某型平臺(tái)羅經(jīng)訓(xùn)練模擬器的設(shè)計(jì)

平臺(tái)羅經(jīng)擔(dān)負(fù)著為艦艇上導(dǎo)彈、作戰(zhàn)指揮等系統(tǒng)提供航向、姿態(tài)及位置等信息的重要任務(wù)，一旦失效，將直接影響艦艇航行安全及其戰(zhàn)斗效能的發(fā)揮。平臺(tái)羅經(jīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且涉及多學(xué)科知識(shí)，維護(hù)使用人員只有經(jīng)過專門培訓(xùn)才能勝任故障定位、排除以及裝備等日常維護(hù)工作。由于受經(jīng)費(fèi)、生產(chǎn)能力等客觀條件制約，以及訓(xùn)練內(nèi)容、形式有限，實(shí)裝訓(xùn)練不能完全滿足訓(xùn)練需求。
為了提高使用人員的操作技能和維護(hù)保養(yǎng)水平，本文設(shè)計(jì)了平臺(tái)羅經(jīng)訓(xùn)練模擬器，研制成本僅約為實(shí)裝的十分之一，而且可以設(shè)定多種工作方式和工作環(huán)境，提高了訓(xùn)練效果，具有顯著的軍事意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 系統(tǒng)組成及功能
平臺(tái)羅經(jīng)維修訓(xùn)練模擬器以“硬模擬與軟模擬結(jié)合，硬模擬為主”為基本原則，設(shè)計(jì)一個(gè)操作實(shí)踐平臺(tái)即學(xué)員操作臺(tái)和一個(gè)控制與演示平臺(tái)即教員控制臺(tái)。
其中學(xué)員操作臺(tái)利用“硬模擬”的直觀性，為受訓(xùn)人員發(fā)現(xiàn)、分析、排除故障提供一種動(dòng)手上機(jī)實(shí)踐的環(huán)境。學(xué)員操作臺(tái)以1：1比例模擬平臺(tái)羅經(jīng)系統(tǒng)電子機(jī)柜，其外觀及維修操作控制與實(shí)裝完全一致，具有模擬實(shí)裝操作的功能。由單片機(jī)、CH452L、8255A組成的硬件電路完成其功能。
教員控制臺(tái)接收來自學(xué)員操作臺(tái)的操作信息，具有設(shè)置、記錄、提示、報(bào)警等功能。此外，教員控制臺(tái)利用“軟模擬”的適應(yīng)性，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有效地節(jié)省模擬器的研制成本，在提高通用性的同時(shí)拓展其模擬功能。該系統(tǒng)以VB6．0和SQL 2000為軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想和數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)設(shè)計(jì)。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 電路總體結(jié)構(gòu)
為正確模擬平臺(tái)羅經(jīng)系統(tǒng)操作控制面板，設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的控制與顯示電路。該電路接收來自控制計(jì)算機(jī)的控制字與數(shù)據(jù)，顯示相應(yīng)的信息，并采集按鍵狀態(tài)，反饋至計(jì)算機(jī)。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該電路實(shí)現(xiàn)的功能：
1)通過MAX232，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的串口通信，傳遞控制命令與數(shù)據(jù)；
2)基于CH452L可驅(qū)動(dòng)8個(gè)數(shù)碼管或64個(gè)發(fā)光二極管的功能，采用3片CH452L并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)1片單片機(jī)驅(qū)動(dòng)18個(gè)數(shù)碼管與54個(gè)發(fā)光二極管，顯示來自計(jì)算機(jī)的相應(yīng)數(shù)據(jù)；
3)通過光耦隔離芯片TLP521-1，控制蜂鳴器的工作狀態(tài)；蜂鳴器采用12 V直流電源供電，單片機(jī)控制電路為5 V直流電源供電；
4)通過8255A采集模擬器按鍵開關(guān)狀態(tài)，傳遞至計(jì)算機(jī)。
2．2 電路模塊化設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要由通信模塊、數(shù)碼管(指示燈)顯示模塊組成。
2．2．1 通信模塊設(shè)計(jì)
本文中89C51單片機(jī)與PC機(jī)通過串口進(jìn)行通信。89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程全雙工串行通信接口(BXD、PAD)，具有UART的全部功能。該接口電路能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，一般情況下只要通過TXD、RXD和GND 3條線連接就可以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的串行通信。由于PC機(jī)的串行口是RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口，其電平采用的是EIA電平，而單片機(jī)要求的是TTL電平，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，還需要將單片機(jī)的串行接口的電平轉(zhuǎn)換成RS-232電平標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)選用MAXIM公司生產(chǎn)的專用芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，MAX232芯片具有集成度高，內(nèi)置了電壓倍增電路及負(fù)電源電路，單+5 V電源工作，只需外接5個(gè)容量為0. 1～1μF的小電容，即可完成兩路RS-232與TTL之間電平轉(zhuǎn)換，其連接圖如圖2所示。