改变局部坐标系的姿态。

设置虚拟仪表旋钮的DOF属性, 需要进行如下几个步骤:

①创建DOF父节点。

②使需要设置自由度的模型对象的对应节点成为DOF节点的子节点。

③使用“Local-DOF/Position DOF”菜单命令创建局部坐标系。

④使用“Local-DOF/Set DOF Limits”菜单命令, 或在DOF节点属性窗口中设置DOF节点的自由度范围。

⑤使用“Local-DOF/DOF Viewer”菜单命令, 检验模型数据库中DOF的应用效果。

其中两个核心的步骤是设置局部坐标系和自由度属性:创建DOF父节点后, Creator会自动在模型数据库原点上设置一个默认的局部坐标系。一般需要对其进行重新定位, 方法是选择相应的DOF节点, 然后选择Local-DOF/Position DOF菜单命令, 按照弹出的对话框提示, 依次在图形视图中确定DOF坐标系的原点、X轴方向、Y轴方向和Z轴方向;设置局部坐标系外, 还要设置坐标轴、运动模式、自由度范围等属性。具体方法是选择DOF节点, 然后使用“Local-DOF/Set DOF Limits”菜单命令, 在弹出的对话框中进行自由度设置, 包括Translate, Rotate, Rotate Range, Step, Constrain等。设置完成的指针如图6所示。

3.2 指针旋转功能的实现

旋转是虚拟维修样机最常见的行为模式之一, 通过调用Vega的vgMat类函数实现。

m_part=vgFindPart (objname, partname, NULL) ;

// objname为Vega中虚拟维修样机几何模型对应的名称, partname为几何模型中具体部件对应OpenFlight节点的名称, 这里为needle3528。

vgGetPos (m_part, m_pos) ;//获得部件当前位置

vgGetPosMat (m_pos, mat ) ;//获得位置的内部矩阵信息, 相对于原始世界的转换矩阵

vgPushMatStack (matsk) ;//对使用的矩阵堆栈进行压栈

vgLoadMat (matsk, mat) ; //将部件的位置矩阵信息装载到栈顶

vgRotMat (matsk, z, degree) ;//其中z为旋转轴, degree为旋转角度, 由外部输入接收

vgGetMat (matsk, mat) ; //从栈顶获得变换后的矩阵

vgPosMat (m_pos, mat) ;//改变位置坐标的内部矩阵信息

vgPos (m_part, m_pos) ; //设置部件的新位置

由此, 即实现了指针的旋转。

4 基于Performer函数库的波形绘制

虚拟仪表动态曲线绘制是基于OpenGL Performer实现的。这是因为Vega不支持基本几何元素 (如点、线、面) 的绘制, 而OpenGL Performer则提供了这些功能。OpenGL Performer是一个可扩展的高性能实时三维视景开发软件包, 构建于工业标准OpenGL图形库上, OpenGL Performer提供了一组标准C或C++语言绑定的编程接口, 其丰富的Performer函数库可以满足各种三维视景绘图需要。同时, 三维视景软件Vega支持Performer函数编程, 因此, 选用Performer函数库实现波形绘制。

在OpenGL Performer场景图中, 需要绘制的动态曲线可以看作是一个几何元素集, 对应pfGeoSet类型, 每进行一次虚拟测量时, 将这个几何元素集与场景图中pfGeode类型的节点进行关联, 即可以完成动态绘制, 虚拟测量结束时, 则可以删除该几何元素集。

另外, 还需要进行波形初始位置的设置。在仿真设置中, 时间从0开始, 因此, 设置波形绘制的初始位置为示波器屏幕水平中心线的左端。实际绘制和显示波形时, 由于采集的实际数据数值较小, 需进行一定倍数的放大, 以适合屏幕的范围。同时, 放大倍数会被记录, 以便示波器后续使用。

Performer函数绘制波形曲线的数据, 来自于样机中电路板模块实时仿真的信号结果, 从而保证了波形绘制的实时性和准确性。动态波形绘制的实现如图7所示。

5 结束语

本文通过对虚拟仪表响应部件的分析, 提取响应部件共性模块, 将其划分为数字显示类, 指针显示类以及曲线绘制类, 并对其功能分别进行了实现, 为构建通用虚拟仪表, 实现基于测试测量设备虚拟维修样机的虚拟维修仿真训练打下了基础。

摘要：测试测量设备虚拟维修样机是虚拟维修样机技术在测试测量领域的应用。虚拟仪表是测试测量设备虚拟维修样机的重要组成部分, 其对样机操作行为的显示和响应是实现测试测量设备虚拟维修样机构建的关键。首先对虚拟仪表模块的组成进行了研究, 将虚拟仪表的响应模块划分为数字显示类、指针类以及曲线绘制类;然后, 基于VR建模工具Creator, 三维视景开发平台Vega和三维图形绘制函数库OpenGL Performer, 对数字显示类、指针类和曲线绘制3类响应行为分别进行了实现。

关键词：测试测量设备虚拟维修样机,虚拟仪表,Vega,OpenGL Performer

参考文献

[1]臧春杰.直升机座舱仪表仿真技术研究[D].南京航空航天大学, 2008:8-10.

[2]刘颖, 朱元昌, 张天辉, 等.虚拟测量工具的构造与实现[J].系统仿真学报, 2005, 17 (7) :1779-1781.

[3]韩路杰.基于电路仿真的装备虚拟维修技术研究[D].河北:军械工程学院, 2009.

[4]李保刚, 马登武.某型空空导弹发射装置综合测试仪设计[J].计算机测量与控制, 2005, 10.

[5]刘岩.数字示波器的设计[J].计算机工程应用技术, 2008, 4:375-376.

仪器仪表技术求职简历 篇4

姓 名： 本网 户 口： 云浮市

居 住 地： 广州市 国 籍： 中国

出生日期： 1986-11-13 民 族： 汉族

婚姻状况： 未婚 职 称： 初级

工作年限： 2-5年 身 材： 163cm 60kg

求职意向

应聘职位： 通信/电子/电器/半导体/仪器仪表类

希望月薪： 3000-5000 求职类型： 全职

希望地点： 广州市 到岗时间： 随时

工作经历

公司名称： 广州华南超声设备有限公司

起止年月： -03 至 -02 公司性质： 股份制企业

职 位： 电子技术员 行 业： 电子技术/无线电/半导体/集成电路

工作描述：

主要负责的电路板的设计，还有成品的维修.售后维护维修。

公司名称： 广州流星雨舞台灯光厂

起止年月： -10 至 -12 公司性质： 民营/私营企业

职 位： 技术员 行 业： 电子技术/无线电/半导体/集成电路

工作描述：

主要负责舞台灯光的电路板的维修，还有成品的维修.制造样品。

公司名称： 广州爱贝斯舞台灯光厂

起止年月： 2010-01 至 2010-09 公司性质： 民营/私营企业

职 位： 技术员 行 业： 电子技术/无线电/半导体/集成电路

工作描述：

主要负责舞台灯光的电路板的维修，还有成品的维修.制造样品。

公司名称： 广州华耀光电有限公司

起止年月： -01 至 2009-11 公司性质： 民营/私营企业

职 位： 测试维修员 行 业： 电子技术/无线电/半导体/集成电路

工作描述：

主要负责舞台灯光的电路板的.测试和维修，还有成品的测试和维修。

语言能力

外 语： 英语 外语水平： 一般

国语水平： 良好 粤语水平： 精通

技能专长专业能力

1.本人对于模拟电路和数字电路有一定的认识，能够分析一般的电路。

2.本人熟练掌握的技能：能够熟练操作电脑、熟练office办公软件、熟练掌握Protel 99SE电路设计软件、能够应用Multisim 电子电路仿真软件。

3.学习过8位单片机80C51的应用，学习过80C51的汇编语言。学习过C语言程序设计，还学习过单片机的C语言运用。4会使用期AutoCAD.

自我评价

虚拟仪表技术 篇5

关键词：虚拟仪表,CAN,ARM,Linux,MiniGUI,设备驱动程序

当今发达国家普遍使用全数字式汽车仪表,且绝大部分是步进电动机式汽车仪表,并准备向更高方向发展。由于受到成本的限制,目前国内显示汽车仪表只能选用字段显示方式的显示屏,无法选用显示分辨率更高的点阵式显示屏,因此其视觉效果和显示精度还不能令人满意。ECU性能不断提高,抗强电磁干扰、工作温度范围和对工作电源稳定性要求等方面得到较大的改善,同时价格大幅度降低,因而目前有条件在汽车仪表上使用ECU控制的全数字仪表,国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表[1]。随着现代电子技术的发展,要求汽车仪表与汽车上其他装置交换数据,即要求接入到汽车的计算机系统总线上,因此本文设计了一个基于嵌入式系统、CAN总线技术和TFT LCD液晶显示技术的全数字式汽车仪表系统。

1 系统软硬件平台的选择

本文选取Intel公司的PXA270为微处理器,选配MiniARM270核心板;64 MB SDRAM为系统运行随机存储器;256 MB NAND Flash程序存储器;MCP2515 CAN控制器负责CAN报文的接收与发送;8英寸640×480真彩TFT液晶屏显示GUI图形界面;Linux为嵌入式操作系统[2]。选用目前较为流行的嵌入式GUI系统MiniGUI进行应用程序界面的编写。运用ZLG/BOOT启动Jflashmm、Flash FXP软件进行内核的烧写与移植。软件编制调试完毕后,进行操作系统内核定制,裁减出最小操作系统,并将应用程序与最小系统在仿真环境下进行联合调试。虚拟仪表系统结构如图1所示。

2 MiniGUI的程序开发和移植

将MiniGUI及应用程序移植到目标机上需要经历编写相应的驱动程序、交叉编译MiniGUI及应用程序、安装MiniGUI到目标系统、在目标系统上运行MiniGUI应用程序等几个步骤。

MiniGUI程序是建立在MiniGUI和ANSIC库之上,所以程序的编写要按照MiniGUI的程序框架来定,并通过调用ANSIC库以及MiniGUI自身提供的API函数来实现。MiniGUI程序的入口点:int MiniGUIMain(int argc,const cha r*argv[])。其风格类似于Win32,也是基于窗口、事件驱动编程。事件通过消息机制传递,当事件发生时,Mini GUI将事件转换为一个消息,并将消息发送到MiniGUI应用程序的消息队列之中。窗口过程函数是MiniGUI应用程序必不可少的函数,用于接收和处理消息,是一个回调函数,由MiniGUI调用,在应用程序中不能直接调用,其函数原型如下:static int WindowProc(HWND hWnd,int message,WPARAM wParam,LPARAM lParam)。每个MiniGUI应用程序的初始界面一般都是MiniGUI主窗口,然后在主窗口的基础上再建立子窗口或对话框等。主窗口使用CreateMainWindow函数实现,在这个函数里可以设置主窗口的风格、大小、句柄、标题以及窗口过程函数等[6,8,9]。

本文有两个显示界面,分别对应流程图里面的子程序1和子程序2。应用程序流程图如图2所示。

本文采用arm-linux-gcc-3.4.3交叉编译器对驱动程序和应用程序进行编译。安装交叉编译器步骤:将交叉编译器安装包arm-linux-3.4.3.tar.bz2复制到当前目录下,进行解压安装并指定安装路径:#tar xjvf arm-linux-3.4.3.tar.bz2–C/usr/local/arm。为了便于使用,安装完毕后,通常都将交叉编译器的路径添加到系统的搜索路径中。这样要编译文件时就很简单,不用每次都指定路径,系统会自动搜索。在这里介绍的一种方法是修改/etc/profile文件:打开/etc/profile文件,在最后一行添加pathmunge/usr/local/arm/3.4.3/sbin,保存退出,在终端输入执行:#.Profile(“点+空格+文件名”)。可通过在终端输入:arm-linux-gcc–v检验用户编译器版本。arm-linux-gcc编译出来的程序,不能在PC机上运行,必须下载到ARM系统中才能运行。

MiniGUI在Linux系统中有两种运行模式:fbcon(Frame Buffer Console)和qvfb(Qt Virtual Frame Buffer)。fbcon在控制台下运行,这种模式下不能开Linux的X图形界面。qvfb则是带帧缓冲的虚拟控制台,MiniGUI程序在qvfb中运行就像图形界面下的终端(Terminal)中运行命令一样。通过对gal_engine赋值来设置运行模式。

3 信号采集电路

CAN总线的智能节点一般由主控制器、CAN总线控制器、CAN总线驱动器以及具体的功能单元组成。主控制器用来通过访问CAN总线控制器来实现对CAN总线的访问。CAN总线控制器实现CAN协议的数据链路层和物理层功能,对外具有与主控制器和总线驱动器的接口功能。CAN总线驱动器提供CAN总线控制器与物理总线之间的接口。

本文选用Microchip公司生产的MCP2515作为CAN总线控制器。MCP2515是一款独立的CAN协议控制器,完全支持CAN 2.0B技术规范。MCP2515与主控制器的连接是通过标准串行外设接口SPI(Searial Peripheral Interface)实现的。主控制器选择了Microchip公司的PIC16F913,该单片机为高性能的RISC CPU,内部具有4 KB的可编程可擦除的Flash存储器、256 B的RAM、256 B的EEPROM,带有标准的SPI接口,也能够方便地和CAN总线控制器MCP2515进行连接。CAN总线驱动器选择Microchip公司的MCP2551,是一个可容错的高速CAN器件[4,10]。数据采集用的CAN总线接口电路如图3所示。

4 CAN总线驱动程序的方案设计与实现

设备驱动程序是介于硬件和Linux内核之间的软件接口,是一种低级的、专用于某一硬件的软件组件。设备驱动也可以理解为操作系统的一部分,对于一个特定的硬件设备来说,其对应的设备驱动程序是不同的,比如网卡、键盘、鼠标、显卡、电位器、电机等。操作系统本身没有对各种硬件设备提供持久不变的“驱动设备”,没有驱动,操作系统就控制不了底层的设备,对于操作系统来说,挂接的设备越多,需要的设备驱动程序也越多。

在Linux操作系统中,把所有外设都当成文件看待,使用操作文件的方法来操作设备,通过驱动程序,Linux操作系统才能以文件夹的方式来管理设备。因此驱动程序的编写开发具有十分重要的地位。Linux设备驱动程序运行在Linux内核空间,是Linux内核中联系硬件设备和应用程序的桥梁。Linux系统硬件、设备驱动和应用程序的关系如图4所示[7]。

MagicARM270实验箱采用SJA1000 CAN控制器扩展了1路CAN接口,SJA1000是PHILIPS公司经典的CAN控制器,支持CAN 2.0 A、B协议。结合应用程序、驱动程序、内核程序,CAN驱动流程图如图5所示。

5 测试结果与验证

选取广州致远电子有限公司生产的Magic ARM270实验箱进行仿真[2]。通过CAN总线实现汽车上各种信息的采集和测量,并将采集的结果送到ARM进行处理,最后通过TFT显示出来,设置CAN总线传输速度波特率为125 KB/s,图6所示为捕捉的一个界面。

随着信息技术的快速发展,现场总线技术在汽车上得到了越来越多的应用。本文在测试系统下采用CAN总线接口提取车速、发动机转速、机油压力、油量、水温、传动箱压力及其他车况等信息。实验表明采用虚拟仪表技术完全能够满足车辆运行参数和状态显示的要求,可扩充性好,配置方便。

参考文献

[1]潘旭峰.现代汽车电子技术[M].北京:北京理工大学出版社,2005.

[2]周立功.PXA270&Linux2.6实验理论指导书[M].广州致远电子有限公司.

[3]陈连坤.嵌入式系统的设计与开发[M].北京:清华大学出版社&北京交通大学出版社,2005.

[4]MCP2551高速CAN收发器.http://www.microchip.com.

[5]周立功.PXA270&Linux2.6实验教程[M].广州致远电子有限公司.

[6]周立功.ARM嵌入式MiniGUI初步与应用开发范例[M].北京:北京航空航天大学出版,2006.

[7]周立功.PXA270&Linux2.6理论教程[M].广州致远电子有限公司.

[8]飞漫软件.MiniGUI用户手册.2003.

[9]飞漫软件.MiniGUI编程指南.2006.

[10]刘淼.嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

基于ARM的嵌入式虚拟仪表的设计 篇6

随着ARM芯片技术的快速发展, 具有低功耗、低成本和高性能等特点的ARM体系架构已广泛应用于军工、工业控制、智能家电、通信设备等各个方面, 而模拟仿真设备也正在向着模块化和小型化的方向持续发展, 于是将ARM体系架构与GL Studio仪表仿真平台进行结合成为了仿真工作中实际的需要。介绍如何搭建嵌入式Linux开发环境和如何将GL Studio设计的虚拟仪表应用到嵌入式系统中的基本方法。

1 嵌入式开发环境的搭建

1.1 ARM选型

ARM是一类RISC (精简指令集计算机) 微处理器的统称, 具有低成本、低功耗、高性能、小体积的特点。这些特点使ARM微处理器的应用遍及工业控制、消费类电子产品、通信网络系统等各个方面。

ARM的系列产品有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11、Secur Core系列, 以及Intel的Strong ARM、Xscale系列。

采用ARM720T以上带有MMU功能的ARM微处理器芯片, 以支持Linux嵌入式操作系统的运行, 同时该芯片带有支持Open GL的显卡硬件和驱动。

1.2 嵌入式操作系统选型

目前嵌入式操作系统有嵌入式Linux、Windows Embedded、Vx Works等, 以及应用在智能手机和平板电脑的Android、i OS等。

因为嵌入式Linux系统开放它的系统内核及其相应的源代码, 并具有稳定、安全, 网络功能强大的优点, 所以选择嵌入式Linux系统作为开发板的操作系统。它根据功能和硬件类型有多种配置和类别, 根据所选择的芯片类型, 选用其中的ARM-Linux系统, 该系统由Bootloader、Linux内核和根文件系统三个部分构成。Bootloader是系统的引导程序, 基本功能是加载Linux内核并使之运行。Linux内核实际上就是经过交叉编译工具进行编译后得到的一个可执行程序。根文件系统可实现一些基本的功能, 开发的应用程序也可以放入根文件系统中。

1.3 嵌入式ARM-Linux开发环境的搭建和开发方式

嵌入式ARM-Linux的软件开发需要的操作系统有三个:PC机的Windows系统、宿主机的PC-Linux系统、开发板上的ARM-Linux系统。采用在Windows系统机器上安装VM-ware Work Station虚拟机, 在虚拟机中安装PC-Linux系统 (安装Fedora-Linux系统) , 在ARM开发板上安装ARM-Linux系统的方法来搭建嵌入式开发环境。需要注意虚拟机的配置、VM-ware tools的安装、共享目录的建立。其中, 建立共享目录的目的是方便虚拟机和实体机之间进行文件交流。例如, 可以将在Linux机器上编译生成好的执行文件放置到共享目录中, 然后通过Windows机器提取出来并通过网络传送到ARM-Linux嵌入式板上运行。

软件编译开发环境包括:PC机Windows系统的VS编译环境, GL Studio虚拟仪表开发软件, 虚拟机Fedora-Linux系统中的Fedora-Eclipse CDT编译环境、Qt库及相关设计器Qt Designer, 支持Open GL的GLUT工具库, 针对ARM开发板的GCC交叉编译器ARM-Linux-GCC和交叉调试器ARM-Linux-GDB。

GL Studio生成的人机接口是基于Open GL标准的, 如果要在虚拟机的Linux系统上开发虚拟仪表, 需要其支持Open GL, 包括硬件上支持Open GL1.1或更新版本的图形加速卡, 以及在虚拟机的Linux系统中安装支持Open GL开发的工具包。在Linux系统中开发Open GL程序, 需要用到GLUT工具库。下载该工具包并按照步骤安装到Linux系统后, 系统即可支持基于Open GL图形程序的开发。

一般嵌入式开发方式是在Linux机器上使用E- clipse CDT编写C/C++代码并进行调试, 通过ARM-Linux-GCC交叉编译生成可在ARM-Linux系统中运行的可执行文件, 将文件传送至Windows系统后再传送到ARM开发板上运行。由于使用GL Studio进行仪表开发, 需要支持Open GL的开发环境, 因此采用的开发方式为:在Windows系统中的VS环境里建立GL Studio程序进行仪表设计, 使用GL Studio代码生成器生成可移植的的C++代码, 带入虚拟机的Linux系统中, 使用Eclipse CDT编译环境添加针对Linux系统的功能, 生成RSO可重用对象后将其带入到GLUT窗口进行应用程序的结合, 进行交叉编译后再通过Win-dows系统传到ARM开发板来运行虚拟仪表。

2 GL Studio

2.1 GL Studio的跨平台性

GL Studio是美国DISTI公司为操作仿真软件开发提供的一套跨系统平台的解决方案, 用来创建实时、照片级的交互图形界面。

因为Windows环境中利用VS编程需要用到Windows的API函数, 所以Windows编译环境开发的程序不具有跨平台性, 而GL Studio有自己的API函数库, 不依赖于特定的操作系统, 并包含FLTK (C++跨平台GUI图形用户工具包) , 所以其代码生成器能自动生成可跨平台移植的Open GL的源代码。GL Studio生成的代码使用了GL Studio的运行时间类结构, 其提供了图形对象、显示列表和用户界面对象的框架, 与操作系统无关, 允许程序员只写一次代码就能应用到所有与GL Studio兼容的操作系统上。GL Studio不仅支持Windows和Linux等RTOS (实时操作系统) 系统, 还支持Vx Works, Green Hills Integrity和Lynx OS系统。

由于GL Studio的编辑器、图形设计器和产生的代码与系统类型无关, 所以开发者可以在Windows操作系统中进行设计, 然后在Linux系统中打开该设计并生成代码, 或者在Windows系统中直接创建Linux的生成代码。两种方法唯一不同的地方是后者需要将相应的库文件配置好并根据不同的编译器的代码生成方式来生成组件或应用程序。

2.2 GL Studio的开发流程

GL Studio开发虚拟仪表的一般流程:根据实物照片创建纹理并载入、创建组件、命名对象;根据操作逻辑和实装数据创建行为和生成代码;调试运行。

2.3 GL Studio的特点

GL Studio具有效率高和使用简便的特点。

3 虚拟仪表模型设计

以一个三维圆柱旋转刻度仪表盘的开发为实例介绍嵌入式仪表的开发过程。

在Windows系统中利用GL Studio软件制作的某仿真仪表的正面视图如图1所示。

旋转仪表中三维的圆柱旋钮界面如图2所示。

在制作该仪表的过程中, 需要注意:仪表大小、纹理贴图。

需要根据显示屏幕的大小来确定仪表的大小, 绘出圆柱形。根据圆周长和高度来确定贴图的长度和高度, 根据贴图的长度来确定每个刻度之间的距离, 并预留好贴图两端刻度的结合部位。圆柱体的大小和高度由对象属性object properties页面中的Radii (半径) 栏确定, 其中的三个数值分别代表顺时针方向的半径、高度值的一半、逆时针方向的半径。如果贴图大小为500×200, 要贴图均匀完整地包含在圆柱的侧面, 则需要将圆柱体的RADII设置为250、100、250。

将纹理贴至圆柱体上时, 需要点击圆柱体的对象属性页面中的Texture Adjustment栏里的Actual Siz按钮以调整纹理, 使纹理以360°不重复的状态包裹在圆柱体的侧面。如果圆周比纹理的长度小, 则点击Actual Size按钮后的纹理贴图会有重合并产生遮盖, 注意不要点击Stretch To Fit按钮, 否则纹理为了适应圆柱的侧面, 会以较小一边长度与实际长度的比值为倍数进行重复贴图。如果在圆柱纹理上重新载入新的纹理, 会出现圆柱纹理没有刷新变化的情况, 可点击Actual Size按钮后再点击Stretch To Fit按钮, 选择工具栏里的纹理模式, 用鼠标进行高度的调整。注意调节高度时保持左右宽度不变, 否则纹理将会不均匀。

4 交叉编译和运行虚拟仪表

典型的交叉编译指的是在PC机上编译出能在嵌入式目标机上运行的可执行代码, 即“宿主机+目标机”的方式。交叉编译需要在PC机上建立一个用于目标机即ARM开发板的交叉编译环境, 这是一个由编译器、连接器和解释器组成的综合开发环境, 已完成搭建。

虽然生成程序的源码是一样的, 但是在Linux机器上编译生成的可执行文件不能在ARM-Linux系统上运行, 需要用ARM-Linux专用的编译器ARM-Linux-GCC编译, 生成可在ARM-Linux系统上运行的可执行文件。所以在Linux系统中完成基于Open GL仪表的全部设计编译工作并生成RSO对象后, 还需要利用交叉编译器ARM-Linux-GCC和交叉调试器ARM-Linux-GDB进行交叉编译、调试和链接工作, 生成可执行程序, 再移植固化到ARM开发板上, 然后在Windows机器上远程登录ARM-Linux系统开发板, 就可控制程序运行。至此, 整个嵌入式虚拟仪表的开发流程全部完成。

参考文献

[1]蔡卫明.ARM9_Win CE嵌入式图像采集系统开发技术研究与实现[D].重庆:重庆理工大学, 2009

[2]邓漫龄.ARM嵌入式Linux系统的研究与实现[D].北京:北京邮电大学, 2009

[3]陈军.基于ARM_Linux的嵌入式产品平台构建[D].杭州:浙江大学, 2004

基于μCGUI的虚拟仪表盘的设计 篇7

1 系统硬件设计(1)

1.1硬件部分构成

ARM在嵌入式系统中的应用越来越广泛,恩智浦半导体推出的一款提供集成LCD支持和双路ARM高速总线(AHB)的32位ARM7微处理器LPC2478,芯片的成本和功耗都比较低,它适用于开发手机、车载娱乐、GPS、销售终端系统及生物医疗器械等需要友好的人机交互界面的小型嵌入式应用系统。基于μCGUI[1]的虚拟仪表盘所运行的硬件平台如图1所示,整个系统包括电源处理、时钟、程序/数据存储器、与其他设备的通信端口和TFT彩色液晶的控制与显示。笔者采用的是众福5.7″FG050720DSSWDG01数字液晶屏,对TFT彩色液晶的控制与仪表盘的显示部分作详细分析。

1.2 LPC2478与TFT液晶屏幕的连接方式

LCD控制器直接为多种彩色和单色液晶屏的接口提供了所有必需的控制信号,可将像素编码数据转换成所需格式,并产生相应的时序以驱动各种单屏或双屏的单色或彩色LCD显示屏,其连接方式如图2所示。该LCD控制器还具有两个独立的DMA FIFO缓存器,当液晶屏为单屏,可将这两个缓存器合并为32双字节容量来使用。采

用了DMA FIFO之后,SDRAM中的Frame Buffer中的图像数据以DMA方式传输到LCD控制器数据缓存器FIFO,不占用系统总线时间。LCD控制器包含两个单独的AHB接口,LCD控制器用AHB从接口访问LCD控制器内的控制寄存器和数据寄存器,用AHB主接口来访问DMA中存在于内存或系统其他地方的显示数据[2]。

2 系统软件设计

2.1 液晶屏的初始化函数

众福5.7″FG050720DSSWDG01数字屏与LPC2478按照图2所示的方式相连后,还需要对LCD控制器正确配置,显示屏才能正常显示,笔者根据实际项目应用,比较了众福屏的输入时序信号和LCD控制器输出时序信号,对LPC2478的LCD控制器里的主要寄存器进行初始化设置。初始化函数Lcd_Init()主要部分代码如下[3]:

2.2 创建虚拟仪表盘

2.2.1 原理分析

在背景上绘制一个带有可转动指针的刻度盘,运行时的动态画面可分为静止部分和变化部分,在一段时间内显示屏只有一小部分要更新。当绘图函数第一次被调用时,所有的对象都被绘制出,而以后的函数调用只更新需要移动或改变的物体,这样可有效避免闪烁。

用一个仪表盘实例来说明不闪烁图的绘制过程[4]。假定图3a是首次绘制的图,背景图和指针都绘制出来,图3b是指针旋转一定的角度,只需要绘制两幅图的变化部分,即两幅图指针的变化区域。在图3c中,标号1的指针所占的矩形区域为标号2,标号3的指针所占矩形区域为标号4,两个矩形区域合并就是图3d所指的灰色矩形区域,也即是图3b较之于图3a的变化区域,把图3b对应的变化区域复制到图3a的相应位置就变成了图3b,从而就实现了在仪表盘中指针旋转的效果。

2.2.2 软件代码的编写

当显示屏必须更新来反映其对象的移动或改变时,存储设备非常有用。使用函数GUI_MEASDEV_Create()创建一个测量设备,它能自动识别显示屏的哪部分包含固定的对象,哪部分包含移动或改变的对象(必须更新)。当绘图函数第一次被调用时,所有的对象都被绘制到测量设备里,然后调用函数GUI_MEMDEV_CopyToLCD()写到显示屏上。以后的函数调用,测量设备通过比较前、后两幅画面找到画面的变化部分,只更新需要移动或改变的物体。实际的绘图操作使用分片存储设备机制,只在需要更新的画面内使用。软件实现的流程如图4所示。

Draw()绘图函数是一个哑绘制,它是把图像绘制到一个缓存里面,也就是说绘制点的时候,没有真正地调用驱动进行绘点,而是借此来计算所要画的图形的范围,每画一个点都会检测并更新所画图形的范围,没有实际绘图,所以不用担心效率问题。其实现函数如下[5]:

其开发思路如图4所示,可得函数的实现为:

3 试验结果

对LPC2478的LCD控制器正确配置后,依据仪表盘设计的原理及软件实现的分析,得到如图5所示主页面图,总共创建了7个仪表盘,可通过仪表盘的唯一标示id号来识别不同的仪表,并向指定的仪表盘发送指针旋转角度信息。

其函数实现如下所示:

4 结束语

笔者主要介绍了对虚拟仪表盘测试的硬件结构、LPC2478与众福液晶屏的接线方式和LPC2478的LCD控制器配置参数。详细分析了虚拟仪表盘静态画面和动态画面的特点并用C语言实现了动态指针流畅、非闪烁的运行。通过对汽车行业和电力行业实地调查了解,虚拟仪表盘得到了广泛好评,仪表盘不但能传递车速及转速等这些简单信息,更加成为了一个信息枢纽,实现了真正的人机交流。基于此应用,笔者相信在不久的将来,电子行业的机械式仪表也必将被虚拟仪表所代替。

摘要：介绍了基于ARM7芯片LPC2478的虚拟仪表盘系统硬件构成,并较详细列出了LPC2478与显示屏的接线方式和LCD控制器的初始化配置。结合μCGUI中的自动设备对象和分片存储设备,解决了在重绘图像时如何避免画面闪烁的问题。该系统采用C语言实现GUI的开发与控制,使代码具有较好的移植性和可靠性。

关键词：虚拟仪表盘,LPC2478,μCGUI,自动存储设备

参考文献

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[2]任光,叶斌,杨大春,等.数字TFT-LCD驱动电路实验研究[J].液晶与显示,2006,21(1):87～89.

[3]史萌萌,江海河.μC/GUI在嵌入式测控系统中的移植与应用[J].嵌入式系统应用,2007,33(11):23～24.

[4]陆晓春,刘修峰,任姣,等.基于ARM的智能磷酸根分析仪的设计[J].化工自动化及仪表,2010,37(11):66～69.

虚拟仪表技术 篇8

全国大学生方程式赛车是基于大学生自己设计并制造方程式赛车来进行比赛, 而方程式赛车的仪表盘是方程式赛车的核心部件, 也是赛车手了解赛车状况的一个窗口。利用虚拟仪器技术模拟赛车仪表盘, 设计综合数据采集、信号分析、仪器面板等多项内容的虚拟赛车仪表盘。利用单片机自身产生转速、耗油、速度等模拟和数字信号源, 然后再进行模拟和数字信号的采集和分析, 通过建立转换函数模型在虚拟仪表盘上显示发动机转速、赛车车速、油耗、温度及转向灯等信息[1]。利用虚拟仪器技术模拟赛车仪表盘, 不仅可以完成先进赛车仪表盘的功能, 而且免去赛车机械及电子器件, 降低成本, 提高可研性, 在计算机测控技术、赛车电子技术等课程的教学及开放实验中具有广泛的实用价值。本次试验就大学生方程式赛车进行虚拟仪表改造, 内容包括赛车本次试验使组员对车载仪数据采集, 电路板的设计, 源代码的编写, 基于labview的仪表设计及其串口通信功能的实现。通过本次创新性实验, 组员们初步了解如何使用labview制作虚拟仪表以及电路板的设计, 加深了对程序设计的认识, 编写程序的能力也有了很大的提高, 也更了解了团队合作的重要的技巧。

1 赛车仪表盘的总体设计

1.1 赛车仪表及其显示装置的作用和组成

在驾驶员前方台板上都装有仪表报警灯及电子显示装置, 用来指示赛车运行以及发动机运转的状况, 以便驾驶员随时了解和掌握赛车各系统、各部件的工作状态, 保证赛车可靠而安全地行驶。

赛车上较常用的一般有3种仪表和3种相应的传感器, 即发动机转速表、发动机温度表、赛车时速表。

仪表板总成分垂直安装式和倾斜安装式两类, 二者又各有组合式和分装式两种。分装式仪表板总成, 它是由薄钢板先冲压成一块仪表板, 然后将每只单个仪表用夹板及螺栓固装在仪表板上。

1.2 赛车仪表的使用条件

1.2.1 温度

赛车是被广泛使用的交通运输工具, 要在各种环境温度下都能正常运行, 因此要求汽车仪表在-40~+55℃范围内都能正常工作。温度传感器用于监测冷却液 (水箱) 温度。

1.2.2 湿度

由于赛车仪表工作的环境条件所限, 因此它还将受到湿度的影响。潮湿的空气将使仪表零件 (特别是黑色金属零件) 表面生锈, 电气绝缘件的绝缘性能降低甚至漏电。还由于潮湿空气的变冷, 使毛细管内的水分凝聚, 引起指示误差以致堵塞。因此, 金属零件尤其是黑色金属零件要进行表面处理, 如电镀、化学处理、喷漆等工艺。要求仪表应能在相对湿度为90%的环境下工作, 并通过耐潮试验及绝缘介电强度试验。

1.2.3 振动

赛车行驶引起的车身振动, 发动机高速运转引起的赛车各部件振动, 都会影响仪表指示的准确性, 缩短仪表的使用寿命, 因此必须在仪表板外面加放橡皮减震垫圈等, 以保证仪表零件的足够强度和紧固件的牢固性。

1.2.4 其他

赛车仪表的工作环境还可能遇到其他气候条件 (如暴雨、灰尘的侵蚀, 阳光辐射, 油腻的沾污, 霉菌的腐蚀, 海洋盐雾的浸蚀以及冰冻等) 的影响, 因此仪表零件的6各种金属材料, 非金属材料以及各种油类、保护层等都要根据不同的气候条件加以选用。装有电子钟的仪表板总成, 要防止赛车电气设备产生的高频振荡对电子钟走时性能的干扰。

2 界面模块

3 虚拟仪表的硬件设计

传感器简介:

3.1 DS18B20温度传感器

DS18B20数字温度传感器接线方便, 封装成后可应用于多种场合, 如管道式, 螺纹式, 磁铁吸附式, 不锈钢封装式, 型号多种多样, 有LTM8877, LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温, 高炉水循环测温, 锅炉测温, 机房测温, 农业大棚测温, 洁净室测温, 弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰, 体积小, 使用方便, 封装形式多样, 适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

3.2 CR-6061-1数字油位传感器

CR-606系列电容式油位变送器, 是为铁路机车、汽车油箱、油罐车、油库等油位的精确测量而量身定做的专门仪表, 整机无任何可动或弹性部件, 耐冲击、安装方便、可靠性高、精度高、性能价格比好。可安装在各种场合对汽油、柴油、液压油等油位进行准确的测控。也适用于各种非导电液体的测量。

3.3 OHG-01霍尔效应齿轮传感器

霍尔效应齿轮齿传感器 (GTS) 是一种重要的自动化检测元件, 尤其是在汽车上的应用日益增加, 主要实现位置、速度和方向的检测。近年来, 国外关于环保和安全保障的一些立法已对GTS技术提出了新的更高要求。为适应这些要求, 技术人员正集中精力开发研制GTS自校准技术。

4 虚拟仪表数据采集卡

霍尔效应齿轮齿传感器 (GTS) 是一种重要的自动化检测元件, 尤其是在汽车上的应用日益增加, 主要实现位置、速度和方向的检测。近年来, 国外关于环保和安全保障的一些立法已对GTS技术提出了新的更高要求。为适应这些要求, 技术人员正集中精力开发研制GTS自校准技术。

5 单片机模块

5.1 单片机AT89S52概述

AT89S52是一款低功耗、高性能的8位微控制器, 内部具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造, 与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片内Flash存储器可在线重新编程, 亦适于通用的编程器。通用的8位CPU与在系统可编程Flash集成在一块芯片上, 从而使AT89S52功能更加完善, 应用更加灵活;具有较高的性价比, 使其在嵌入式控制系统中有着广泛的应用前景。

5.2 AT89S52的引脚排列及功能

AT89S52具有PDIP, PLCC和TQFP三种封装形式, 其中PDIP封装的引脚排列如图2所示。

5.2.1 P0口

P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口, 即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时, 每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路, 对端口P0口写“1”时, 可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时, 此组口线分时转换地址和数据总线复用, 在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时P0口接收指令字节, 而在程序校验时输出指令字节, 校验时要求外接上拉电阻。

5.2.2 P1口

P1口是一组带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1口的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流) 4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”, 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平, 此时可作输出口。作输入口使用时, 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因, 将输出电流 (IIL) 。与AT89S51不同之处是, P1.0和P1.1还可分别作为定时器/计数器2的外部计数输入 (P1.0/T2) 和触发器输入 (P1.1/T2EX) 。在flash编程和校验时, P1口接收低8位地址字节。P1口除了作为一般的I/O口线外, 部分引脚还具有第二功能, 如表1所列。

5.2.3 P2口

P2口是一组具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P2口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时, 内部上拉电阻把端口拉高, 此时可以作为输入口使用。作为输入使用时, 被外部拉低的引脚经由内部上拉向外输出电流 (IIL) 。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器 (例如执行MOVX@DPTR) 时, P2口送出高8位地址数据。在这种应用中, P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址 (如MOVX@RI) 访问外部数据存储器时, P2口输出P2锁存器的内容。FLASH编程或校验时, P2亦接收高位地址和一些控制信号。

5.2.4 P3口

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流) 4个TTL逻辑门电路。对P3口写入1时, 内部上拉电阻把端口拉高, 此时可作为输入端口使用。若外部负载将P3口拉低, 则经过内部上拉电阻而向外输出电流 (IIL) 。P3口可接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。P3口除了作为一般的I/O口线外, 还具有第二功能, 如表2所列。

5.2.5 其他

1) 电平将使单片机复位。特殊寄存器AUXR (辅助寄存器) (地址8EH) 上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下, 复位高电平有效。

2) ALE为地址锁存允许信号, 当单片机上电正常工作后, ALE引脚不断输出正脉冲信号。在访问单片机外部程序存储器或数据存储器时, ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。如有必要, 可通过对特殊功能寄存器 (SFR) 区中的8EH单元的D0位置1, 可禁止ALE操作。该位置1后, ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则, ALE将被微弱拉高。此ALE使能标志位的设置在微控制器执行外部程序时无效。PROG为本引脚的第二功能, 对FLASH存储器编程期间, 该引脚还用于输入编程脉冲。

3) 为程序储存允许输出控制端, 是外部程序存储器的读选通信号, 当AT89S52在每个机器周期被激活两次, 而将不被激活。

PP:欲使CPU仅访问外部程序存储器 (地址为0000H—FFFFH) , EA端必须保持低电平 (接地) 。

4) XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

6 硬件系统原理图

6.1 电源电路

汽车仪表板卡上的工作电压是5V, 而汽车蓄电池一般提供12V电压, 所以系统设计了一个12V转5V的电源电路。12V的汽车电源经过整流、滤波和稳压, 最终输出稳定的5V电路板供电电压。

6.2 晶振电路

P87C581的晶振引脚为:XTAL1、XTAL2.本系统选用的是12MHZ晶振电路。

6.3 复位电路

鉴于本系统板卡对瞬态响应性能、时钟源的稳定性及电源监控可靠性等诸多方面因素, 本系统采用了比较通用的复位电路, 提高了系统的可靠性。

在振荡器工作时, 将RST脚保持至少两个机器周期低电平 (12个振荡器周期) 可实现复位。为了保证上电复位的可靠, RST保持低电平的时间至少为振荡器启动时间 (通常为几个毫秒) 再加上两个机器周期。

6.4 掉电保护电路

本汽车仪表系统对数据的记录要求较高, 实时数据必须及时保存并显示。如果出现无法预料到的突然断电事件, 仪表系统应采取相应的措施对数据进行及时保存, 这就需要设计一个掉电保护电路, 一旦电源低于某个预设的电压值, 仪表系统检测到后立刻对当前数据进行保存。本系统将掉电保护电路连至处理器的中断引脚, 通过采用中断的方式来触发掉电事件以通知处理器执行相应的动作。

6.5 串口电路

AT89C52芯片的串口为TTL电平, 而要连接的外部PC的串口为RS232电平, 故需要采用一块芯片来实现TTL/RS232电平转换。本系统采用常用的MAX232转换芯片。

MAX232芯片简介

MAX232芯片是专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路, 使用+5v单电源供电。其主要特点如下:

1) 符合所有的RS-232C技术标准;

2) 只需要单一+5V电源供电;

3) 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力, 能够产生+10V和-10V电压V+、V-;

4) 功耗低, 典型供电电流5m A;

5) 内部集成2个RS-232C驱动器;

6) 高集成度, 片外最低只需4个电容即可工作。

MAX232引脚介绍:

第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12V和-12V两个电源, 提供给RS-232串口电平的需要。

第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚 (R1IN) 、12脚 (R1OUT) 、11脚 (T1IN) 、14脚 (T1OUT) 为第一数据通道。

8脚 (R2IN) 、9脚 (R2OUT) 、10脚 (T2IN) 、7脚 (T2OUT) 为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头;DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC (+5v) 。

7总结

虚拟仪表技术 篇9

航姿航向仪表的工作原理、组成结构及操作特点是各航空院校相关教学课程中的重要知识内容, 而目前符合这一需求的相应教学、实验及科研系统市场鲜有。本文在Labview软件的操作平台上, 模拟了飞机航姿航向仪表的演示。系统亦可模拟陀螺、加速度、磁场传感的具体工作状态, 有助于理解、熟悉、掌握惯性导航和航向姿态的原理、技术及其应用。

Labview是一种图形化程序开发环境, 是近年来迅速发展起来的一项革命性技术, 它摆脱了传统实验室内孤立的、固定模式的台式仪器相互连接、组合, 构成功能有限的实验测量系统的模式, 虚拟仪器以计算机为基础, 以软件为核心, 通过必要的信号调理和数据采集模块, 与传感器构成完整的实验系统, 可以根据需要编写不同的实验程序, 完成不同的实验任务, 显著降低实验设备费用、扩大实验的灵活性。由虚拟仪器构成的实验系统采用模块化组合, 升级换代简便易行, 是现代各领域信号检测分析的发展方向。

一、飞机的航向及姿态仪表

飞机的航向是指飞机纵轴与经线在水平面上的夹角。简单说, 飞机的航向是指飞机的机头方向。航向角的大小用飞机纵轴的水平投影线 (定位线) 与地平面上某一基准线之间的夹角来度量;同时规定从基准线的正方向按顺时针至定位线的角度为正航向角。

飞机的飞行姿态一般指飞机与地平线之间的关系。测量飞机姿态的仪表, 主要是指测量飞机姿态角和姿态角速度的一些仪表。这些仪表能为飞行员提供俯仰角、倾斜角和转弯角速度等重要参数的目视信号, 或为其他机械设备提供这些参数的电信号。准确地测量飞机的飞行姿态, 对正确操纵飞机, 保证飞行安全有重要的意义。小型飞机上使用的姿态仪表主要是地平仪和转弯侧滑仪, 大中型飞机上则采用姿态基准系统等。如前所述, 所谓的俯仰角, 即飞机机体纵轴与水平面的夹角;航向角是指飞机机体纵轴在水平面上的投影与该面上参数线之间的夹角;而滚动角则是指飞机对称平面与通过飞机机体纵轴的铅垂平面间的夹角。

二、航姿航向仪表的设计

本文的研究主要是设计实现基于Labview开发平台的仿真型飞机姿态角数据的采集及显示, 其中包括:数值、波形及三维动画演示。虚拟仪器的数据显示是虚拟仪器设计的重点之一, 借助Labview搭建显示界面, 设计仿真型飞机的滚动角/俯仰角/航向角仪表盘。

系统模拟飞机姿态的传感器采用了MEMS (微机电系统Micro-Electro-Mechanical Systems) , MEMS技术的不断发展, 使得惯性测量设备能够进一步做的更小, 更实用, 所以目前集成的基于MEMS的惯性测量设备被大量地应用于实际。可以说是目前测控传感领域一个比较热门的技术。

随着MEMS技术的发展, 应用MEMS技术, 能够制成可测量运动物体线加速度、角速度的惯性测量元件 (Inertial Measurement Unit, IMU) , 即微陀螺和微加速度计, 称为MEMS-IMU。MEMS惯性传感器体积小, 成本低, 可靠性高, 在军用和民用方面都有着非常广泛的应用。本文的软件设计正是在MEMS-IMU物理测试的平台基础之上设计实现的。

通过设计串口通信方式, 数据接收转换以及界面演示来构成整个的航姿演示系统, 主要用于动态模拟显示飞机沿三个轴 (即横轴、纵轴及立轴) 的六个自由度的运动, 即横滚、偏航及俯仰, 如图1所示。在航姿航向实验平台上固联一个MEMS传感器, 转动该传感器, 令其模拟飞机的俯仰、横滚、偏转的飞行动作, 设计相应的仪表盘, 准确读出滚动角、俯仰角和航向角的数值。

设计的演示系统主要可实现以下几点功能:基于Labview软件的仿真型飞机航姿的三维动画、波形及数值演示界面;可与微姿态传感器MEMS串口连接;动态演示飞机爬升、下降或转弯的姿态。

数据的采集和显示主要依靠两部分, 分别是演示系统平台的MEMS惯性测量系统和pc上位机控制界面。演示平台主要用于动态模拟显示飞机的横滚、偏航及俯仰。上位机界面通过Labview软件来制作。主要是一个和串口的通信, 发送控制信号同时接收MEMS系统发来的输出数据, 并在界面上显示, 然后进行一些简单的图形显示。由于需要串口通信, 故需要现在设计一个串口的通信模块, 使得MEMS惯性测量的系统的数据能够向上传送到上位机处。然后将串口接受到的数据传给后续的处理, 同时还要能够向串口发送数据, 控制传送的数据格式。

因为串口传输的都是十六进制的数据, 而Labview接收发送的都是字符串数据, 故还需将发送和收到的数据类型进行转换。在收到转换后的数据后, 根据本次演示实验设计所使用的方位角模式所接受的数据进行3个方位角的数值显示。同时根据方位角数据的连续接收显示各个方位角的时间波形图。图2为航姿航向数据的采集及三维动态显示界面, 这一模块绘制了一个长方体, 该长方体可近似模拟飞机的姿态和航向情况, 并实时演示。

三、结语

本文主要通过Labview开发平台对仿真型飞机航姿航向仪表进行设计与实现。系统功能包括:对物理平台进行通信与控制、采集MEMS传感器的数据, 动态实时模拟飞机航姿航向仪表的指示情况。该系统符合航空电子教学及基础科研的需求, 具有一定的实用价值。

摘要：本文在Labview虚拟仪器的开发平台上, 设计了一个能够与MEMS惯性测量装置相连接的数据采集系统, 用于实时、动态地显示仿真型飞机的姿态和航向变化情况。

关键词：虚拟仪器,航姿航向仪表,MEMS

参考文献

[1] .何晓薇, 许亚军.航空电子设备[M].成都:西南交通大学出版社, 2004

[2] .伊恩·莫伊凡, 阿伦·西布里奇.民用航空电子系统[M].北京:航空工业出版社, 2009