CN113066316B - 一种多功能人机交互近地告警控制板装置及交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能人机交互近地告警控制板装置及交互方法，采用FPGA核心处理器实现近地告警控制板的按键扫描、指示灯控制、任务数据加载以及与近地告警计算机的通信，通过告警提示色块灯和告警按键指示灯闪烁的不同颜色，给飞行员不同危险程度的提示，确保飞行员能够及时看到告警提示进行危险规避；通过告警按键对告警进行抑制，以满足抑制告警的需求；通过功能模式按键可实现在不同模式之间的切换，提高飞行员对飞机飞行状态的了解；通过USB任务数据接口，实现任务数据的上传或飞行记录数据的下载；调节亮度旋钮，以满足不同环境下对控制板上字符亮度的显示需求，保障飞行员能够准确清晰的看到相应的告警、功能模式字符的显示。

Description

一种多功能人机交互近地告警控制板装置及交互方法

技术领域

本发明涉及机载安全设备和近地告警技术领域，可用于机载近地告警计算机告警信息的显示和控制，也可以为其它告警系统的显示和控制提供参考。

背景技术

近地告警设备是一种用于预防可控飞行撞地事故的安全设备，在飞机有撞地危险时为飞行员提供视觉、听觉和地形显示等提示信息，以提醒飞行员进行规避危险的操作。虽然语音提示也能够给飞行员提供告警提示，而机内环境嘈杂，必须戴耳机才能听清语音，相对于语音提示，灯光提示更加直接的表现出告警信息，并且人眼对灯光信息比语音更敏感。因此，一个具有良好人机交互功能的近地告警控制板十分重要，保证在飞机有撞地危险时飞行员能够及时看到告警提示，或者根据实际情况对告警进行抑制，以确保飞机和机组人员的安全。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多功能人机交互近地告警控制板装置及交互方法。为了在飞机有撞地危险时增强对飞行员的告警提示，本发明通过相应的告警指示灯，以不同颜色、不同闪烁频率，来给飞行员不同危险程度的提示，从而确保飞行员能够及时看到告警提示；通过告警按键对告警进行抑制，以满足抑制告警的需求；通过功能模式按键可实现在不同模式之间进行的切换，提高飞行员对飞机飞行状态的了解。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多功能人机交互近地告警控制板装置包括二次电源单元、处理器单元、同步接口单元、按键扫描接口单元、指示灯驱动单元、任务数据接口单元和背光调节单元。

二次电源单元使用DC/DC芯片，对外部输入的电源进行转换，输出不同的电压，为近地告警控制板内的处理器单元、同步接口单元、按键扫描接口单元、指示灯驱动单元和任务数据接口单元供电；处理器单元由FPGA核心处理器实现，按键扫描接口单元读取数据线上的电平变化，检测按键信息，并进行防抖处理后通过GPIO发送给处理器单元；处理器单元对按键信息是告警抑制还是功能模式切换进行确认，通过LvTTL串口将确认后的信息发送给同步接口单元；同步接口单元通过RS422总线将其发送给告警计算机，实现告警抑制和功能模式的切换；同步接口单元通过RS422总线接收告警计算机发送的指示灯亮灭控制信息，将控制信息通过LvTTL发送至处理器单元；处理器单元将指示灯亮灭控制信息经过确认后，通过GPIO发送给指示灯驱动单元，指示灯驱动单元通过电平控制完成对按键灯的亮灭显示控制；任务数据接口单元检测USB接口的设备插入，读取插入设备内的脚本，判断是进行任务数据的上传还是进行任务数据的下载，根据判断结果，通过USB接口将数据上传给处理器单元或从处理器单元将任务数据下载到插入设备内，此时处理器单元对应的进入到任务数据升级或下载工作模式；背光调节单元接收来自外部的固定电压照明电源，处理器单元通过检测外部亮度调节旋钮输出信号，通过PWM的脉宽调节改变背光调节单元中的有效电压，进而实现近地告警控制板的字符亮度调节。

一种多功能人机交互近地告警控制板装置的交互方法，具体包括以下步骤：

(1)交互式控制按键

在近地告警控制板设置交互式的控制按键实现各种告警的抑制以及各种功能模式的切换，具体实现为：

在有告警提示时，按压相应的告警按键抑制对应的告警；在近地告警设备实现相关功能模式切换时，通过按压相应的功能模式控制按键实现，在按压相应的按键后，按键扫描接口单元将检测到的按键信息发送给处理器单元，处理器单元对按键信息进行判断后，通过同步接口单元发送给告警计算机，实现告警抑制和功能模式的切换；

(2)多功能指示灯

在近地告警控制板上设置告警提示色块灯和按键的指示灯，告警提示色块灯指示近地告警不同的危险级别，按键的指示灯指示告警内容和所处的功能模式；

根据告警的危险程度，近地告警控制板上的告警提示色块灯表示告警级别，在有告警危险时控制色块灯闪烁，对飞行员进行危险提示，并且危险程度越高，色块灯闪烁频率越高，色块灯的颜色更醒目，危险程度由告警计算机界定后发送给控制板；处理器单元根据告警信息通过指示灯驱动单元实现色块灯的颜色和闪烁频率控制，也就是说由处理器单元解析告警的危险程度，然后再控制指示灯驱动单元实现电信号的转换；同步接口单元接收告警计算机发送的告警信息，并将告警信息发送给处理器单元，处理器单元根据告警信息通过指示灯控制单元实现色块灯的的颜色和闪烁频率控制。

交互式控制按键采用带指示灯的按键，在有告警时或按下功能模式切换按键时，对应的按键指示灯被点亮或熄灭，以指示当前的告警内容或所处的功能模式；

(3)任务数据加载功能

任务数据加载功能对于不同的飞行任务，通过USB任务数据接口，写入任务规划系统准备好的任务区域地形、机场数据，具体为：

通过USB任务数据接口，写入任务规划系统准备好的任务区域地形、机场数据，或下载飞行记录下的数据，任务数据接口单元检测USB接口是否有设备插入，将插入设备内的脚本进行读取，判断是进行任务数据的上传还是下载，根据判断结果，通过USB接口将数据上传给处理器单元或从处理器单元将任务数据下载到插入设备内，此时处理器单元进入对应的任务数据升级或下载工作模式；任务数据升级或下载成功后，近地告警计算机发送升级或下载成功指令给控制板，控制板接收到升级或下载成功指令后，清除缓存的数据，并退出对应的工作模式；

(4)字符亮度调节功能

字符亮度调节功能，飞行员手动调节亮度旋钮调节字符亮度，以满足不同飞行环境对字符的显示需求；

通过处理器单元通过检测外部亮度调节旋钮输出信号，实现PWM的脉宽调节改变背光调节单元中的有效电压，进而实现近地告警控制板的背光亮度调节。

本发明的有益效果在于提供一种多功能人机交互近地告警控制板装置及交互方法，采用FPGA核心处理器实现近地告警控制板的按键扫描、指示灯控制、任务数据加载以及与近地告警计算机的通信，通过告警提示色块灯和告警按键指示灯闪烁的不同颜色，给飞行员不同危险程度的提示，确保飞行员能够及时看到告警提示进行危险规避；通过告警按键对告警进行抑制，以满足抑制告警的需求；通过功能模式按键可实现在不同模式之间的切换，提高飞行员对飞机飞行状态的了解；通过USB任务数据接口，实现任务数据的上传或飞行记录数据的下载；调节亮度旋钮，以满足不同环境下对控制板上字符亮度的显示需求，保障飞行员能够准确清晰的看到相应的告警、功能模式字符的显示。

附图说明

图1是本发明近地告警控制板组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供了一种多功能人机交互近地告警控制板装置及方法，通过相应的告警灯，以不同颜色、不同闪烁频率来给飞行员不同危险程度的提示，并可通过按键对告警进行抑制，从而确保飞行员能够及时看到告警提示，保障了飞机和机组人员的安全。

(一)多功能人机交互近地告警控制板装置

参考图1，本发明一种多功能人机交互近地告警控制板装置包括：二次电源单元、处理器单元、同步接口单元、按键扫描接口单元、指示灯驱动单元、任务数据接口单元和背光调节单元。

二次电源单元使用DC/DC芯片，对外部输入的电源进行转换，输出不同的电压，给近地告警控制板内处理器单元、同步接口单元、按键扫描接口单元、指示灯驱动单元、任务数据接口单元供电；处理器单元由FPGA核心处理器实现，按键扫描单元读取数据线上的电平变化，以检测按键信息，并进行防抖处理后通过GPIO发送给处理器单元；处理器单元对按键信息是告警抑制还是功能模式切换进行确认，通过LvTTL串口将确认后的信息发送给同步接口单元；同步接口单元通过RS422总线将其发送给告警计算机，实现告警抑制和功能模式切换；同步接口单元通过RS422总线接收告警计算机发送的指示灯亮灭控制信息，将其通过LvTTL发送给处理器单元；处理器单元将指示灯亮灭控制信息经过确认后，通过GPIO发送给指示灯驱动单元，指示灯驱动单元通过电平控制完成对按键灯的亮灭显示控制；任务数据接口单元检测USB接口有设备插入，将插入设备内的脚本进行读取，判断是进行任务数据的上传还是进行任务数据的下载。根据判断结果，通过USB接口将数据上传给处理器单元或从处理器单元将任务数据下载到插入设备内，此时处理器单元进入到任务数据升级或下载工作模式；背光调节单元接收来自外部的固定电压照明电源，处理器单元通过检测外部亮度调节旋钮输出信号，实现PWM的脉宽调节来改变背光调节单元中的有效电压，进而实现近地告警控制板的字符亮度调节。

(二)多功能人机交互方法

本发明提供的多功能人机交互方法，具体包括以下步骤：

(1)交互式控制按键

本发明设计交互式的控制按键，实现各种告警的抑制，以及各种功能模式的切换。

在有告警提示时，可以按压相应的告警按键可抑制对应的告警，比如“地形”告警；在近地告警设备需要实现相关功能模式切换时，通过按压相应的功能模式控制按键实现，比如“地形/航图”显示模式的切换。在按压相应的按键后，按键扫描接口单元将检测到的按键信息发送给处理器单元，处理器单元对按键信息进行判断后，通过同步接口单元发送给告警计算机，实现告警抑制和功能模式的切换。

(2)多功能指示灯

本发明设计告警提示色块灯，以指示近地告警不同的危险级别，以及按键的指示灯，来指示告警内容和所处的功能模式。

根据告警的危险程度，设计近地告警控制板告警提示色块灯来表示告警级别。在有告警危险时控制色块灯闪烁，对飞行员进行危险提示，并且危险程度越高，色块灯闪烁频率越高，色块灯的颜色更醒目。比如将危险程度分为“注意级”和“警告级”，注意级色块灯为琥珀色，用来提示危险程度轻的注意级告警，闪烁频率为2Hz，“警告级”指示灯为红色，用来提示危险程度重的警告级告警,闪烁频率为1Hz。过程中，同步接口单元接收告警计算机发送的告警信息(包含告警内容和危险程度)，并将其发送给处理器单元，处理器单元根据告警信息通过指示灯控制单元实现色块灯的颜色和闪烁频率控制。

设计交互式控制按键，采用带指示灯的按键，在有告警时或按下功能模式切换按键时，对应的按键指示灯被点亮或熄灭，以指示当前的告警内容或所处的功能模式。比如在有“地形”告警时，告警计算机将告警信息发送给接口同步单元，接口同步单元将告警信息发送给处理器单元进行告警信息的确认，根据确认是“地形”告警，则通过指示灯驱动单元控制“地形”抑制按键灯闪烁，来提示有“地形”危险；在“地形/航图”显示模式切换按键指示灯熄灭时表示设备处于“地形”显示模式，点亮时表示设备处于“航图”模式。

(3)任务数据加载功能

参考图1，本发明设计了一个USB接口，实现任务数据加载功能。

本发明设计了任务数据加载功能，对于不同的飞行任务，可通过USB任务数据接口，写入任务规划系统准备好的任务区域地形、机场数据，或下载飞行记录下的数据。任务数据接口单元检测USB接口有设备插入，将插入设备内的脚本进行读取，判断是进行任务数据的上传还是进行任务数据的下载。根据判断结果，通过USB接口将数据上传给处理器单元或从处理器单元将任务数据下载到插入设备内，此时处理器单元进入到任务数据升级或下载工作模式。任务数据升级或下载成功后，近地告警计算机发送升级或下载成功指令给控制板，控制板接收到升级或下载成功指令后，清除缓存的数据，并退出对应的工作模式。

(4)字符亮度调节功能

本发明设计了字符亮度调节功能，通过处理器单元通过检测外部亮度调节旋钮输出信号，实现PWM的脉宽调节来改变背光调节单元中的有效电压，进而实现近地告警控制板的背光亮度调节。如可设置“+”方向为亮度变亮，“-”方向为亮度变暗。飞行员手动调节亮度旋钮来调节字符亮度，以满足不同飞行环境对字符显示的需求。

本发明提供一种多功能人机交互近地告警控制板方法，采用FPGA核心处理器实现近地告警控制板的按键扫描、指示灯控制、任务数据加载以及与近地告警计算机的通信，通过告警提示色块灯和告警按键指示灯闪烁的不同颜色，给飞行员不同危险程度的提示，确保飞行员能够及时看到告警提示进行危险规避；通过告警按键对告警进行抑制，以满足抑制告警的需求；通过功能模式按键可实现在不同模式之间的切换，提高飞行员对飞机飞行状态的了解；通过USB任务数据接口，实现任务数据的上传或飞行记录数据的下载；调节亮度旋钮，以满足不同环境下对控制板上字符亮度的显示需求，保障飞行员能够准确清晰的看到相应的告警、功能模式字符的显示。

Claims (2)

1.一种多功能人机交互近地告警控制板装置，包括二次电源单元、处理器单元、同步接口单元、按键扫描接口单元、指示灯驱动单元、任务数据接口单元和背光调节单元，其特征在于：

二次电源单元使用DC/DC芯片，对外部输入的电源进行转换，输出不同的电压，为近地告警控制板内的处理器单元、同步接口单元、按键扫描接口单元、指示灯驱动单元和任务数据接口单元供电；处理器单元由FPGA核心处理器实现，按键扫描接口单元读取数据线上的电平变化，检测按键信息，并进行防抖处理后通过GPIO发送给处理器单元；处理器单元对按键信息是告警抑制还是功能模式切换进行确认，通过LvTTL串口将确认后的信息发送给同步接口单元；同步接口单元通过RS422总线将其发送给告警计算机，实现告警抑制和功能模式的切换；同步接口单元通过RS422总线接收告警计算机发送的指示灯亮灭控制信息，将控制信息通过LvTTL串口发送至处理器单元；处理器单元将指示灯亮灭控制信息经过确认后，通过GPIO发送给指示灯驱动单元，指示灯驱动单元通过电平控制完成对按键灯的亮灭显示控制；任务数据接口单元检测USB接口的设备插入，读取插入设备内的脚本，判断是进行任务数据的上传还是进行任务数据的下载，根据判断结果，通过USB接口将数据上传给处理器单元或从处理器单元将任务数据下载到插入设备内，此时处理器单元对应的进入到任务数据升级或下载工作模式；背光调节单元接收来自外部的固定电压照明电源，处理器单元通过检测外部亮度调节旋钮输出信号，通过PWM的脉宽调节改变背光调节单元中的有效电压，进而实现近地告警控制板的字符亮度调节。

2.一种利用权利要求1所述多功能人机交互近地告警控制板装置的交互方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)交互式控制按键

在近地告警控制板设置交互式的控制按键实现各种告警的抑制以及各种功能模式的切换，具体实现为：

在有告警提示时，按压相应的告警按键抑制对应的告警；在近地告警设备实现相关功能模式切换时，通过按压相应的功能模式控制按键实现，在按压相应的按键后，按键扫描接口单元将检测到的按键信息发送给处理器单元，处理器单元对按键信息进行判断后，通过同步接口单元发送给告警计算机，实现告警抑制和功能模式的切换；

(2)多功能指示灯

在近地告警控制板上设置告警提示色块灯和按键的指示灯，告警提示色块灯指示近地告警不同的危险级别，按键的指示灯指示告警内容和所处的功能模式；

根据告警的危险程度，近地告警控制板上的告警提示色块灯表示告警级别，在有告警危险时控制色块灯闪烁，对飞行员进行危险提示，并且危险程度越高，色块灯闪烁频率越高，色块灯的颜色更醒目，危险程度由告警计算机界定后发送给控制板；处理器单元根据告警信息通过指示灯驱动单元实现色块灯的颜色和闪烁频率控制，也就是说由处理器单元解析告警的危险程度，然后再控制指示灯驱动单元实现电信号的转换；同步接口单元接收告警计算机发送的告警信息，并将告警信息发送给处理器单元，处理器单元根据告警信息通过指示灯控制单元实现色块灯的颜色和闪烁频率控制；

交互式控制按键采用带指示灯的按键，在有告警时或按下功能模式切换按键时，对应的按键指示灯被点亮或熄灭，以指示当前的告警内容或所处的功能模式；

(3)任务数据加载功能

任务数据加载功能对于不同的飞行任务，通过USB任务数据接口，写入任务规划系统准备好的任务区域地形、机场数据，具体为：

通过USB任务数据接口，写入任务规划系统准备好的任务区域地形、机场数据，或下载飞行记录下的数据，任务数据接口单元检测USB接口是否有设备插入，将插入设备内的脚本进行读取，判断是进行任务数据的上传还是下载，根据判断结果，通过USB接口将数据上传给处理器单元或从处理器单元将任务数据下载到插入设备内，此时处理器单元进入对应的任务数据升级或下载工作模式；任务数据升级或下载成功后，近地告警计算机发送升级或下载成功指令给控制板，控制板接收到升级或下载成功指令后，清除缓存的数据，并退出对应的工作模式；

(4)字符亮度调节功能

字符亮度调节功能，飞行员手动调节亮度旋钮调节字符亮度，以满足不同飞行环境对字符的显示需求；

通过处理器单元通过检测外部亮度调节旋钮输出信号，实现PWM的脉宽调节改变背光调节单元中的有效电压，进而实现近地告警控制板的背光亮度调节。

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