無人機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張?zhí)K英　金吉　杜雪等

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)無人機(jī)飛控系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)與診斷系統(tǒng)人機(jī)交互界面沉悶老舊、自動(dòng)化程度低等問題，設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)監(jiān)控的多窗口的人機(jī)交互界面，該界面設(shè)計(jì)采用模塊化的思想，將飛參檢測(cè)、故障報(bào)警、飛機(jī)3D模擬、飛參曲線等多項(xiàng)內(nèi)容同屏顯示，使地面維護(hù)人員更為直觀的了解無人機(jī)飛行狀態(tài)，減少了無人機(jī)檢測(cè)與診斷對(duì)人的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平的依賴，更具通用性和標(biāo)準(zhǔn)性。

關(guān)鍵詞：專家系統(tǒng)；無人機(jī)；檢測(cè)與診斷系統(tǒng)；人機(jī)交互界面；飛機(jī)3D模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.105

現(xiàn)階段，隨著自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)的更新?lián)Q代與不斷發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展儀器所需協(xié)議、命令和語言等內(nèi)容，以及高速的輸入/輸出和可靠的測(cè)試功能，有效的滿足了各類市場(chǎng)的測(cè)試需求。但是，從界面設(shè)計(jì)角度來看，傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面大都采用純數(shù)字和代碼的羅列式輸出，人機(jī)交互界面沉悶老舊、自動(dòng)化程度低，檢測(cè)結(jié)果多依賴于人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，不具有通用性和標(biāo)準(zhǔn)性。

針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)一種多窗口的友好的人機(jī)交互界面是十分重要的。

該設(shè)計(jì)應(yīng)該具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）用簡(jiǎn)明圖標(biāo)代替冗長的文字表達(dá)，合理布局各功能模塊，增加軟件界面功能的可辨識(shí)性；（2）人性化的檢測(cè)操作方法，減少檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)人員技術(shù)能力等因素的依賴；（3）對(duì)界面色彩、鏈接方式等進(jìn)行整體化設(shè)計(jì)，形成友好的人機(jī)交互界面。

1飛控系統(tǒng)的檢測(cè)與診斷系統(tǒng)

該飛控系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)與診斷系統(tǒng)是針對(duì)于某電動(dòng)型無人機(jī)為檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本系統(tǒng)由檢測(cè)部分、分析部分和故障診斷等三部分構(gòu)成，如圖1所示。

系統(tǒng)檢測(cè)部分主要用于無人機(jī)各個(gè)參數(shù)的檢測(cè)，其中檢測(cè)的主要方向分為姿態(tài)系統(tǒng)檢測(cè)、位置系統(tǒng)測(cè)量、動(dòng)力系統(tǒng)檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)。

系統(tǒng)分析部分主要包括姿態(tài)分析、位置分析、動(dòng)力分析和執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析。姿態(tài)分析主要通過陀螺儀傳感器測(cè)量的角速度、加速度計(jì)傳感器測(cè)量的加速度和測(cè)力計(jì)測(cè)量的地磁場(chǎng)信息，進(jìn)行飛行器姿態(tài)解算。位置系統(tǒng)主要通過GPS位置信息和氣壓的高度信息進(jìn)行測(cè)量無人機(jī)的空間位置坐標(biāo)。動(dòng)力分析主要是通過AD轉(zhuǎn)換器采集無人機(jī)機(jī)載蓄電池的相關(guān)參數(shù)，主要包含電壓、電量等參數(shù)，同時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。執(zhí)行分析主要分析舵機(jī)接受到的PPM波形是不是正確和獲取波形的占空比信息。通過PC機(jī)進(jìn)行參數(shù)分析和計(jì)算，可以基本檢測(cè)到無人機(jī)的各個(gè)參數(shù)，確保地面人員能夠?qū)o人機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。

2系統(tǒng)的軟件界面設(shè)計(jì)

飛控系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)與診斷系統(tǒng)界面應(yīng)用軟件采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件界面分為四個(gè)功能模塊：基本收發(fā)、數(shù)據(jù)波形、飛控狀態(tài)和程序設(shè)置。以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的不同功能。

（1）基本收發(fā)模塊?；臼瞻l(fā)主要用于接收飛控傳送的基本數(shù)據(jù)，用于基本數(shù)據(jù)的檢測(cè)，軟件分為五個(gè)通道接收數(shù)據(jù)，并且具有數(shù)據(jù)解析和校驗(yàn)功能。

（2）數(shù)據(jù)波形模塊。軟件數(shù)據(jù)波形界面主要用于顯示飛行器關(guān)鍵參數(shù)的波形，其中主要顯示的內(nèi)容包括姿態(tài)歐拉角參數(shù)、氣壓計(jì)高度信號(hào)、電壓電流信號(hào)、旋漿轉(zhuǎn)速信號(hào)等飛行器控制中心的核心參數(shù)。波形的繪制可便于地面操作人員觀察數(shù)據(jù)的走向和參數(shù)的變化，軟件通過將各類數(shù)據(jù)曲線設(shè)置不同顏色，并添加勾選項(xiàng)目，可實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)于不同參數(shù)曲線的觀測(cè)和對(duì)比。

（3）飛控狀態(tài)模塊。飛控狀態(tài)模塊是該軟件的主要功能模塊，該模塊主要由飛行狀態(tài)3D模型、位置信號(hào)儀表盤、飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示、舵機(jī)控制信號(hào)條形框和狀態(tài)診斷文本框構(gòu)成。

①飛控狀態(tài)3D模型，通過將飛機(jī)傳送的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行解算，并通過3D模型進(jìn)行輸出演示，對(duì)飛機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行仿真模擬；②位置信號(hào)儀表盤，模擬無人機(jī)機(jī)體視角，直觀觀察飛機(jī)飛行的位置變化；③飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示，將各類傳感器等儀表信息以數(shù)字形式顯示于該模塊中，檢測(cè)并輸出飛行參數(shù)；④舵機(jī)控制信號(hào)條形框，將各個(gè)舵機(jī)獲取的PWM波形的占空比信息進(jìn)行顯示；⑤狀態(tài)診斷文本框，利用專家診斷算法采用逐條比對(duì)和交叉比對(duì)算法進(jìn)行故障匹配，故障參數(shù)超出正常范圍則觸發(fā)報(bào)警燈。

（4）程序設(shè)置模塊。程序設(shè)置界面主要是用于軟件本身狀態(tài)的設(shè)置和與無人機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，主要包括傳輸?shù)牟ㄌ芈省?shù)據(jù)格式、通信協(xié)議等。

3結(jié)論

本文首先介紹了無人機(jī)及其檢測(cè)系統(tǒng)的背景和發(fā)展現(xiàn)狀，并針對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)人機(jī)交互界面存在的問題，提出了以模塊化的思想設(shè)計(jì)的，具有多窗口的人機(jī)交互界面的自動(dòng)檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)將飛參檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示輸出，讀取數(shù)據(jù)更為方便直觀；設(shè)立了故障診斷模塊，進(jìn)行故障的實(shí)時(shí)定位與報(bào)警，規(guī)避了因人為判斷故障存在誤差的風(fēng)險(xiǎn)；繪制了3D飛機(jī)模型，直觀形象的模擬飛機(jī)實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)；繪制飛參曲線，以便于地面維護(hù)人員捕捉不穩(wěn)定參數(shù)。該系統(tǒng)已經(jīng)逐步在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用，用戶反饋，本系統(tǒng)對(duì)飛行器參數(shù)檢測(cè)和診斷具有有效性，本系統(tǒng)的人機(jī)交互界面較大程度的提高了系統(tǒng)的檢測(cè)效率。