某型机载导弹发射装置检查仪人机界面设计

庞 潇

(中国空空导弹研究院 主机配套部，河南 洛阳 471000)



某型机载导弹发射装置检查仪人机界面设计

庞 潇

(中国空空导弹研究院 主机配套部，河南 洛阳 471000)

载机挂弹前，发射装置检查仪用于对载机导弹发射控制电路进行通电检查。目前已装备的检查仪多采用机身搭载单一显示器和辅助按键的人机界面。测试中，飞机与检查仪控制权分别在飞机座舱和地面检查仪两处，存在两方沟通多、测试效率低的问题。文中设计了一种主机带双显示器的检查仪人机界面，在保证地面机务正常观察测试信息的同时，将检查仪的控制权集中于座舱机务，减少了测试中必须交流的信息，提高了测试效率。

人机界面；双显示器；触摸屏；显示电缆

某型机载导弹发射装置检查仪的功能是：模拟某型导弹，测试某型飞机及发射装置的导弹发射控制电路。在飞机挂装导弹执行任务前，机务人员须使用检查仪对飞机进行通电测试，确保飞机的导弹发射控制电路功能、性能正常[1]。

检查仪的典型使用场景如图1所示，飞机停放于停机坪，检查仪放置于机翼下某挂点的发射装置下方。测试时，需至少A、B两个机务配合完成：A机务位于座舱，操作飞机控制按钮，执行导弹加载到发射的控制流程；B机务位于地面，一是观察和操作检查仪，二是配合座舱操作飞机某些地面控制装置[2-3]。AB机务应默契配合：A机务应及时指示B机务，何时操作检查仪或飞机地面控制装置；而B机务也应及时反馈检查仪显示屏的提示信息。

图1 检查仪使用场景示意图

前述测试场景的问题是：已有型号检查仪的显示器和按钮等均搭载于机箱上，操作必须在地面机务接受座舱机务指令后完成；而座舱机务要及时了解检查仪的提示信息，须由地面机务上报信息。测试中座舱与地面反复交流，对配合要求高，容易出错且效率较低。

同时，座舱和地面机务在测试中采用口头交流，存在以下问题：(1)某型飞机座舱与机翼下方直线距离在5～8 m，距离远且地面电源车和空调车噪声较大，导致直接交流困难；(2)若借助对讲机，同样也受噪声影响，且对讲机在很多保密严格的场合被禁用。交流的不便会进一步降低测试效率。

1 设计方案

针对上述问题，本文设计了检查仪主机配双显示器的人机界面方案，可减少测试中座舱与地面的沟通环节，将主要操作均集中于座舱，提高测试效率。

为某型检查仪配套主、辅显示器各一个，主显示器置于飞机座舱，为手持显示器，自带触摸屏和辅助按键，使座舱机务可在操作飞机按钮的同时，观察测试进度并操作检查仪；辅显示器嵌于机箱上方，保证地面机务及时查看测试进程，执行辅助操作。检查仪人机界面的示意图如图2所示。

图2 人机界面示意图

1.1 显示器设计

双显示器方案中，主显示器用于座舱，保证机务可在座舱内操作检查仪并观察测试结果；辅显示器用于地面，用于地面机务了解测试进程。

主显示器[4]设计考虑使用效果、安全可靠且接口简单实用。(1)使用效果。主显示器搭载8英寸液晶触摸屏。8英寸为便携平板电脑的主流尺寸，在保证便携的前提下，可较丰富的显示测试信息。配置触摸屏后，将检查仪的大部分控制按钮设置为软按钮，保证显示器的屏幕占比在80%以上；(2)安全可靠。在显示器的四角设计包角，降低跌落造成的碎屏风险；左上角设计腕带，可挂在机务手腕，减少跌落的可能；背部设计自粘带，可将左手固定于显示器背部，既解放右手方便操作，又解决了座舱内显示器无处放置的问题；(3)接口简单。主显示器与显示电缆间仅设置一个接口，用于传输28 V供电、VGA、USB等信号。其中，28 V为显示器电源，用于内部电路供电和显示屏低温加热；VGA信号用于显示；触摸屏信号和按键信号均转换为USB信号传至检查仪。接口选用J29A系列25针微矩形连接器，保证可靠连接，插拔方便；(4)辅助器件。在显示器右边设置指示灯与按键，起到信息提示和辅助操作的作用。主显示器示意图，如图3所示。

图3 主显示器示意图

辅显示器置于主机箱上部，使用时无需频繁移动，且地面机务多在站立的状态下低头看屏幕，显示屏应选择较大的尺寸。结合主机箱上盖的尺寸(400 mm×300 mm)，辅显示器使用10英寸屏。因检查仪的操作主要由主显示器进行，辅显示器只设置用于辅助操作按键，不加入触摸屏功能。

1.2 主控板选型

主控板是检查仪的控制核心，有两方面功能：(1)接收、测试并反馈发射装置传来的待测信号，含AD/IO/串口/总线等；(2)将测试信息按显示器支持的格式传递过去，供用户观看。

本文选用PC104+系统[5-6]作为主控板。该主板具有以下优点：(1)可搭载Windows系统，方便界面软件的开发；(2)接口丰富[7]。该主板具有VGA、串口、GPIO、USB、网口等多种接口，满足检查仪设计的功能需求；(3)尺寸较小(90 mm×96 mm)。因检查仪经常需要在机库、停机坪、库房等地方来回运输，要求体积小、便携性高，该主板的尺寸符合要求；(4)环境适应性强。检查仪的环境适应性要求高，应能在-40～+55 ℃条件下正常运行，该主板的宽温特性满足要求(-40～+85 ℃)；(5)电源匹配。该主板使用直流28 V供电，与检查仪的电源电压一致，使用方便，无需电平转换。

主控板输出单路VGA信号，使用两路VGA分配器转出两路显示信号分别传输至双显示器，保证主辅显示器同时显示测试信息。主控板自带4个USB接口，选取两个专门接收用户操作信息，一个接收触摸屏信息，另一个接收双显示器的按键信息。

图4 测试界面示意图

1.3 接口及电缆设计

检查仪主机与双显示器用显示电缆连接。显示电缆为“一分二”的形式：一为主机端，显示电缆与主机使用航空插头接口；二为显示器端，显示电缆在离主机插头20 cm处分叉，分别联接主辅显示器。其中，主显示器端显示电缆长度设置为20 m，满足某型飞机座舱至机翼下方的距离；辅显示器显示电缆设为0.5 m。

1.4 软件设计

主控板搭载WindowsXP操作系统，使用VC++开发显控软件[8]。编写的可视化软件提供文字和图片显示、按钮操作的友善界面，方便触摸屏及按钮的混合操作[9-10]。

2 技术难点及解决方案

2.1 主板断电问题

检查仪使用载机提供的28 V直流电源。开机测试过程中，机务人员可能因多种原因开关该电源，导致检查仪突然断电。这可能造成主控板操作系统的系统文件丢失等异常，导致检查仪出现蓝屏、黑屏等故障。

针对此问题，为PC104主板定制了裁剪的XPE系统[11]，可有效解决异常断电等问题。XPE系统的优点是：(1)占用硬盘空间小。裁剪后系统占用空间由2 GB缩小至500 MB以内，节约主板硬盘空间；(2)具有系统保护作用，异常断电情况下有效保护系统；(3)“EWF”写保护功能，可防止系统非法写入数据。

2.2 双屏冲突问题

双显示器设计虽方便使用，但因辅显示器的按键也可操作检查仪，双显就存在着同时控制检查仪，操作冲突的问题。例如：某状态测试结束，座舱人员试图对该状态重测一遍，而地面人员认为应测试下一状态。若双方同时操作检查仪，就会造成控制权冲突。

解决方法是在主显示器上设置“键锁”按键。按下该键后，辅显示器USB信号供电被切断，只能显示信息而不能操作，主显示器就独占了检查仪控制权。

2.3 电缆较长问题

根据使用需求，显示电缆(主显示器端)设计长度为20 m。电缆传输的28 V、VGA和USB信号存在信号衰减和信号干扰两个问题[12]。

2.3.1 信号衰减问题

USB全速可靠传输的最大距离是5 m[13]。为避免信号传输故障，在显示电缆中增加带外供电的USBHUB作为中继器，保证USB信号的稳定可靠传输[14]。

根据工程经验，VGA信号传输距离>15 m后，会出现显示拖尾、闪屏等问题。解决措施是：选用二路VGA分配器，具体参数满足：外接9 V电源、带宽250 MHz、最大传输距离≤30 m，保证信号强度和显示效果。

2.3.2 信号干扰问题

首先，载机及其周围有多种电子设备运行，电磁环境复杂，VGA信号的远距离传输会遭受较大干扰；其次，相对于VGA信号，电源28 V供电信号较强，在同一根电缆中长距离传输，也会导致显示效果不佳[15]。

解决方法是做好屏蔽：(1)显示电缆采用带铜箔屏蔽网的套管作为电缆套，避免外界信号干扰；(2)电缆内部电源线与信号线使用屏蔽套分别包裹，VGA信号线按双绞方式成对走线，避免电缆内部干扰。

2.3.3 地线问题

主、辅显示器使用检查仪的28 V/GND信号供电，该路供电从检查仪显示接口送出后，一路经0.5 m电缆至辅显示器，另一路经20 m电缆至主显示器，传输距离相差较大，地线不平衡，造成显示效果较差。

解决措施是：在显示接口处，将检查仪送来的28 V/地信号用DC/DC模块和滤波模块隔离并处理，可改善显示效果。

3 结束语

双显示人机界面设计与传统单显示器设计的应用对比，如表1所示。

表1 双显方案与传统单显应用对比

由表1可知，双显示设计方案在保证地面机务仍然掌握测试信息的条件下，将检查仪控制权和测试信息均集中于座舱机务，直接减少测试中机务间的信息交流。根据实际测试估算，双显示方案可减少单挂点测试消耗时间3～5 min，有效提高测试效率，有助于提升部队战斗力。

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[6] 刘成亮,范惠林.基于PC104的某型导弹发射装置测试系统的设计与实现[J].测试技术学报,2012,26(3):195-199.

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A Man-machine Interface Design of the Tester for a Certain Type of Aircraft Missile Launcher

PANG Xiao

(Mainframe Supporting Department, China Air to Air Missile Research Institute, Luoyang 471000, China)

The field tester of the aircraft launcher is used to test the circuit for launching and controling the missile. The man-machine interface of the already used testers is a single monitor and auxiliary buttons on the tester. In test, the control of the aircraft and the tester are separated on the two sides, one being the aircraft cockpit and the other being the ground tester. There are problems of communication between the two sides, thus a low efficiency of testing. A man-machine interface of the host computer plus two displays is designed. This plan reduces the need of comunication and promotes the testing efficiency.

man-machine interface; two display; touch screen; display cable

2016- 10- 19

庞潇(1985-)，男，硕士。研究方向：机载发射装置控制电路设计与测试。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.06.018

TN873;TP334.1

A

1007-7820(2017)06-066-04