專利名稱：一種基于arm的虛擬儀表盤(pán)組及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬儀表技術(shù)在航空液晶顯示模塊上的實(shí)現(xiàn)方法，具體涉及一種在航空液晶顯示模塊中利用ARM實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖形實(shí)時(shí)繪制的方法。
背景技術(shù)：
儀表作為整個(gè)飛機(jī)控制系統(tǒng)中非常重要的部分，能夠最直觀的提供給飛機(jī)駕駛員所駕駛飛機(jī)的各項(xiàng)重要飛行 參數(shù)，是提高飛機(jī)綜合性能的重要方面之一。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、總線技術(shù)、電子技術(shù)等的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)電磁機(jī)械儀表有著復(fù)雜的接線布線、占用大的體積和重量等缺點(diǎn)。在一些對(duì)空間和重量要求嚴(yán)格的航空航天領(lǐng)域，虛擬儀表?yè)碛兄鴤鹘y(tǒng)機(jī)械儀表無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。目前虛擬儀表通常包括純數(shù)字儀表和虛擬儀表盤(pán)兩種純數(shù)字儀表開(kāi)發(fā)周期短，但功能和界面比較簡(jiǎn)單，無(wú)法最直觀的反映當(dāng)前飛機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)；而現(xiàn)有的虛擬儀表盤(pán)技術(shù)技術(shù)較新，但受到開(kāi)發(fā)成本、可擴(kuò)展性、可重繪性等的制約，不利于大范圍的推廣與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)傳統(tǒng)儀表和虛擬儀表存在的不足,提出一種基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組及其實(shí)現(xiàn)方法，采用ARMll架構(gòu)的S3C6410作為系統(tǒng)的主控制器，在嵌入式Linux系統(tǒng)中采用開(kāi)放源代碼的圖形界面庫(kù)QT開(kāi)發(fā)航空儀表應(yīng)用程序。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組，其顯示為若干虛擬儀表盤(pán)，其采用ARM控制器實(shí)現(xiàn)嵌入式虛擬儀表技術(shù)，該基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組包括該ARM控制器、若干傳感器、若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路以及顯示屏，該若干傳感器感測(cè)飛行狀態(tài)信息，該若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路接收該飛行狀態(tài)信息并由此轉(zhuǎn)換成該ARM控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，該ARM控制器接收該數(shù)字信號(hào)并由此運(yùn)行嵌入在該ARM控制器內(nèi)的QT虛擬儀表程序，該QT虛擬儀表程序采用QT中二維圖形引擎的基礎(chǔ)類(lèi)的QPainter類(lèi)中的QPainter: :Antialiasing對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反走樣處理,并形成若干虛擬儀表盤(pán)信息，該顯示屏接收該若干虛擬儀表盤(pán)信息并顯示成相應(yīng)的虛擬儀表盤(pán)。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，QPainter類(lèi)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表盤(pán)的儀表指針的運(yùn)動(dòng)依靠的是重繪QPaintEvent繪圖事件,通過(guò)定時(shí)器QTimer的timeout O函數(shù)不斷觸發(fā)信號(hào)，使得重繪函數(shù)在定時(shí)器指定的時(shí)間內(nèi)不斷重繪。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，定時(shí)器QTimer的觸發(fā)時(shí)間設(shè)置到20ms以下，即每秒鐘重繪超過(guò)50次。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，QPainter繪制虛擬儀表盤(pán)的復(fù)雜圖形使用的是drawPolygon,通過(guò)圖形外圍輪廓坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)繪制,繪制完成后QBrush類(lèi)實(shí)現(xiàn)上色處理。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn),虛擬儀表盤(pán)的旋轉(zhuǎn)與拉伸使用rotate O和scale O函數(shù)實(shí)現(xiàn)，translate Q函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)平移操作。
作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn),該飛行狀態(tài)信息包括飛行時(shí)的高度、速度、經(jīng)緯度、壓力值，該若干傳感器相應(yīng)的包括高度傳感器、速度傳感器、經(jīng)緯度傳感器、壓力值傳感器，該虛擬儀表盤(pán)也相應(yīng)的有高度表盤(pán)、速度表盤(pán)、經(jīng)緯度羅盤(pán)、飛行方向表盤(pán)、機(jī)艙壓力表盤(pán)，其中飛行方向表盤(pán)的信息可由經(jīng)緯度傳感器測(cè)得的經(jīng)緯度變化率獲得。本發(fā)明還涉及一種基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的實(shí)現(xiàn)方法，該基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組顯示為若干虛擬儀表盤(pán)，其采用ARM控制器實(shí)現(xiàn)嵌入式虛擬儀表技術(shù)，該基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組包括該ARM控制器、若干傳感器、若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路以及顯示屏，該若干傳感器感測(cè)飛行狀態(tài)信息，該若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路接收該飛行狀態(tài)信息并由此轉(zhuǎn)換成該ARM控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，該ARM控制器接收該數(shù)字信號(hào)并由此運(yùn)行嵌入在該ARM控制器內(nèi)的QT虛擬儀表程序，該QT虛擬儀表程序采用QT中二維圖形引擎的基礎(chǔ)類(lèi)的QPainter類(lèi)中的QPainter: :Antialiasing對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反走樣處理，并形成若干虛擬儀表盤(pán)信息，該顯示屏接收該若干虛擬儀表盤(pán)信息并顯示成相應(yīng)的虛擬儀表盤(pán)。該基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟該若干傳感器采集飛行狀態(tài)信息，該飛行狀態(tài)信息包括飛行時(shí)的高度、速度、經(jīng)緯·
該若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路將該飛行狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成該ARM控制器能夠識(shí)別的數(shù)
字信號(hào);該ARM控制器接收該數(shù)字信號(hào)并由此運(yùn)行嵌入在該ARM控制器內(nèi)的QT虛擬儀表程序，該QT虛擬儀表程序采用QT中二維圖形引擎的基礎(chǔ)類(lèi)的QPainter類(lèi)中的QPainter: :Antialiasing對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反走樣處理，QPainter類(lèi)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表盤(pán)的儀表指針的運(yùn)動(dòng)依靠的是重繪QPaintEvent繪圖事件,通過(guò)定時(shí)器QTimer的timeout O函數(shù)不斷觸發(fā)信號(hào)，使得重繪函數(shù)在定時(shí)器指定的時(shí)間內(nèi)不斷重繪，使用rotateO和scale O函數(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表盤(pán)的旋轉(zhuǎn)與拉伸，translate O函數(shù)實(shí)現(xiàn)平移操作，使用的是Qpainter的drawPolygon繪制虛擬儀表盤(pán)的復(fù)雜圖形,通過(guò)圖形外圍輪廓坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)繪制，繪制完成后QBrush類(lèi)實(shí)現(xiàn)上色處理，最終形成若干虛擬儀表盤(pán)信息；該顯示屏接收該若干虛擬儀表盤(pán)信息并顯示成相應(yīng)的虛擬儀表盤(pán)。作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在使用雙緩沖繪圖的基礎(chǔ)上，將定時(shí)器的觸發(fā)時(shí)間設(shè)置到20ms以下，即每秒鐘重繪超過(guò)50次。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于形成的虛擬儀表盤(pán)直觀性好、界面友好、讀數(shù)精度高、重繪速度快，能夠滿足航空航天中高實(shí)時(shí)性的要求，并為飛機(jī)控制系統(tǒng)節(jié)省了一定的體積和質(zhì)量，降低了整個(gè)控制系統(tǒng)的成本和臃腫度。


圖I為本發(fā)明的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及其對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。航空虛擬儀表的基本設(shè)計(jì)思想是將飛機(jī)上安裝的各類(lèi)傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸ARM主控制器中，通過(guò)ARM主控制器運(yùn)行嵌入式Linux系統(tǒng)的QT虛擬儀表應(yīng)用程序，并實(shí)時(shí)在航空顯示模塊中顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖I所示，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體由三個(gè)部分組成信號(hào)采集對(duì)飛機(jī)上安裝的各種傳感器采集的速度、高度、經(jīng)緯度、壓力值等飛行狀態(tài)信息，經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換后成為控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)處理將采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理并保存給“黑匣子”，作為記錄飛機(jī)飛行狀況的重要參數(shù)；圖形繪制將數(shù)據(jù)處理過(guò)的數(shù)據(jù)使用QT設(shè)計(jì)的虛擬儀表動(dòng)態(tài)顯示。

具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程I、虛擬儀表硬件實(shí)現(xiàn)虛擬儀表的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，虛擬儀表的核心處理器采用ARMll的S3C6410芯片，其主頻最高可達(dá)到667MHz，內(nèi)部繼承了強(qiáng)大的多媒體處理單元，帶有3D圖形硬件加速器，并支持2D圖形圖像的平滑縮放等操作。ARM微控制器具有豐富的指令集、編程靈活，負(fù)責(zé)圖像數(shù)據(jù)和圖像處理命令的調(diào)度及圖像處理流程的控制。ARM主芯片外接128MBSDRAM和2GBNANDFLASH，把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，運(yùn)行QT虛擬儀表程序，并通過(guò)連接加固后的航空顯示模塊來(lái)顯示虛擬儀表。2、開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建為了開(kāi)發(fā)滿足功能的應(yīng)用程序，本發(fā)明采用的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境是VMware-Workstation虛擬機(jī)和UBuntu操作系統(tǒng)用來(lái)移植嵌入式Linux3. 01內(nèi)核。通過(guò)編譯安裝QT/Embedded 4. 7. 2庫(kù)用來(lái)支持虛擬儀表人機(jī)交互界面程序的開(kāi)發(fā)并生成虛擬儀表系統(tǒng)中需要的QT庫(kù)文件。3、虛擬儀表應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)本虛擬儀表系統(tǒng)的的應(yīng)用程序基于QT/E使用Q T的輕量級(jí)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境QTCreator完成開(kāi)發(fā)，最后在已搭建的開(kāi)發(fā)環(huán)境中編譯生成可執(zhí)行二進(jìn)制文件，并將其移植到硬件平臺(tái)中的文件系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試。虛擬儀表系統(tǒng)應(yīng)用程序的主要工作流程如圖3所示。在虛擬儀表應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)中，使用了 QT中二維圖形引擎的基礎(chǔ)類(lèi)QPainter進(jìn)行開(kāi)發(fā)。為了得到高質(zhì)量無(wú)鋸齒的儀表圖形，使用QPainter類(lèi)中的QPainter: !Antialiasing進(jìn)行反走樣處理。QPainter類(lèi)包含了漸變漸充、像素混合、坐標(biāo)變換、線性變換等函數(shù)，利用QPainter能夠完成虛擬儀表盤(pán)的繪制。QPainter類(lèi)實(shí)現(xiàn)儀表指針的運(yùn)動(dòng)依靠的是重繪QPaintEvent繪圖事件,通過(guò)定時(shí)器QTimer的timeout O函數(shù)不斷觸發(fā)信號(hào)，使得重繪函數(shù)在定時(shí)器指定的時(shí)間內(nèi)不斷重繪。在使用雙緩沖繪圖的基礎(chǔ)上，為了更好的消除閃爍、讓畫(huà)面連貫清晰，可以將定時(shí)器的觸發(fā)時(shí)間設(shè)置到20ms以下，即每秒鐘重繪超過(guò)50次，基本上人眼無(wú)法觀察到閃爍的感覺(jué)。QPainter繪制虛擬儀表盤(pán)上的復(fù)雜圖形使用的是drawPolygon,通過(guò)圖形外圍輪廓坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)繪制，繪制完成后QBrush類(lèi)實(shí)現(xiàn)上色處理。旋轉(zhuǎn)與拉伸使用rotate O和scaleO函數(shù)實(shí)現(xiàn)，translate O函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)平移操作。通過(guò)這些基本的函數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜圖形的重繪，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)虛擬儀表的效果。QPainter類(lèi)的drawText函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)繪制文字,加上三種漸變函數(shù)(線性漸變、圓錐漸變、圓形漸變)等函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)繪制美觀的虛擬儀表盤(pán)，能夠滿足航空航天領(lǐng)域虛擬儀表盤(pán)的需求。利用本發(fā)明的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組及其實(shí)現(xiàn)方法，形成的虛擬儀表盤(pán)直觀性好、界面友好、讀數(shù)精度高、重繪速度快，能夠滿足航空航天中高實(shí)時(shí)性的要求，并為飛機(jī)控制系統(tǒng)節(jié)省了一定的體積和質(zhì)量，降低了整個(gè)控制系統(tǒng)的成本和臃腫度。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組，其顯示為若干虛擬儀表盤(pán)，其特征在于，其采用ARM控制器實(shí)現(xiàn)嵌入式虛擬儀表技術(shù)，該基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組包括該ARM控制器、若干傳感器、若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路以及顯示屏，該若干傳感器感測(cè)飛行狀態(tài)信息，該若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路接收該飛行狀態(tài)信息并由此轉(zhuǎn)換成該ARM控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，該ARM控制器接收該數(shù)字信號(hào)并由此運(yùn)行嵌入在該ARM控制器內(nèi)的QT虛擬儀表程序，該QT虛擬儀表程序采用QT中二維圖形引擎的基礎(chǔ)類(lèi)的QPainter類(lèi)中的QPainter: :Antialiasing對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反走樣處理，并形成若干虛擬儀表盤(pán)信息，該顯示屏接收該若干虛擬儀表盤(pán)信息并顯示成相應(yīng)的虛擬儀表盤(pán)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組，其特征在于，QPainter類(lèi)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表盤(pán)的儀表指針的運(yùn)動(dòng)依靠的是重繪QPaintEvent繪圖事件，通過(guò)定時(shí)器QTimer的timeout O函數(shù)不斷觸發(fā)信號(hào)，使得重繪函數(shù)在定時(shí)器指定的時(shí)間內(nèi)不斷重繪。
3.如權(quán)利要求2所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組，其特征在于，定時(shí)器QTimer的觸發(fā)時(shí)間設(shè)置到20ms以下，即每秒鐘重繪超過(guò)50次。
4.如權(quán)利要求I所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組,其特征在于，QPainter繪制虛擬儀表盤(pán)的復(fù)雜圖形使用的是drawPolygon,通過(guò)圖形外圍輪廓坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)繪制,繪制完成后QBrush類(lèi)實(shí)現(xiàn)上色處理。
5.如權(quán)利要求4所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組，其特征在于，虛擬儀表盤(pán)的旋轉(zhuǎn)與拉伸使用rotateO和scale()函數(shù)實(shí)現(xiàn)，translate O函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)平移操作。
6.如權(quán)利要求4所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組，其特征在于，該飛行狀態(tài)信息包括飛行時(shí)的高度、速度、經(jīng)緯度、壓力值，該若干傳感器相應(yīng)的包括高度傳感器、速度傳感器、經(jīng)緯度傳感器、壓力值傳感器，該虛擬儀表盤(pán)也相應(yīng)的有高度表盤(pán)、速度表盤(pán)、經(jīng)緯度羅盤(pán)、飛行方向表盤(pán)、機(jī)艙壓力表盤(pán)，其中飛行方向表盤(pán)的信息可由經(jīng)緯度傳感器測(cè)得的經(jīng)緯度變化率獲得。
7.—種如權(quán)利要求I所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，其包括以下步驟 該若干傳感器采集飛行狀態(tài)信息，該飛行狀態(tài)信息包括飛行時(shí)的高度、速度、經(jīng)緯度、壓力值； 該若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路將該飛行狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成該ARM控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào); 該ARM控制器接收該數(shù)字信號(hào)并由此運(yùn)行嵌入在該ARM控制器內(nèi)的QT虛擬儀表程序，該QT虛擬儀表程序采用QT中二維圖形引擎的基礎(chǔ)類(lèi)的QPainter類(lèi)中的QPainter: :Antialiasing對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反走樣處理，QPainter類(lèi)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表盤(pán)的儀表指針的運(yùn)動(dòng)依靠的是重繪QPaintEvent繪圖事件,通過(guò)定時(shí)器QTimer的timeout O函數(shù)不斷觸發(fā)信號(hào)，使得重繪函數(shù)在定時(shí)器指定的時(shí)間內(nèi)不斷重繪，使用rotateO和scale O函數(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬儀表盤(pán)的旋轉(zhuǎn)與拉伸，translate O函數(shù)實(shí)現(xiàn)平移操作，使用的是Qpainter的drawPolygon繪制虛擬儀表盤(pán)的復(fù)雜圖形,通過(guò)圖形外圍輪廓坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)繪制，繪制完成后QBrush類(lèi)實(shí)現(xiàn)上色處理，最終形成若干虛擬儀表盤(pán)信息； 該顯示屏接收該若干虛擬儀表盤(pán)信息并顯示成相應(yīng)的虛擬儀表盤(pán)。
8.如權(quán)利要求7所述的基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，在使用雙緩沖繪圖的基礎(chǔ)上，將定時(shí)器的觸發(fā)時(shí)間設(shè)置到20ms以下，即每秒鐘重繪超過(guò)50次。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組及其實(shí)現(xiàn)方法，該基于ARM的虛擬儀表盤(pán)組顯示為若干虛擬儀表盤(pán)，其采用ARM控制器實(shí)現(xiàn)嵌入式虛擬儀表技術(shù)，其中，若干傳感器感測(cè)飛行狀態(tài)信息，若干信號(hào)轉(zhuǎn)換處理電路接收該飛行狀態(tài)信息并由此轉(zhuǎn)換成ARM控制器能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，ARM控制器接收該數(shù)字信號(hào)并由此運(yùn)行嵌入在ARM控制器內(nèi)的QT虛擬儀表程序，并形成若干虛擬儀表盤(pán)信息由顯示屏顯示成相應(yīng)的虛擬儀表盤(pán)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于形成的虛擬儀表盤(pán)直觀性好、界面友好、讀數(shù)精度高、重繪速度快，能夠滿足航空航天中高實(shí)時(shí)性的要求，并為飛機(jī)控制系統(tǒng)節(jié)省了一定的體積和質(zhì)量，降低了整個(gè)控制系統(tǒng)的成本和臃腫度。
文檔編號(hào)B64D43/00GK102874412SQ20121039251
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者胡金, 董戴, 章小兵, 李培華 申請(qǐng)人:中航華東光電有限公司