基于VB与单片机的模拟训练系统设计∗

张浩宇 张 旭 胡 慧 吕晓峰

（1.山东旅游职业学院 济南 250200）（2.海军航空大学 烟台 264001）

1 引言

导弹装备操作人员技能培训，具有人员多、训练强度大、设备利用率高等突出特点，在操作过程中通常需引入突发故障，以训练人员的应急处置能力。实际的导弹装备结构复杂、造价高，使用次数和寿命都有严格要求，且很难产生和复现各种故障现象。因此，利用实装进行操作人员技能培训，既不经济也不现实，无法取得应有的培训效果。本文介绍一种基于VB与单片机的模拟训练系统，可很好满足导弹装备高强度培训的需求。

2 系统硬件组成

系统采用上位机（主控计算机）模块和下位机（STC单片机）模块两级结构形式。模拟训练系统组成框图如图1所示。

上位机模块由PC机、故障设置导演台及打印机三个部分组成。其中，PC机为中心显示控制单元，用于人机对话操作，实现虚拟面板操作控制及测试数据动态显示；故障设置导演台主要用于设置操作故障，并实时监控受训人员的操作状态和过程；操作数据形成报表，由打印机进行输出。

图1 模拟训练系统组成框图

下位机模块由 STC89C52单片机[1]核心板、系统自检、交直流供电组合、模拟VXI机箱、综合适配单元、继电器控制单元、数据采集及变换板、模拟信号发生器、面板操作状态指示单元等组成。其中，单片机核心板作为上位机命令的执行单元，由STC89C52单片机和外围电路组成，通过USB（转RS232）接口，与上位PC机相连接，接收上位机控制指令，控制其他功能单元，并将数据及状态回传[2]；系统自检单元提供原始参量（如电阻值、开关状态值）用于全系统自检；交直流供电组合则为全系统工作提供交、直流电源；模拟VXI机箱用于产生VXI自检信号，以完成机箱自检过程；综合适配用于实现采集模拟量的调理；继电器控制单元用于信号及数据的输入输出控制；数据采集及变换板用于各路输入数据的信号调理及变换处理；模拟信号发生器用于产生开关量、数字量及模拟量等输出信号；面板操作及状态指示单元，用于监视面板开关及按键信息，并控制面板状态指示灯及蜂鸣器动作，以实时显示系统工作状态。

3 系统软件设计

在基于VB与单片机的模拟训练系统中，软件设计是重要的组成部分，包括下位机单片机控制程序模块和上位PC机操作程序模块。下位机与上位机之间采用RS232串行通信方式。

3.1 单片机控制程序模块

上位PC机内配有RS-232串行标准接口，可依据RS-232串行协议，与下位单片机（采用TTL电平）进行点对点串行通信。由于两者之间存在逻辑电平差异，本文采用MAX232芯片完成电平转换。单片机与PC的通信接口电路如图2所示[3]。

图2 单片机与PC串行通信接口电路

单片机控制程序模块主要由串行初始化和串行中断处理两部分组成。

1）串口初始化

串口选择方式1，即10位异步通信方式，设置SM0=0，SM1=1。

选择T1为波特发生器，并使其工作在方式2，故设置TMOD=0×20。系统采用11.0592MHz晶振，为获得9600波特率，TH1、TL1均设为0xFD。

初始化程序如下：

2）串行中断处理

单片机共有5个中断源，其中串口中断为inter⁃rupt4[4]。当上位PC机经串行口发出控制指令后，下位单片机启动中断处理子程序：首先关闭串行口接收中断标志位RI，即RI=0；然后将串行输入数据传递给Rdat，即Rdat=SBUF；最后对Rdat进行判读，控制下位机进入对应的工作状态。判读值与工作状态对应关系如下：

如果下位单片机单向接收上位机控制指令，则其main（）函数仅需要执行初始化子程序即可，表述如下：

3.2 PC机操作程序模块

上位机操作程序模块采用了面向对象的设计方法，模块结构如图3所示。

图3 PC机操作程序模块结构图

本文着重介绍两个主要程序模块设计。

1）串行通信模块

系统采用Mscomm控件，通过事件驱动方式[5]，实现与下位机的串行通信。当控件检测到下位机有事件发生时，即执行相应的控制程序，完成双机通信任务。控制程序主要代码如下：

2）报表及打印模块

（1）报表生成

通过获取Excel2003句柄，控制Excel的操作过程[6]。

①获取Excel句柄

引用Microsoft Excel 11.0 object Library，如图4所示。

建立Excel对象，获得句柄：

②打开Excel工作簿

③创建表单

④填写表单

图4 引用Microsoft Excel类型库

⑤保存工作薄

“cslj”意为测试路径，用于建立存放测试报表的文件夹，由窗口输入值确定。该文件夹与每位操作人员的每一次操作相对应，具有唯一性。

⑥交还Excel控制句柄

（2）报表打印

报表打印是通过引入CommonDialog函数完成[7]。

①打开表格文件

VB提供一组基于Windows的标准对话框界面，用户可利用对话框工具在窗体上创建包括打开（Open）在内的六种对话框。对话框不是标准控件，须在“工程”菜单中“部件”对话栏中选定Micro⁃soft Common Dialog Control 6.0，将该标准控件加入窗体，并通过对工具条编程实现打印设置[8]。

②打印设置

利用CommonDialog部件的打印对话框进行打印设置[9]。

③打印

通过对工具条编程实现打印[10]。

4 故障设置

系统可以工作在故障设置模式，依据上位机输入的故障码不同，可以对每一项测试内容可以进行故障设置，当运行到故障点时，会弹出相应的故障提示信息[11]。操作人员可点击“继续”完成后续内容测试，也可以点击“终止”按钮，退出当前操作。故障状态显示如图5所示。

图5 故障状态显示界面

1）设置全局变量

设置全局变量用于工作模式的选择。每一个测试单元工作时，会首先判断各自对应的全局变量值，以决定进入“故障模式”还是“正常模式”[12]。

'测试故障标志

2）故障设置

通过串口由上位机接收故障代码[13]。

5 结语

本文从操作人员技能培训实际需求出发，以实际装备为模拟对象，遵循“外观一致、接口一致、操作流程一致”的基本原则，研制了基于VB与单片机的智能化导弹操作模拟训练系统。同时，在系统中增加了故障设定、特情处置及训练效能评估等一系列实装所不具备的辅助训练功能，构成一套功能完备、造价低廉、可高强度使用的模拟训练系统。较好地实现了控制培训成本、扩大培训规模的设计要求，大幅度缩短了培训时间，显著提高了培训效率，起到了“事半功倍”的良好效果。