張倞賓

（西安市航天中學(xué),西安 710100）

1 引言

模擬飛行是依托計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)環(huán)境，進(jìn)行近似于真實(shí)的真飛機(jī)的仿真飛行操作技術(shù)的運(yùn)動(dòng)。高度仿真和互動(dòng)性強(qiáng)是模擬飛行最顯著的特點(diǎn)。模擬飛行和真實(shí)飛行的基礎(chǔ)訓(xùn)練具有融通性，是進(jìn)行真實(shí)飛行基礎(chǔ)訓(xùn)練的最好途徑；同時(shí)隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，大量不同用途的無(wú)人飛機(jī)開(kāi)始在軍事、搜救、探測(cè)等領(lǐng)域廣泛使用，而無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)與飛行模擬系統(tǒng)具有高度的相似性，可以直接使用模擬飛行系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)控制人員進(jìn)行培訓(xùn)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，目前臺(tái)式計(jì)算機(jī)的性能足以跟當(dāng)初的大中型機(jī)媲美，使得開(kāi)發(fā)低成本模擬系統(tǒng)成為可能，《微軟模擬飛行》和《X飛機(jī)》等飛行模擬軟件經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，可用于飛行訓(xùn)練的輔助工具，成為眾多專業(yè)和業(yè)余飛行員的桌面必備軟件。硬件和軟件兩方面的成熟，使飛行模擬可以進(jìn)入學(xué)?；蚣彝?，引導(dǎo)更多的青少年投身航空事業(yè)，普及航空知識(shí)，為國(guó)家儲(chǔ)備更多的航空人才。

由于飛行運(yùn)動(dòng)本身的復(fù)雜性和專業(yè)性，飛行模擬在我國(guó)仍是小眾運(yùn)動(dòng)，相關(guān)的專業(yè)顯示、控制設(shè)備種類少、價(jià)格高昂，阻礙了飛行模擬運(yùn)動(dòng)的推廣和普及?；趩纹瑱C(jī)，開(kāi)發(fā)了飛行模擬控制板，將開(kāi)關(guān)信號(hào)、電位信號(hào)等通過(guò)USB接口輸入計(jì)算機(jī)設(shè)備，通過(guò)鍵位映射軟件轉(zhuǎn)化為飛行模擬軟件可以識(shí)別的鍵位信號(hào)，將飛行模擬軟件與控制板設(shè)備硬件對(duì)接，將飛行模擬設(shè)備座艙化，大大提高了飛行模擬體驗(yàn)和真實(shí)性，具有成本低、模擬效果好等特點(diǎn)。

2 飛行模擬控制板的硬件組成和制作

飛行模擬控制板的硬件部分主要由面板、按鈕、電位器、航空插頭、單片機(jī)等部分組成。

面板采用不銹鋼板或亞克力板制作，主要作用是支撐和安裝各個(gè)按鈕、電位器、單片機(jī)及插頭等硬件設(shè)備。面板長(zhǎng)度50cm，寬度16cm，模仿小型飛機(jī)的控制面板形狀，增加外觀真實(shí)性。根據(jù)按鈕類型將面板分為幾個(gè)區(qū)域，分別用于安裝各類開(kāi)關(guān)、單片機(jī)、電位器和插頭等。如圖1所示為飛行模擬控制面板設(shè)計(jì)圖。

按鈕主要包括選擇開(kāi)關(guān)、扭子開(kāi)關(guān)和自鎖開(kāi)關(guān)，均為常見(jiàn)的工業(yè)按鈕，也是真實(shí)飛機(jī)座艙內(nèi)最常見(jiàn)的按鈕形式。圖2、圖3所示為安裝按鈕后的飛行模擬控制板模型圖。

飛行模擬控制面板采用基于單片機(jī)控制，為一種常見(jiàn)的高性能、低功耗位處理器，可運(yùn)行131條指令，內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率，成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。

將芯片與USB接口、電阻、電容等元件固定在電路板上，并寫(xiě)入控制程序，實(shí)現(xiàn)按鈕開(kāi)關(guān)量及電位信號(hào)輸入。圖4所示為飛行模擬控制面板的控制單片機(jī)，單片機(jī)輸入接頭采用標(biāo)準(zhǔn)2.54mm間距插針，可使用杜邦線快速連接和測(cè)試。圖5為單片機(jī)輸入接口定義，該飛行模擬控制面板可實(shí)現(xiàn)32路開(kāi)關(guān)信號(hào)及8路電位信號(hào)的輸入和識(shí)別。

飛行模擬控制面板安裝有18個(gè)開(kāi)關(guān)（每個(gè)選擇開(kāi)關(guān)相當(dāng)于兩個(gè)開(kāi)關(guān)）和一個(gè)電位器，通過(guò)航空插頭將剩余的通道引出，以便連接其他擴(kuò)展輸入設(shè)備，如油門、腳舵等。圖6為接線后的飛行模擬控制面板。

3 飛行模擬控制板的調(diào)試

3.1 硬件調(diào)試

硬件調(diào)試主要是對(duì)單片機(jī)控制回路及外圍電路進(jìn)行調(diào)試，單片機(jī)控制回路的調(diào)試主要涉及芯片的測(cè)試、各個(gè)開(kāi)關(guān)及電位器的導(dǎo)通等。調(diào)試方法是在電路輸入端加上標(biāo)準(zhǔn)電壓，然后通過(guò)萬(wàn)用表觀測(cè)電路中特定點(diǎn)處的電壓值是否正確。

3.2 軟件調(diào)試

本次軟件設(shè)計(jì)采用了專門用于開(kāi)發(fā)單片機(jī)和微處理器系統(tǒng)軟件及應(yīng)用軟件的高級(jí)語(yǔ)言軟件。調(diào)試主要涉及對(duì)編寫(xiě)的程序所進(jìn)行的編譯工作，通過(guò)軟件調(diào)試成功。

4 飛行模擬控制板的安裝和使用

飛行模擬控制板制作完成后，使用卡箍將面板固定支架與飛行模擬設(shè)備連接固定。如圖7所示，將模擬控制板安裝在顯示器正下方，形成模擬座艙效果。固定后使用USB信號(hào)線將單片機(jī)輸出USB接口與計(jì)算機(jī)USB接口對(duì)接。在Windows系統(tǒng)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別飛行模擬控制板硬件設(shè)備，可以在控制器界面對(duì)飛行模擬控制板進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)。

飛行模擬控制板的輸入的連續(xù)信號(hào)，通過(guò)鍵位映射軟件轉(zhuǎn)變?yōu)殒I盤上某個(gè)鍵位或組合鍵的單次脈沖信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)飛行模擬控制板開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)飛行模擬軟件相應(yīng)功能，如起落架收/放、航行燈開(kāi)啟/關(guān)閉、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/關(guān)閉、武器切換/投射、電子設(shè)備開(kāi)關(guān)等功能的控制，大幅提高了飛行模擬的真實(shí)感。

5 總結(jié)

飛行模擬控制板采用基于芯片的單片機(jī)控制，將開(kāi)關(guān)信號(hào)和電位信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，并通過(guò)鍵位映射軟件，實(shí)現(xiàn)了控制板按鈕、電位器對(duì)飛行模擬軟件相應(yīng)功能的控制，實(shí)現(xiàn)了飛行模擬設(shè)備座艙化。該控制板具有成本低、模擬效果好等特點(diǎn)，可以通過(guò)航空插頭連接其他擴(kuò)展設(shè)備，大幅提高了飛行模擬的真實(shí)感和訓(xùn)練效果。

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