CN112463676A - 一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，包括：微处理器模块，用于存储和运行嵌入式软件，用于各个模块之间数据交互的控制及处理；与微处理器模块连接的还有以下模块：网络通信模块，串口通信模块，液晶显示模块，通用IO口，用于接口卡驱动或者连接扩展部件,脉宽调制PWM模块，DI模块，DO模块，以及AD模块。本发明，接口卡硬件架构统一，嵌入式软件采用了通用的系统层，还包括与不同种类的仿真设备一一对应的专属功能模块，仅需通过调整设备ID，即可便捷的完成对仿真设备种类的重新设定，操作简单，便于维护，提高了接口卡的通用性。

Description

一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡

技术领域

本发明涉及飞行模拟器座舱仿真设备技术领域，具体说是一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡。

背景技术

在飞行模拟器座舱中，安装有飞行模拟器座舱仿真设备(简称为仿真设备)，具体可划分为：

专门用于信号采集的仿真设备，例如触控仿真设备，供驾驶员完成对开关、旋钮、操纵杆等部件的操作；

专门用于信号显示(输出)的仿真设备，例如仪表盘仿真设备、显示屏仿真设备，供驾驶员了解当前飞行数据(位置、姿态、速度、高度、油量、报警)及视景信息；

同时用于信号采集和信号显示(输出)的仿真设备。

上述仿真设备虽然功能不同，但大都包括：

设备壳体，

安装在设备壳体上的设备面板，

安装在设备壳体内的接口卡，

接口卡设有用于连接电源的供电接口，以及用于连接设备面板的信号接口。

所述接口卡通常需要具备数据存储能力，目的是存储嵌入式软件，所述嵌入式软件针对不同的仿真设备而一对一的设计、开发，嵌入式软件写入接口卡后，配合接口卡实现相应仿真设备的仿真功能。因此，嵌入式软件需要有针对性的进行维护及保存，以避免接口卡写入错误的嵌入式软件导致与仿真设备不配套的问题。

不同的仿真设备包括一些共有功能模块，例如网络通讯模块，当针对共有功能模块的软件算法需要更新时，由于仿真设备一对一的配套嵌入式软件，这导致需要逐一的给每一种仿真设备进行修改，工作量大，操作繁琐。例如：

在一个飞行模拟器座舱中，共安装有十个仿真设备，这十个仿真设备可划分为五种仿真设备，当五种仿真设备的共有功能模块的软件算法需要更新时，需要逐一修改所述五种仿真设备对应的五种嵌入式软件。

另外，由于不同仿真设备的嵌入式软件不同，则写入嵌入式软件的接口卡也只针对于特定的仿真设备可用，这导致接口卡不能通用。即：

如果接口卡A写入了针对仿真设备A的嵌入式软件A，则该接口卡A仅可用于仿真设备A使用，而不能作为仿真设备B的接口卡B使用，除非在接口卡A中重新写入针对仿真设备B的嵌入式软件B。这就导致飞行模拟器在现场调试时，需要准备座舱内所有仿真设备内部的接口卡，确保任何一个仿真设备内部的接口卡出现故障时可以有相应的接口卡来替换。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，接口卡硬件架构统一，嵌入式软件采用了通用的系统层，还包括与不同种类的仿真设备一一对应的专属功能模块，仅需通过调整设备ID，即可便捷的完成对仿真设备种类的重新设定，操作简单，便于维护，提高了接口卡的通用性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，包括：

微处理器模块，用于存储和运行嵌入式软件，用于各个模块之间数据交互的控制及处理；

网络通信模块，与微处理器模块连接，用于建立接口卡与上位机之间的网络通信信道，用于接口卡和上位机进行网络通信；

串口通信模块，与微处理器模块连接，用于建立接口卡与上位机之间的串口通信信道，接口卡运行中的各种提示和调试信息，通过串口发送到上位机；

液晶显示模块，与微处理器模块连接，用于提供液晶显示屏连接接口，驱动外接液晶显示屏工作；

通用IO口，与微处理器模块连接，用于接口卡驱动或者连接扩展部件；

脉宽调制PWM模块，与微处理器模块连接，用于对外提供PWM信号输出接口；

DI模块，与微处理器模块连接，用于提供数字量输入接口；

DO模块，与微处理器模块连接，用于提供数字量输出接口；

AD模块，与微处理器模块连接，用于提供模拟量输入接口。

在上述技术方案的基础上，所述微处理器模块采用32位嵌入式微处理器模块；所述微处理器模块采用32位RISC性能处理器STM32F107。

在上述技术方案的基础上，所述PWM信号输出接口为座舱设备上的显示部件提供调光信号。

在上述技术方案的基础上，所述嵌入式软件，采用分层设计，包括：

嵌入式实时操作系统层，为通用的系统层，各种仿真设备均使用统一的系统层，提供任务调度与管理、内存管理、任务之间同步与通信、时间管理以及中断服务功能；

设备驱动层，用于提供网络通信模块、串口通信模块的设备驱动，用于嵌入式实时操作系统层与网络通信模块、串口通信模块之间的数据交互处理；

应用层支撑层，用于提供网页数据解析接口，提供网络协议栈接口，提供图形用户接口，用于嵌入式实时操作系统层与应用层之间的数据交互处理；

应用层，用于接口卡上各个功能模块的实现用于接口卡上各个功能模块的实现，其中：

通过网络协议栈接口，实现应用层中网络通信模块、参数设置模块、功能配置模块的网络通讯功能，

通过图形用户接口，实现应用层中各模块的用户交互界面功能，

通过网页数据解析接口，实现应用层中网络通信模块、参数设置模块、功能配置模块的参数设置功能；

专属功能模块，与不同种类的仿真设备一一对应，用于实现该种仿真设备的专有功能。

在上述技术方案的基础上，存储于微处理器模块的嵌入式软件包中包括模拟器座舱内全部种类的仿真设备的专属功能模块，

默认各个专属功能模块均处于非激活状态。

在上述技术方案的基础上，接口卡上电后，功能配置模块检测当前与接口卡连接的仿真设备的设备ID，确定仿真设备的种类，

功能配置模块根据仿真设备的种类，激活对应的一个或多个专属功能模块，并确保其余专属功能模块依然保持于非激活状态，

参数设置模块向用户提示接口卡上电后仿真的是哪个种类的仿真设备。

在上述技术方案的基础上，参数设置模块接收第一人工输入数据后，解析第一人工输入数据获取调整指令，根据调整指令对当前激活的一个或多个专属功能模块进行参数调整；

参数设置模块接收第二人工输入数据后，解析第二人工输入数据获取设备ID修改指令，根据设备ID修改指令对设备ID进行增删改操作。

在上述技术方案的基础上，接口卡关闭后首次上电，或者接口卡重新启动，都认为属于接口卡上电，需要功能配置模块检测当前与接口卡连接的仿真设备的设备ID，确定仿真设备的种类；

设备ID与不同种类的仿真设备一一对应，为非零值的数值，通过设备ID可唯一的确定仿真设备的种类。

在上述技术方案的基础上，设备ID通过参数设置模块以人工输入的方式获得，供功能配置模块检测，

或者，设备ID通过读取设备识别条码，查询设备识别条码与设备ID的对应关系解析，再通过参数设置模块以自动传入的方式获得，供功能配置模块检测，

或者，设备ID通过扫描二维码解析，再通过参数设置模块以自动传入的方式获得，供功能配置模块检测。

本发明所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，具有以下有益效果：接口卡硬件架构统一，嵌入式软件采用了通用的系统层，还包括与不同种类的仿真设备一一对应的专属功能模块，仅需通过调整设备ID，即可便捷的完成对仿真设备种类的重新设定，操作简单，便于维护，提高了接口卡的通用性。

本发明所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，可快速替换，不受其对应的仿真设备的限制，大大提高了通用性，可更高效的维护仿真设备，确保仿真设备的稳定性及可靠性。

本发明所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，采用了统一、标准的嵌入式软件，大大降低了嵌入式软件的开发、维护成本，提高了嵌入式软件的可靠性及稳定性，便于嵌入式软件的更新升级、便于日常维护，某一类仿真设备出现问题时，只需对专属功能模块进行相应的调试、维护，减少了算法纠错的复杂度。

附图说明

本发明有如下附图：

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1本发明所述飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡的电路框图。

图2本发明所述飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡的嵌入式软件架构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。所述详细说明，为结合本发明的示范性实施例做出的说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

如图1所示，本发明所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，包括：

微处理器模块，用于存储和运行嵌入式软件，用于各个模块之间数据交互的控制及处理；所述嵌入式软件以嵌入式软件包的形式写入微处理器模块；

作为可选择的实施方案之一，所述微处理器模块采用32位嵌入式微处理器模块；

作为可选择的实施方案之一，所述微处理器模块采用32位RISC性能处理器STM32F107，它是意法半导体推出的互连型微控制器，其上集成有256K程序存储区和64K数据存储器，可以满足工业、医疗、楼宇自动化等多种需求；

网络通信模块，与微处理器模块连接，用于建立接口卡与上位机之间的网络通信信道，用于接口卡和上位机进行网络通信；

串口通信模块，与微处理器模块连接，用于建立接口卡与上位机之间的串口通信信道，接口卡运行中的各种提示和调试信息，通过串口发送到上位机；

液晶显示模块，与微处理器模块连接，用于提供液晶显示屏连接接口，驱动外接液晶显示屏工作；

通用IO口，与微处理器模块连接，用于接口卡驱动或者连接扩展部件；

脉宽调制PWM模块，与微处理器模块连接，用于对外提供PWM信号输出接口；

所述PWM信号输出接口为座舱设备上的显示部件提供调光信号；

DI模块，与微处理器模块连接，用于提供数字量输入接口；

DO模块，与微处理器模块连接，用于提供数字量输出接口；

AD模块，与微处理器模块连接，用于提供模拟量输入接口。

在上述技术方案的基础上，所述嵌入式软件，采用分层设计，包括：

嵌入式实时操作系统层，为通用的系统层，各种仿真设备均使用统一的系统层，提供任务调度与管理、内存管理、任务之间同步与通信、时间管理以及中断服务功能；

设备驱动层，用于提供网络通信模块、串口通信模块的设备驱动，用于嵌入式实时操作系统层与网络通信模块、串口通信模块之间的数据交互处理；

应用层支撑层，用于提供网页数据解析接口，提供网络协议栈接口，提供图形用户接口，用于嵌入式实时操作系统层与应用层之间的数据交互处理；

应用层，用于接口卡上各个功能模块的实现用于接口卡上各个功能模块的实现，其中：

通过网络协议栈接口，实现应用层中网络通信模块、参数设置模块、功能配置模块的网络通讯功能，

通过图形用户接口，实现应用层中各模块的用户交互界面功能，

通过网页数据解析接口，实现应用层中网络通信模块、参数设置模块、功能配置模块的参数设置功能；

专属功能模块，与不同种类的仿真设备一一对应，用于实现该种仿真设备的专有功能。

在上述技术方案的基础上，存储于微处理器模块的嵌入式软件包中包括模拟器座舱内全部种类的仿真设备的专属功能模块，

默认各个专属功能模块均处于非激活状态。

在上述技术方案的基础上，接口卡上电后，功能配置模块检测当前与接口卡连接的仿真设备的设备ID，确定仿真设备的种类，

功能配置模块根据仿真设备的种类，激活对应的一个或多个专属功能模块，并确保其余专属功能模块依然保持于非激活状态，

参数设置模块向用户提示接口卡上电后仿真的是哪个种类的仿真设备。

在上述技术方案的基础上，参数设置模块接收第一人工输入数据后，解析第一人工输入数据获取调整指令，根据调整指令对当前激活的一个或多个专属功能模块进行参数调整；

参数设置模块接收第二人工输入数据后，解析第二人工输入数据获取设备ID修改指令，根据设备ID修改指令对设备ID进行增删改操作。

在上述技术方案的基础上，接口卡关闭后首次上电，或者接口卡重新启动，都认为属于接口卡上电，需要功能配置模块检测当前与接口卡连接的仿真设备的设备ID，确定仿真设备的种类；

设备ID与不同种类的仿真设备一一对应，为非零值的数值，通过设备ID可唯一的确定仿真设备的种类。

有多少种不同种类的仿真设备，则有多少个设备ID，如同身份证号码。

在上述技术方案的基础上，设备ID通过参数设置模块以人工输入的方式获得，供功能配置模块检测，

或者，设备ID通过读取设备识别条码，查询设备识别条码与设备ID的对应关系解析，再通过参数设置模块以自动传入的方式获得，供功能配置模块检测，

或者，设备ID通过扫描二维码解析，再通过参数设置模块以自动传入的方式获得，供功能配置模块检测。

以下为具体实施例。

开发人员仅需维护一份统一的嵌入式软件，所述嵌入式软件在仿真设备出厂时人工烧写到仿真设备内部的通用接口卡上。接口卡上电后，软硬件开始初始化，网络通信模块建立通信信道，功能配置模块读取设备ID，确认设备ID的有效性，并进一步根据设备ID确定仿真设备的种类，激活对应的一个或多个专属功能模块，所述设备ID可以由参数设置模块输入。

所述嵌入式软件的架构如图2所示，主要包括：通用的系统层，与不同种类的仿真设备一一对应的专属功能模块。例如：座舱内的仿真设备共有十个，分为三种仿真设备，则专属功能模块也有三种。

仿真设备的种类取决于其支持的功能：

仿真设备A的设备面板上有AD数据(由图1中的AD模块采集)和编码器数据(由图1中的通用IO模块采集)需要采集，同时需要点亮指示灯(由图1中的通用IO模块驱动)和使用液晶显示屏(由图1中的液晶显示模块驱动)进行数据显示；则仿真设备A为第一种仿真设备，需一个或多个专属功能模块；

仿真设备B的设备面板上有DI数据(由图1中的DI模块采集)和波段开关数据(由图1中的通用IO模块采集)需要采集，同时需要点亮设备面板上的数码显示管(由图1中的通用IO模块驱动)；则仿真设备B为第二种仿真设备，需一个或多个专属功能模块；

第一种仿真设备分配唯一对应的第一设备ID，

第二种仿真设备分配唯一对应的第二设备ID。

接口卡安装到仿真设备中后，通过写入对应的设备ID，激活对应的专属功能模块，实现相应的仿真设备的功能仿真。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.一种飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，包括：

微处理器模块，用于存储和运行嵌入式软件，用于各个模块之间数据交互的控制及处理；

网络通信模块，与微处理器模块连接，用于建立接口卡与上位机之间的网络通信信道，用于接口卡和上位机进行网络通信；

串口通信模块，与微处理器模块连接，用于建立接口卡与上位机之间的串口通信信道，接口卡运行中的各种提示和调试信息，通过串口发送到上位机；

液晶显示模块，与微处理器模块连接，用于提供液晶显示屏连接接口，驱动外接液晶显示屏工作；

通用IO口，与微处理器模块连接，用于接口卡驱动或者连接扩展部件；

脉宽调制PWM模块，与微处理器模块连接，用于对外提供PWM信号输出接口；

DI模块，与微处理器模块连接，用于提供数字量输入接口；

DO模块，与微处理器模块连接，用于提供数字量输出接口；

AD模块，与微处理器模块连接，用于提供模拟量输入接口。

2.如权利要求1所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，所述微处理器模块采用32位嵌入式微处理器模块；所述微处理器模块采用32位RISC性能处理器STM32F107。

3.如权利要求1所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，所述PWM信号输出接口为座舱设备上的显示部件提供调光信号。

4.如权利要求1所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，所述嵌入式软件，采用分层设计，包括：

嵌入式实时操作系统层，为通用的系统层，各种仿真设备均使用统一的系统层，提供任务调度与管理、内存管理、任务之间同步与通信、时间管理以及中断服务功能；

设备驱动层，用于提供网络通信模块、串口通信模块的设备驱动，用于嵌入式实时操作系统层与网络通信模块、串口通信模块之间的数据交互处理；

应用层支撑层，用于提供网页数据解析接口，提供网络协议栈接口，提供图形用户接口，用于嵌入式实时操作系统层与应用层之间的数据交互处理；

应用层，用于接口卡上各个功能模块的实现用于接口卡上各个功能模块的实现，其中：

通过网络协议栈接口，实现应用层中网络通信模块、参数设置模块、功能配置模块的网络通讯功能，

通过图形用户接口，实现应用层中各模块的用户交互界面功能，

通过网页数据解析接口，实现应用层中网络通信模块、参数设置模块、功能配置模块的参数设置功能；

专属功能模块，与不同种类的仿真设备一一对应，用于实现该种仿真设备的专有功能。

5.如权利要求4所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，存储于微处理器模块的嵌入式软件包中包括模拟器座舱内全部种类的仿真设备的专属功能模块，

默认各个专属功能模块均处于非激活状态。

6.如权利要求4所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，接口卡上电后，功能配置模块检测当前与接口卡连接的仿真设备的设备ID，确定仿真设备的种类，

功能配置模块根据仿真设备的种类，激活对应的一个或多个专属功能模块，并确保其余专属功能模块依然保持于非激活状态，

参数设置模块向用户提示接口卡上电后仿真的是哪个种类的仿真设备。

7.如权利要求6所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，参数设置模块接收第一人工输入数据后，解析第一人工输入数据获取调整指令，根据调整指令对当前激活的一个或多个专属功能模块进行参数调整；

参数设置模块接收第二人工输入数据后，解析第二人工输入数据获取设备ID修改指令，根据设备ID修改指令对设备ID进行增删改操作。

8.如权利要求6所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，接口卡关闭后首次上电，或者接口卡重新启动，都认为属于接口卡上电，需要功能配置模块检测当前与接口卡连接的仿真设备的设备ID，确定仿真设备的种类；

设备ID与不同种类的仿真设备一一对应，为非零值的数值，通过设备ID可唯一的确定仿真设备的种类。

9.如权利要求6所述的飞行模拟器座舱仿真设备的通用接口卡，其特征在于，设备ID通过参数设置模块以人工输入的方式获得，供功能配置模块检测，

或者，设备ID通过读取设备识别条码，查询设备识别条码与设备ID的对应关系解析，再通过参数设置模块以自动传入的方式获得，供功能配置模块检测，

或者，设备ID通过扫描二维码解析，再通过参数设置模块以自动传入的方式获得，供功能配置模块检测。

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