CN110060542A - 一种飞机仿真座舱系统及其仿真操纵控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机仿真座舱系统及其仿真操纵控制装置，飞机仿真座舱系统包括至少一个仿真操纵控制装置以及计算机子系统，仿真操纵控制装置包括盒体，各输入信号采集板和各控制信号输出板设置在盒体的内部，部分或全部信号输入器件、部分或全部控制信号执行器件和通讯接口布设在盒体上，各信号输入器件通过信号线连接对应的输入信号采集板，各控制信号执行器件通过信号线连接对应的控制信号输出板，各输入信号采集板和各控制信号输出板连接通讯接口。该仿真操纵控制装置集成化程度较高，无需再通过通讯线路将每一路信号与计算机子系统进行连接，降低了与计算机子系统之间的通讯线路的个数，优化了布线，适用于仿真座舱内十分有限的布线空间。

Description

一种飞机仿真座舱系统及其仿真操纵控制装置

技术领域

本发明涉及一种飞机仿真座舱系统及其仿真操纵控制装置。

背景技术

大中型飞机座舱内设备数量多、种类多；各类设备功能复杂、操作方式多样；分布广，遍布各个控制面板和操纵台。这就决定了仿真座舱系统需要控制的信号路数多、种类多。传统仿真操纵控制装置是将所有的功能板卡集中安装在计算机子系统内，仿真座舱内的各类设备控制线路均直接连接至计算机子系统。大中型飞机座舱若采用这种方案将遇到三个矛盾：1.需要的功能板卡数目多，功能板卡越多，工控机的负载就越大，接口处理的实时性就难以保障，况且，计算机子系统上的板卡插槽数目有限；2.每路信号需要直接连线到计算机子系统处，线路众多，布线比较混乱，集成化程度比较低，而仿真座舱内的布线空间十分有限，数据控制难以实现；3.采用并行信号线，整套系统繁琐臃肿，电磁兼容性差，信号经过长距离的传输信噪比会急剧下降并且相互干扰大，施工布线、维修维护也相当困难，严重影响系统的可靠性、稳定性和可扩展性等重要指标。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置，用以解决现有的仿真操纵控制装置的集成化程度比较低的问题。本发明还提供一种飞机仿真座舱系统，用以解决现有的飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置的集成化程度比较低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置，包括：

盒体；

至少一个信号输入器件；

至少一个控制信号执行器件；

至少一个、且与各信号输入器件相对应的用于接收对应信号输入器件的输出信号的输入信号采集板；

至少一个、且与各控制信号执行器件相对应的用于向对应控制信号执行器件输出控制信号的控制信号输出板；以及

用于连接外部设备的通讯接口；

各输入信号采集板和各控制信号输出板设置在所述盒体的内部，部分或全部信号输入器件、部分或全部控制信号执行器件和通讯接口布设在所述盒体上，各信号输入器件通过信号线连接对应的输入信号采集板，各控制信号执行器件通过信号线连接对应的控制信号输出板，各输入信号采集板和各控制信号输出板连接所述通讯接口。

仿真操纵控制装置包括盒体，相关的信号输入器件、控制信号执行器件以及通讯接口设置在盒体上，而输入信号采集板和控制信号输出板等功能板卡设置在盒体的内部，通过信号线将相关的功能板卡与对应的器件进行连接，构成仿真操纵控制装置，以模块化单元的思想设计了仿真操纵控制装置，仿真操纵控制装置作为一个整体。就仿真操纵控制装置而言，内部的连接线路均已经连接好，当与计算机子系统通讯连接时，只需通过通讯线路将仿真操纵控制装置的通讯接口与计算机子系统进行连接即可，无需再通过各种通讯线路将每一路功能板卡分别与计算机子系统进行连接，极大地降低了与计算机子系统之间的通讯线路的个数，优化了布线，提升了仿真操纵控制装置的集成化程度，降低线路设置复杂度，适用于仿真座舱内的十分有限的布线空间。而且，通过信号输入器件以及控制信号执行器件实现仿真操纵控制，提升了飞机仿真座舱系统的仿真模拟的可靠性和逼真性。

进一步地，为了降低仿真操纵控制装置内部的线路个数以及布线复杂度，提高通讯可靠性，所述通讯接口为总线接口，各输入信号采集板、各控制信号输出板和所述总线接口通过第一总线相连接。

进一步地，为了提高仿真操纵控制装置的集成化程度，各输入信号采集板和各控制信号输出板集成在一个数据采集与控制电路板上。

本发明还提供一种飞机仿真座舱系统，包括：

至少一个仿真操纵控制装置；以及

计算机子系统；

所述仿真操纵控制装置包括：

盒体；

至少一个信号输入器件；

至少一个控制信号执行器件；

至少一个、且与各信号输入器件相对应的用于接收对应信号输入器件的输出信号的输入信号采集板；

至少一个、且与各控制信号执行器件相对应的用于向对应控制信号执行器件输出控制信号的控制信号输出板；以及

通讯接口；

各输入信号采集板和各控制信号输出板设置在所述盒体的内部，部分或全部信号输入器件、部分或全部控制信号执行器件和通讯接口布设在所述盒体上，各信号输入器件通过信号线连接对应的输入信号采集板，各控制信号执行器件通过信号线连接对应的控制信号输出板，各输入信号采集板和各控制信号输出板连接所述通讯接口；所述计算机子系统与所述通讯接口通讯连接。

仿真操纵控制装置包括盒体，信号输入器件、控制信号执行器件以及通讯接口设置在盒体上，而输入信号采集板和控制信号输出板等功能板卡设置在盒体的内部，通过信号线将相关的功能板卡与对应的器件进行连接，构成仿真操纵控制装置，以模块化单元的思想设计了仿真操纵控制装置，仿真操纵控制装置作为一个整体。就仿真操纵控制装置而言，内部的连接线路均已经连接好，当与计算机子系统通讯连接时，只需通过通讯线路将仿真操纵控制装置的通讯接口与计算机子系统进行连接即可，无需再通过各种通讯线路将每一路功能板卡分别与计算机子系统进行连接，极大地降低了与计算机子系统之间的通讯线路的个数，优化了布线，提升了仿真操纵控制装置的集成化程度，降低线路设置复杂度，适用于仿真座舱内的十分有限的布线空间。而且，通过信号输入器件以及控制信号执行器件实现仿真操纵控制，提升了飞机仿真座舱系统的仿真模拟的可靠性和逼真性。而且，飞机仿真座舱系统具有方便扩展的优点，当某一仿真操纵控制装置出现故障时可直接更换，用时很短，操作简便，而且，当飞机设备升级后，仿真操纵控制装置更换至新设备的仿真操纵控制装置即可，因此，仿真操纵控制装置可以方便移植到不同飞机的仿真座舱，具有良好的应用前景。

进一步地，为了降低仿真操纵控制装置内部的线路个数以及布线复杂度，提高通讯可靠性，所述通讯接口为总线接口，各输入信号采集板、各控制信号输出板和所述总线接口通过第一总线相连接。

进一步地，为了提高仿真操纵控制装置的集成化程度，各输入信号采集板和各控制信号输出板集成在一个数据采集与控制电路板上。

进一步地，为了提高飞机仿真座舱系统的通讯可靠性，所述飞机仿真座舱系统还包括总线/以太网转换模块，所述计算机子系统的以太网通讯接口连接所述总线/以太网转换模块的以太网端，所述总线/以太网转换模块的总线端与所述总线接口通过第二总线相连接。

进一步地，为了提高飞机仿真座舱系统的仿真效果，所述计算机子系统包括控制计算机和仿真计算机，所述控制计算机和仿真计算机与所述通讯接口通讯连接。

进一步地，为了提高飞机仿真座舱系统的仿真效果，所述飞机仿真座舱系统还包括仿真显示屏，所述仿真计算机连接所述仿真显示屏。

附图说明

图1是本发明提供的飞机仿真座舱系统的结构原理图；

图2是本发明提供的飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置的结构原理图；

图3是本发明提供的飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置的面板图；

图4是本发明提供的音频通信控制电气连接原理图；

图3中，1为点阵屏，2为电位计，3为波段开关，4为按钮，5为信号灯。

具体实施方式

飞机仿真座舱系统实施例：

本实施例提供一种飞机仿真座舱系统，包括至少一个仿真操纵控制装置(本实施例中，将仿真操纵控制装置称为仿真控制盒)和计算机子系统。仿真控制盒适用于飞机维修训练模拟器或飞行模拟训练器。

各仿真控制盒一般设置在飞机仿真座舱内，由于通常的飞机仿真座舱内分布有前部仪表板、左侧操纵台、中央操纵台、右侧操纵台以及顶部操纵台。因此，该飞机仿真座舱系统包括的仿真控制盒有左侧操纵台仿真控制盒、中央操纵台仿真控制盒、右侧操纵台仿真控制盒以及顶部操纵台仿真控制盒，如图1所示。各个操纵台上的仿真控制盒的具体功能由操纵台确定，比如：实现发动机、自动飞行控制、电源、通信导航、燃油、照明、加温、除雾等功能的仿真控制盒。

仿真控制盒包括盒体，盒体上设置有面板，将其称为仿真模拟面板，仿真模拟面板上设置有两个区域，如图2所示，一个区域是信号输入器件区域，另一个是控制信号执行器件区域，信号输入器件区域上布设有至少一个信号输入器件，控制信号执行器件区域上布设有至少一个控制信号执行器件。其中，信号输入器件为能够通过操作输出相关信号的器件，比如按钮、开关、电位计等等，通过操作信号输入器件能够输出相关信号，而信号输入器件的具体个数以及具体种类根据实际情况，比如根据操纵台的具体位置进行确定；控制信号执行器件为能够执行相关控制信号的器件，比如在控制信号的作用下输出相应状态或者进行相应动作的器件，比如信号灯、数码管、仪表器件等等，而控制信号执行器件的具体个数以及具体种类根据实际情况，比如根据操纵台的具体位置进行确定。本实施例中，信号输入器件的个数为3个，分别是开关器件(即按钮、开关以及波段开关等)、编码器和电位计；控制信号执行器件为3个，分别是显示器件(即信号灯、数码管、点阵屏等)、磁电式仪表和步进电机驱动仪表。如图3所示，以部分器件为例给出仿真模拟面板的布置图，其中，1为点阵屏，2为电位计，3为波段开关，4为按钮，5为信号灯。

盒体内布设有输入信号采集板和控制信号输出板，其中，输入信号采集板的个数是至少一个，并且，各输入信号采集板与各信号输入器件一一对应，用于接收对应的信号输入器件的输出信号，本实施例中，输入信号采集板的个数为3个，分别为开关量信号采集板、编码器信号采集板和模拟量信号采集板，如图2所示，开关器件的信号输出端通过信号线连接开关量信号采集板，编码器的信号输出端通过信号线连接编码器信号采集板，电位计的信号输出端通过信号线连接模拟量信号采集板。控制信号输出板的个数是至少一个，并且，各控制信号输出板与各控制信号执行器件一一对应，用于向对应的控制信号执行器件输出控制信号，本实施例中，控制信号输出板的个数是3个，分别为开关量信号控制板、模拟量信号驱动板和步进电机控制板，如图2所示，开关量信号控制板输出连接显示器件，模拟量信号驱动板输出连接磁电式仪表，步进电机控制板输出连接步进电机驱动仪表。进一步地，为了提高仿真控制盒的集成化程度，各输入信号采集板和各控制信号输出板集成在一个数据采集与控制电路板上，因此，数据采集与控制电路板独立对仿真模拟面板上的各输入和输出信号进行采集和控制。

盒体上还设置有总线接口，用于通讯连接计算机子系统。该总线接口可以设置在上述仿真模拟面板上，还可以设置在盒体的其他面上。各输入信号采集板、各控制信号输出板以及总线接口通过第一总线相连接。采用总线接口能够提升通讯可靠性，还能够降低线路复杂度，当然，作为其他的实施方式，总线接口还可以替换为其他种类的通讯接口，那么，通讯接口的个数根据实际通讯特性进行设置，比如：需要两个通讯接口，一个通讯接口通过对应的通讯线路与各输入信号采集板通讯连接，另一个通讯接口通过对应的通讯线路与各控制信号输出板通讯连接。

为了提高飞机仿真座舱系统的通讯可靠性，飞机仿真座舱系统还包括总线/以太网转换模块，计算机子系统的以太网通讯接口连接该总线/以太网转换模块的以太网端，该总线/以太网转换模块的总线端与仿真控制盒的总线接口通过第二总线相连接。

为了提高飞机仿真座舱系统的仿真效果，计算机子系统包括两个计算机，分别是控制计算机和仿真计算机，控制计算机负责训练控制软件、系统自检软件以及数据采集控制软件的运行；仿真计算机负责座舱仿真软件的运行。那么，如图1所示，给出一种具体的连接关系，左侧操纵台仿真控制盒、中央操纵台仿真控制盒和右侧操纵台仿真控制盒通过总线连接第一总线/以太网转换模块的总线端，第一总线/以太网转换模块的以太网端连接交换机，顶部操纵台仿真控制盒通过第三总线连接第二总线/以太网转换模块的总线端，第二总线/以太网转换模块的以太网端连接交换机，交换机连接控制计算机和仿真计算机。

而且，为了提高仿真效果，飞机仿真座舱系统还包括仿真显示屏，该仿真显示屏为前部仪表板中的仪表板显示屏，仿真计算机通过显示适配器连接仪表板显示屏。

另外，在仿真座舱内还设置有驾驶杆操纵机构，如图1所示，驾驶杆操纵机构的杆舵位移信号通过数据采集模块输出到总线上。而且，飞机仿真座舱系统还可以包括音频输入、音频通信控制装置以及音响系统终端等设备，这一部分属于常规技术，一般情况下仿真座舱内均有涉及，因此，图4给出一种具体的音频通信控制装置电气连接原理图，将麦克风、扬声器等音频输入输出通道和音频电路连接，通信系统机内通话器仿真控制盒及其他相关设备上的电门、旋钮等控制信号不与音频电路相连接，而是与数据采集与控制电路板相连接。当操作人员操作相关电门、旋钮时，数据采集与控制电路板采集用户的操作信息并上传至控制计算机，控制计算机根据用户操作信息发出相应控制指令至音频电路，通过数字调节技术控制音频电路的通断和音量大小。因此，图4主要实现音响模拟、音频通道切换控制、音频信号音量控制、麦克信号放大、扬声器驱动等功能，是复杂的多通道输入、多通道输出的音频控制装置。

因此，仿真控制盒通过总线与总线/以太网转换模块互联，形成一个基于总线的数据传输网络。总线/以太网转换模块同时通过交换机相连，交换机和计算机子系统相连。当操作仿真模拟面板上的某个信号输入器件时，相应的仿真控制盒上的数据采集与控制电路板检测到相关信号并对信号进行编码，然后通过总线将编码传输至总线/以太网转换模块，对数据进行处理后将数据封装成IP包。该封装的IP包一方面通过交换机发送至控制计算机，控制计算机接收到数据后进行解码、计算，生成相应的控制信息并发送至相关器件；另一方面通过交换机发送至仿真计算机，仿真计算机接收到数据后进行解码、计算，驱动仪表显示屏上的显示画面实时更新，以达到模拟操纵后的真实效果，给用户身临其境的真实感。当需要对相关仿真控制盒的控制信号执行器件进行控制时，控制计算机首先将控制数据进行编码并封装成IP包，然后发送至总线/以太网转换模块，总线/以太网转换模块接收到数据后判断数据的目标仿真控制盒，并将数据发往相应地址的仿真控制盒，目标仿真控制盒上的数据采集与控制电路板接收到数据后进行解码并转换成控制信号，驱动仿真模拟面板上相应的控制信号执行器件运行。

上述实施例中，全部的信号输入器件和全部的控制信号执行器件布设在盒体上，作为其他的实施方式，如果有部分信号输入器件无法布设在盒体上的话，比如有些信号输入器件的体积较大，那么，这些信号输入器件就不布设在盒体上，以下给出一种处理方式：在盒体上设置接口，这些信号输入器件布设在盒体外，将接口与盒体外的信号输入器件通过连接线路进行连接；同理，如果有部分控制信号执行器件无法布设在盒体上的话，比如有些控制信号执行器件的体积较大，那么，这些控制信号执行器件就不布设在盒体上，以下给出一种处理方式：在盒体上设置接口，这些控制信号执行器件布设在盒体外，将接口与盒体外的控制信号执行器件通过连接线路进行连接。上述实施方式为：部分信号输入器件和部分控制信号执行器件布设在盒体上。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置实施例：

本实施例提供一种飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置，由于该仿真操纵控制装置在上述飞机仿真座舱系统实施例中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (9)

1.一种飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置，其特征在于，包括：

盒体；

至少一个信号输入器件；

至少一个控制信号执行器件；

至少一个、且与各信号输入器件相对应的用于接收对应信号输入器件的输出信号的输入信号采集板；

至少一个、且与各控制信号执行器件相对应的用于向对应控制信号执行器件输出控制信号的控制信号输出板；以及

用于连接外部设备的通讯接口；

各输入信号采集板和各控制信号输出板设置在所述盒体的内部，部分或全部信号输入器件、部分或全部控制信号执行器件和通讯接口布设在所述盒体上，各信号输入器件通过信号线连接对应的输入信号采集板，各控制信号执行器件通过信号线连接对应的控制信号输出板，各输入信号采集板和各控制信号输出板连接所述通讯接口。

2.根据权利要求1所述的飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置，其特征在于，所述通讯接口为总线接口，各输入信号采集板、各控制信号输出板和所述总线接口通过第一总线相连接。

3.根据权利要求1所述的飞机仿真座舱系统的仿真操纵控制装置，其特征在于，各输入信号采集板和各控制信号输出板集成在一个数据采集与控制电路板上。

4.一种飞机仿真座舱系统，其特征在于，包括：

至少一个仿真操纵控制装置；以及

计算机子系统；

所述仿真操纵控制装置包括：

盒体；

至少一个信号输入器件；

至少一个控制信号执行器件；

至少一个、且与各信号输入器件相对应的用于接收对应信号输入器件的输出信号的输入信号采集板；

至少一个、且与各控制信号执行器件相对应的用于向对应控制信号执行器件输出控制信号的控制信号输出板；以及

通讯接口；

各输入信号采集板和各控制信号输出板设置在所述盒体的内部，部分或全部信号输入器件、部分或全部控制信号执行器件和通讯接口布设在所述盒体上，各信号输入器件通过信号线连接对应的输入信号采集板，各控制信号执行器件通过信号线连接对应的控制信号输出板，各输入信号采集板和各控制信号输出板连接所述通讯接口；所述计算机子系统与所述通讯接口通讯连接。

5.根据权利要求4所述的飞机仿真座舱系统，其特征在于，所述通讯接口为总线接口，各输入信号采集板、各控制信号输出板和所述总线接口通过第一总线相连接。

6.根据权利要求4所述的飞机仿真座舱系统，其特征在于，各输入信号采集板和各控制信号输出板集成在一个数据采集与控制电路板上。

7.根据权利要求5所述的飞机仿真座舱系统，其特征在于，所述飞机仿真座舱系统还包括总线/以太网转换模块，所述计算机子系统的以太网通讯接口连接所述总线/以太网转换模块的以太网端，所述总线/以太网转换模块的总线端与所述总线接口通过第二总线相连接。

8.根据权利要求4或5所述的飞机仿真座舱系统，其特征在于，所述计算机子系统包括控制计算机和仿真计算机，所述控制计算机和仿真计算机与所述通讯接口通讯连接。

9.根据权利要求8所述的飞机仿真座舱系统，其特征在于，所述飞机仿真座舱系统还包括仿真显示屏，所述仿真计算机连接所述仿真显示屏。