平臺羅經擔負著為艦艇上導彈、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，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。平臺羅經結構復雜，且涉及多學科知識，維護使用人員只有經過專門培訓才能勝任故障定位、排除以及裝備等日常維護工作。由于受經費、生產能力等客觀條件制約，以及訓練內容、形式有限，實裝訓練不能完全滿足訓練需求。
為了提高使用人員的操作技能和維護保養(yǎng)水平，本文設計了平臺羅經訓練模擬器，研制成本僅約為實裝的十分之一，而且可以設定多種工作方式和工作環(huán)境，提高了訓練效果，具有顯著的軍事意義和經濟價值。
1 系統(tǒng)組成及功能
平臺羅經維修訓練模擬器以“硬模擬與軟模擬結合，硬模擬為主”為基本原則，設計一個操作實踐平臺即學員操作臺和一個控制與演示平臺即教員控制臺。
其中學員操作臺利用“硬模擬”的直觀性，為受訓人員發(fā)現、分析、排除故障提供一種動手上機實踐的環(huán)境。學員操作臺以1：1比例模擬平臺羅經系統(tǒng)電子機柜，其外觀及維修操作控制與實裝完全一致，具有模擬實裝操作的功能。由單片機、CH452L、8255A組成的硬件電路完成其功能。
教員控制臺接收來自學員操作臺的操作信息，具有設置、記錄、提示、報警等功能。此外，教員控制臺利用“軟模擬”的適應性，充分運用現代信息技術、仿真技術、虛擬現實技術，有效地節(jié)省模擬器的研制成本，在提高通用性的同時拓展其模擬功能。該系統(tǒng)以VB6．0和SQL 2000為軟件設計平臺，采用面向對象設計思想和數據庫編程技術設計。
2 硬件設計
2．1 電路總體結構
為正確模擬平臺羅經系統(tǒng)操作控制面板，設計了基于單片機的控制與顯示電路。該電路接收來自控制計算機的控制字與數據，顯示相應的信息，并采集按鍵狀態(tài)，反饋至計算機。其總體結構如圖1所示。
該電路實現的功能：
1)通過MAX232，實現單片機與計算機之間的串口通信，傳遞控制命令與數據；
2)基于CH452L可驅動8個數碼管或64個發(fā)光二極管的功能，采用3片CH452L并聯(lián)，實現1片單片機驅動18個數碼管與54個發(fā)光二極管，顯示來自計算機的相應數據；
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狀態(tài)，傳遞至計算機。
2．2 電路模塊化設計
系統(tǒng)采用模塊化設計方法，主要由通信模塊、數碼管(指示燈)顯示模塊組成。
2．2．1 通信模塊設計
本文中89C51單片機與PC機通過串口進行通信。89C51單片機內部有一個可編程全雙工串行通信接口(BXD、PAD)，具有UART的全部功能。該接口電路能同時進行數據的發(fā)送和接收，一般情況下只要通過TXD、RXD和GND 3條線連接就可以實現與PC機的串行通信。由于PC機的串行口是RS-232標準接口，其電平采用的是EIA電平，而單片機要求的是TTL電平，為了實現單片機與PC機之間能可靠地進行串行通信，還需要將單片機的串行接口的電平轉換成RS-232電平標準。本設計選用MAXIM公司生產的專用芯片MAX232進行電平轉換，MAX232芯片具有集成度高，內置了電壓倍增電路及負電源電路，單+5 V電源工作，只需外接5個容量為0. 1～1μF的小電容，即可完成兩路RS-232與TTL之間電平轉換，其連接圖如圖2所示。
2．2．2 數碼管顯示模塊設計
數碼管顯示電路包括了3片CH451芯片。CH451是一個整合了數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制以及u P監(jiān)控的多功能外圍芯片。內置RC振蕩電路，可以動態(tài)驅動8位數碼管或者64位LED，通過串行接口與單片機相連接。CH451向89C51單片機提供復位信號RESET和系統(tǒng)時鐘信號SCLK。
CH451的段驅動引腳串接了電阻R1(200Ω)，用以限制和均衡段驅動電流，在5 V電源電壓下，串接200 Ω電阻通常對應段電流13 mA。本文不需要鍵盤功能，省去KEY信號線，只使用DCLK、DIN、LOAD三個信號線。
當數碼管多于8個時，可以采用多個CH451進行驅動。多個CH451與單片機的連接方式有兩種方案：一是并聯(lián)，單片機為每個CH451提供一根獨立的LOAD信號線，但DIN和DCLK信號線同時提供給所有的CH451，也就是說，各個LOAD信號線相當于各個CH451的片選線；二是串聯(lián)。單片機將DCLK和LDAD信號線同時提供給所有的CH451，單片機只提供DIN給最前級的CH451，而后級CH451的DIN連接到前級CH451的DOUT引腳。由于該平臺羅經顯控面板有18位數碼管，故本文采用3片CH451級聯(lián)方式，其連接圖如圖3所示。
3 軟件設計
系統(tǒng)軟件使用面向對象的編程技術，采用VB6．0作為軟件平臺，使用SQL2000作為數據庫平臺，進行編程開發(fā)。本系統(tǒng)既可與模擬器硬件配合進行實物操作，也可單獨使用進行模擬操作。進行實物訓練時，通過硬件電路采集相應操作和顯示相應響應，同時計算機顯示器同步顯示操作過程和響應。當進行模擬操作時，通過鼠標和鍵盤進行人機交互操作。軟件采用模塊塊化設計，軟件主要功能模塊如圖4所示。
3．1 通信模塊設計
在VB6．O中提供了完成串行通信的控件MSComm，該控件提供了標準的事件處理函數、過程，并通過屬性的方法提供了串行通信口參數的設置，比較容易地解決了串行通信的問題。
其基本的屬性：
CommPort：設置并返回通信端口號，缺省為COM1；
Settings：以字符串形式設置并返回波特率，奇偶校驗，數據位，停止位；
PortOpen：設置并返回通信端口的狀態(tài)，也可以打開和關閉端口；
InputMode：定義Input屬性獲取數據的方式(0：文本方式；1：二進制方式)
Inputlen：設置或返回接收緩沖區(qū)內用；
Input：讀入的個數，若取O，則Input讀取整個緩沖區(qū)的內容，Input表示從接收緩沖區(qū)移走一串字符；
Inbuffersize：設置或返回接收緩沖區(qū)的大小，缺省1 024 B。
3．2 邏輯判斷模塊
模擬器實質是一個控制系統(tǒng)，程序主要是針對大量事件的響應。如鼠標、鍵盤的輸入，模擬器按鍵、開關量的輸入等，通過計算機屏幕、數碼管、指示燈等輸出設備進行顯示。本系統(tǒng)采用數據庫技術，在檢測到事件響應時，首先查找數據庫，確定當前系統(tǒng)狀態(tài)，讀取在不同狀態(tài)和事件下相應響應或調用相應的子程序，使大量的邏輯判斷通過查找數據庫完成，簡化了系統(tǒng)程序的邏輯關系。程序流程圖如圖5所示。
4 結束語
該平臺羅經模擬器模擬平臺羅經工作情況，可進行平臺羅經開機、關機、裝訂查看、調平和導航等操作的訓練，模擬器操作和相應與實際裝備完全一致，具有較好的使用環(huán)境和交互界面。在保證訓練效果的同時，具有價格低廉的優(yōu)勢。