CN107067873B - 基于can总线控制的航空模拟飞行地平表 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空模拟技术，具体提供了一种基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表。所述基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表包括保护玻璃、俯仰角转动机构、水平角转动机构、固定安装板、驱动控制印制电路板、控制印制板支架以及用于封装上述各部件的表壳和后罩，其中，保护玻璃安装在表壳上，并位于水平角转动机构上方，所述俯仰角转动机构嵌设在水平角转动机构内，驱动控制印制电路板通过控制印制板支架设置在固定安装板上。该发明提供的基于CAN总线的航空模拟飞行地平表具有以下优点：结构紧凑,数据传输速率高，响应速度快，可靠性高,发光均匀，显示效果好，作为整体的功能单元，独立配置,能满足不同型号模拟飞行器的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于航空模拟技术，具体涉及一种基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，特别适用于航空模拟飞行训练器的飞机飞行姿态的模拟指示设备。
背景技术
模拟飞行仿真器大量应用于飞机驾驶培训，可大大提高飞机驾驶培训的飞行安全以及培训效果，并极大减少了真实飞行培训的成本。为保证培训效果，地面飞行模拟训练器需要尽量和真实飞机在空中飞行的状态一致，而由于真实飞机上的仪表基本上都是采用了气压、高度、地磁、转动量、加速度等物理量作为设备的动力源或信号源直接进行驱动，因此要保证与真实飞行的一致性，飞行模拟训练器需要通过改进仪表的驱动方式和控制方式，从而响应主仿真系统的控制命令。
地平表为飞机飞行姿态指示设备，目前用于模拟飞行的地平表一般采用工业步进电机作为动力源，存在结构尺寸偏大，响应速度慢、噪声大、不能作为独立的功能单元进行独立配置等问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构紧凑，响应速度快，并能够作为单独的功能单元进行配置，直接响应主飞行仿真系统的控制信号的基于CAN总线控制的航空飞行模拟地平表。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，包括保护玻璃1、俯仰角转动机构、水平角转动机构、固定安装板21、驱动控制印制电路板19、控制印制板支架17以及用于封装上述各部件的表壳5和后罩24，其中，保护玻璃1安装在表壳5上，并位于水平角转动机构上方，所述俯仰角转动机构嵌设在水平角转动机构内，驱动控制印制电路板19通过控制印制板支架17设置在固定安装板21上。
所述俯仰角转动机构包括俯仰角指针2、俯仰角刻度盘6、俯仰刻度盘照明印制板8、俯仰角电机10、俯仰角刻度盘安装板11、照明印制板支架9、第二螺杆14，其中，俯仰电机10的通过转轴与俯仰角刻度盘6相连，俯仰刻度盘照明印制板8、照明印制板支架9、俯仰电机10通过螺钉安装在俯仰角刻度盘安装板11上，俯仰角刻度盘安装板11通过第二螺杆14安装在水平转角支架12上。俯仰角指针2固定在表壳5内，并位于俯仰角刻度盘6上方。
所述水平角转动机构包括水平角转盘4、水平角刻度盘3、水平转角支架12、水平转轴18、水平角电机22、导电滑环16，水平角刻度盘3固定在表壳5上，水平角转盘4固定在水平转角支架12上，水平角电机22安装在固定装板21上，并通过电机的转轴与水平转轴18固定，水平转轴18穿过导电滑环16的通孔与水平转角支架12固定。
按压开关7安装在表壳5上，与驱动控制印制电路板19连接。
打开按压开关7，驱动控制印制电路板19采集到接通信号，并发出点亮信号，接通水平角刻度盘3上的告警旗信号灯照明电路，模拟显示告警旗拉起的状态。
固安装板21通过第三螺杆20固定在固定转角安装板15上，转角固定安装板15通过第一螺杆13固定在表壳上。
所述的导电滑环16内部为可以旋转的套筒及电连接机构，用于连接上下可转动与不可转动的转接导线。
俯仰角刻度盘6及水平角刻度盘3采用透明有机材料作为主体材料，背面及侧面透光，表面不透光，表面上有透光的刻度线及字符。
连接插座23固定在后罩24上。
所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，初始化后，通过连接插座从CAN总线上接收模拟飞行仿真计算机发来的飞行姿态数据，驱动控制印制电路板解析CAN总线数据，并转化为脉宽控制信号，将脉宽控制信号分别传输到水平角电机和俯仰角电机，俯仰电机带动俯仰角刻度盘转动，显示飞机的俯仰角；水平角电机带动水平转角支架及水平角转盘转动，显示飞机的水平角；水平角电机转动时，带动俯仰电机及俯仰角刻度盘一起转动；同时俯仰刻度盘照明印制板上的发光二极管发光，经过选择相应的滤色罩，过滤特定波长的光线，产生不同航空照明颜色的光线，为刻度盘提供对应照明颜色的照明光源。
与原有常用的航空模拟飞行地平表相比,本发明提供的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表至少存在以下优点：
1、结构紧凑，外形与飞机上地磁感应的地平表真件外形尺寸一致；
2、采用CAN总线进行控制和驱动，通信速率1M/S,数据传输速率高，可靠性高；
3、采用内置式导光刻度盘，发光均匀，并采用白光LED照明，并通过滤色罩配光，能实现多种航空照明颜色，显示效果好；
4、采用微型伺服电机作为角度转动执行器，响应速度优于传统的步进电机执行器；
5、能够作为整体的功能单元，独立配置,满足不同型号模拟飞行器的应用需求。
附图说明
图1是本发明的去除表壳后的结构示意图。
图2是本发明侧视的爆炸结构示意图。
图中：保护玻璃1、俯仰角指针2、水平角刻度盘3、水平角转盘4、表壳5、俯仰角刻度盘6、按压开关7
图3是本发明后视的爆炸结构示意图。
图中：俯仰刻度盘照明印制板8、照明印制板支架9、俯仰角电机10、俯仰角刻度盘安装板11、水平转角支架12、第一螺杆13、第二螺杆14、转角固定安装板15、导电滑环16、控制印制板支架17、水平转轴18、驱动控制印制电路板19、第三螺杆20、固定安装板21、水平角电机22、连接插座23、后罩24。
图4是本发明导光照明印制电路板的结构示意图。
图中：白色发光二极管25、滤色罩26、贴片电阻27。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2及图3所示，是基于CAN总线控制的航空飞行模拟地平表结构示意图。
基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表包括保护玻璃、俯仰角转动机构、水平角转动机构、固定安装板、驱动控制印制电路板、控制印制板支架以及用于封装上述各部件的表壳和后罩。其中，保护玻璃安装在表壳上，并位于水平角转动机构上方，起到防护作用。所述俯仰角转动机构嵌设在水平角转动机构内，驱动控制印制电路板通过控制印制板支架设置在固定安装板上。
所述俯仰角转动机构包括俯仰角指针、俯仰角刻度盘、俯仰刻度盘照明印制板、俯仰角电机、俯仰角刻度盘安装板、照明印制板支架、第二螺杆。其中，俯仰电机10的通过转轴与俯仰角刻度盘6相连，以带动俯仰角刻度盘6转动。俯仰角指针固定在表壳内，并位于俯仰角刻度盘上方。
俯仰刻度盘照明印制板8、照明印制板支架9、俯仰电机10通过螺钉安装在俯仰角刻度盘安装板11上。俯仰角刻度盘安装板11通过第二螺杆14安装在水平转角支架12上。其中，俯仰刻度盘照明印制电路用于为俯仰刻度盘6提供背光照明。
所述水平角转动机构包括水平角转盘、水平角刻度盘、水平转角支架、水平转轴、水平角电机、导电滑环。其中，水平角刻度盘固定在表壳上，用于显示水平转角刻度。水平角转盘固定在水平转角支架上，可随水平转角支架转动，起到水平角指示作用。水平角电机22安装在固定装板21上，并通过电机的转轴与水平转轴18固定，水平转轴18穿过导电滑环16的通孔与水平转角支架12固定，从而带动水平支架12进行转动，而带动水平支架12进一步带动安装在其上的俯仰角刻度盘安装板11，实现水平与俯仰的联动。
所述的导电滑环内部为可以旋转的套筒及电连接机构，用于连接上下可转动与不可转动的转接导线。
俯仰角电机及水平角转角电机，为360°高精度数字舵机，内置角度传感器与伺服电机，通过接收驱动控制印制板上的脉宽信号，调整转动角度；
驱动控制印制电路板采用内置CAN总线控制器的C8051单片机作为主控芯片，并配置了CAN总线驱动电路。从连接器上接收外部控制端的CAN总线数据，驱动两个微型伺服电机工作，分别带动固定在电机轴上的水平角刻度盘和俯仰角刻度盘转动，调整指示刻度值，显示需要模拟的飞机水平角和俯仰角姿态。
俯仰角与水平角刻度盘均采用透明有机材料作为主体材料，采用背光照明，背面及侧面透光，表面不透光，表面上有透光的刻度线及字符。其中，水平角刻度盘为独立的航空导光板组件，具有独立的照明及控制电路，分别用于刻度值的背光显示及模拟告警旗的显示。
按压开关安装在表壳上，与驱动控制印制电路板连接，提供信号输入功能。打开按压开关后，驱动控制印制电路板采集到接通信号，并发出点亮信号，接通水平角刻度盘上的告警旗信号灯照明电路，模拟显示告警旗拉起的状态。
固安装板21通过第三螺杆20固定在转角固定安装板15上，转角固定安装板15通过第一螺杆13固定在表壳上，实现对俯仰角转动机构、水平角转动机构的支撑。
另外，后罩24上设置有连接插座23，用于连接外部电源及CAN总线信号。
如图3所示，是基于CAN总线控制的航空飞行模拟地平表的导光照明印制电路板的结构示意图。照明印制电路板为由电阻、白色发光二极管以及滤色罩组成的背光照明电路。白色发光二极管25及贴片电阻26分别焊接或粘贴在俯仰刻度盘照明印制板8的基板上，滤色罩27粘贴在白色发光二极管25的上方。照明颜色可根据滤色罩的种类配置为夜视绿A、蓝白光、红光等多种航空照明颜色，可通过调整印制板上的背光照明光源，为飞行模拟地平表提供不同颜色的航空照明。
本发明基于CAN总线控制的航空飞行模拟地平表上电后，设备开始初始化，并通过连接插座从CAN总线上接收模拟飞行仿真计算机发来的飞行姿态数据，驱动控制印制电路板上的MCU解析CAN总线数据，转化为脉宽控制信号，并将信号分别传输到水平角电机和俯仰角电机，俯仰电机带动俯仰角刻度盘转动，显示飞机的俯仰角；水平角电机带动水平转角支架及水平角转盘转动，显示飞机的水平角；水平角电机转动时，带动俯仰电机及俯仰角刻度盘一起转动。地平表上电后，俯仰刻度盘照明印制板上的发光二极管发光，经过选择相应的滤色罩，过滤特定波长的光线，可产生不同航空照明颜色的光线，为刻度盘提供对应照明颜色的照明光源。打开按压开关，驱动控制电路板采集到接通信号，MCU发出点亮信号，接通水平角刻度盘上的告警旗信号灯照明电路，可以模拟显示告警旗拉起的状态。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：包括保护玻璃(1)、俯仰角转动机构、水平角转动机构、固定安装板(21)、驱动控制印制电路板(19)、控制印制板支架(17)以及用于封装上述各部件的表壳(5)和后罩(24)，其中，保护玻璃(1)安装在表壳(5)上，并位于水平角转动机构上方，所述俯仰角转动机构嵌设在水平角转动机构内，驱动控制印制电路板(19)通过控制印制板支架(17)设置在固定安装板(21)上；
所述俯仰角转动机构包括俯仰角指针(2)、俯仰角刻度盘(6)、俯仰刻度盘照明印制板(8)、俯仰角电机(10)、俯仰角刻度盘安装板(11)、照明印制板支架(9)、第二螺杆(14)，其中，俯仰角电机(10)的转轴与俯仰角刻度盘(6)相连，以带动俯仰角刻度盘(6)转动，俯仰刻度盘照明印制板(8)、照明印制板支架(9)、俯仰角电机(10)通过螺钉安装在俯仰角刻度盘安装板(11)上，俯仰角刻度盘安装板(11)通过第二螺杆(14)安装在水平转角支架(12)上；俯仰角指针(2)固定在表壳(5)内，并位于俯仰角刻度盘(6)上方；
所述水平角转动机构包括水平角转盘(4)、水平角刻度盘(3)、水平转角支架(12)、水平转轴(18)、水平角电机(22)、导电滑环(16)，水平角刻度盘(3)固定在表壳(5)上，水平角转盘(4)固定在水平转角支架(12)上，可随水平转角支架(12)转动，起到水平角指示作用；水平角电机(22)安装在固定安装板(21)上，并通过电机的转轴与水平转轴(18)固定，水平转轴(18)穿过导电滑环(16)的通孔与水平转角支架(12)固定；从而带动水平转角支架(12)进行转动，而带动水平转角支架(12)进一步带动安装在其上的俯仰角刻度盘安装板(11)，实现水平与俯仰的联动。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：按压开关(7)安装在表壳上，与驱动控制印制电路板(19)连接。
3.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：打开按压开关(7)，驱动控制印制电路板(19)采集到接通信号，并发出点亮信号，接通水平角刻度盘(3)上的告警旗信号灯照明电路，模拟显示告警旗拉起的状态。
4.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：固定安装板(21)通过螺杆(20)固定在转角固定安装板(15)上，转角固定安装板(15)通过螺杆固定在表壳(5)上。
5.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：所述的导电滑环(16)内部为可以旋转的套筒及电连接机构，用于连接上下可转动与不可转动的转接导线。
6.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：俯仰角刻度盘(6)及水平角刻度盘(3)采用透明有机材料作为主体材料，背面及侧面透光，表面不透光，表面上有透光的刻度线及字符。
7.根据权利要求1所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：连接插座(23)固定在后罩(24)上。
8.根据权利要求7所述的基于CAN总线控制的航空模拟飞行地平表，其特征在于：初始化后，通过连接插座(23)从CAN总线上接收模拟飞行仿真计算机发来的飞行姿态数据，驱动控制印制电路板(19)解析CAN总线数据，并转化为脉宽控制信号，将脉宽控制信号分别传输到水平角电机(22)和俯仰角电机(10)，俯仰角电机(10)带动俯仰角刻度盘(6)转动，显示飞机的俯仰角；水平角电机(22)带动水平转角支架(12)及水平角转盘(4)转动，显示飞机的水平角；水平角电机转动时，带动俯仰角电机(10)及俯仰角刻度盘(6)一起转动；同时俯仰刻度盘照明印制板(8)上的发光二极管发光，经过选择相应的滤色罩，过滤特定波长的光线，产生不同航空照明颜色的光线，为刻度盘提供对应照明颜色的照明光源。
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