无人机自动检测系统人机界面的设计与实现

张苏英　金吉　杜雪等

摘要：针对传统无人机飞控系统自动检测与诊断系统人机交互界面沉闷老旧、自动化程度低等问题，设计了一种实时监控的多窗口的人机交互界面，该界面设计采用模块化的思想，将飞参检测、故障报警、飞机3D模拟、飞参曲线等多项内容同屏显示，使地面維护人员更为直观的了解无人机飞行状态，减少了无人机检测与诊断对人的经验与技术水平的依赖，更具通用性和标准性。

关键词：专家系统；无人机；检测与诊断系统；人机交互界面；飞机3D模拟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.105

现阶段，随着自动检测系统的技术的更新换代与不断发展，逐步实现了扩展仪器所需协议、命令和语言等内容，以及高速的输入/输出和可靠的测试功能，有效的满足了各类市场的测试需求。但是，从界面设计角度来看，传统的检测系统的人机交互界面大都采用纯数字和代码的罗列式输出，人机交互界面沉闷老旧、自动化程度低，检测结果多依赖于人员的经验和技术水平，不具有通用性和标准性。

针对上述问题，设计一种多窗口的友好的人机交互界面是十分重要的。

该设计应该具备以下几个特点：

（1）用简明图标代替冗长的文字表达，合理布局各功能模块，增加软件界面功能的可辨识性；（2）人性化的检测操作方法，减少检测系统对人员技术能力等因素的依赖；（3）对界面色彩、链接方式等进行整体化设计，形成友好的人机交互界面。

1飞控系统的检测与诊断系统

该飞控系统自动检测与诊断系统是针对于某电动型无人机为检测对象进行设计的，本系统由检测部分、分析部分和故障诊断等三部分构成，如图1所示。

系统检测部分主要用于无人机各个参数的检测，其中检测的主要方向分为姿态系统检测、位置系统测量、动力系统检测和执行机构检测。

系统分析部分主要包括姿态分析、位置分析、动力分析和执行机构分析。姿态分析主要通过陀螺仪传感器测量的角速度、加速度计传感器测量的加速度和测力计测量的地磁场信息，进行飞行器姿态解算。位置系统主要通过GPS位置信息和气压的高度信息进行测量无人机的空间位置坐标。动力分析主要是通过AD转换器采集无人机机载蓄电池的相关参数，主要包含电压、电量等参数，同时检测电动机的转速信息。执行分析主要分析舵机接受到的PPM波形是不是正确和获取波形的占空比信息。通过PC机进行参数分析和计算，可以基本检测到无人机的各个参数，确保地面人员能够对无人机的状态进行实时观测。

2系统的软件界面设计

飞控系统自动检测与诊断系统界面应用软件采用模块化思想进行设计，软件界面分为四个功能模块：基本收发、数据波形、飞控状态和程序设置。以实现检测系统的不同功能。

（1）基本收发模块。基本收发主要用于接收飞控传送的基本数据，用于基本数据的检测，软件分为五个通道接收数据，并且具有数据解析和校验功能。

（2）数据波形模块。软件数据波形界面主要用于显示飞行器关键参数的波形，其中主要显示的内容包括姿态欧拉角参数、气压计高度信号、电压电流信号、旋浆转速信号等飞行器控制中心的核心参数。波形的绘制可便于地面操作人员观察数据的走向和参数的变化，软件通过将各类数据曲线设置不同颜色，并添加勾选项目，可实现用户对于不同参数曲线的观测和对比。

（3）飞控状态模块。飞控状态模块是该软件的主要功能模块，该模块主要由飞行状态3D模型、位置信号仪表盘、飞行器姿态数据显示、舵机控制信号条形框和状态诊断文本框构成。

①飞控状态3D模型，通过将飞机传送的数据信号进行解算，并通过3D模型进行输出演示，对飞机实时状态进行仿真模拟；②位置信号仪表盘，模拟无人机机体视角，直观观察飞机飞行的位置变化；③飞行器姿态数据显示，将各类传感器等仪表信息以数字形式显示于该模块中，检测并输出飞行参数；④舵机控制信号条形框，将各个舵机获取的PWM波形的占空比信息进行显示；⑤状态诊断文本框，利用专家诊断算法采用逐条比对和交叉比对算法进行故障匹配，故障参数超出正常范围则触发报警灯。

（4）程序设置模块。程序设置界面主要是用于软件本身状态的设置和与无人机数据传输的控制，主要包括传输的波特率、数据格式、通信协议等。

3结论

本文首先介绍了无人机及其检测系统的背景和发展现状，并针对传统检测系统人机交互界面存在的问题，提出了以模块化的思想设计的，具有多窗口的人机交互界面的自动检测与诊断系统，该系统将飞参检测数据实时显示输出，读取数据更为方便直观；设立了故障诊断模块，进行故障的实时定位与报警，规避了因人为判断故障存在误差的风险；绘制了3D飞机模型，直观形象的模拟飞机实时飞行姿态；绘制飞参曲线，以便于地面维护人员捕捉不稳定参数。该系统已经逐步在工程实践中得到应用，用户反馈，本系统对飞行器参数检测和诊断具有有效性，本系统的人机交互界面较大程度的提高了系统的检测效率。