基于Labview的仿真驾驶台的研究与实现

基于Labview的仿真驾驶台的研究与实现严治，卡斯柯信号有限公司摘要：在轨道交通车载控制器的开发中，实验室环境下的前期产品测试对于保证产品质量，缩短研发周期有着重要意义[1]。仿真驾驶台作为测试中主要的人机交互接口之一，其实用性和友好性直接影响着测试过程的整体效果。本文采用Labview软件作为仿真驾驶台的开发环境，在实际应用中取得了良好的效果。关键词：产品测试；仿真驾驶台；LabviewResearchandImplementationofsimulateddriverdeskbasedonLabivewABSTRACT:ProducttestinthelabenvironmentisquiteimportantforthegoodqualityoftheproductsofCarboneController,andcaneffectivelyreducetheR&Dcycle.SimulateddriverdeskisoneofthemainMMIsinthetest.Thepracticabilityandfriendlinessisofgreatsignificancefortheeffectoftheentiretestprocess.ThispaperuseLabviewasthedevelopmentenvironment,andacquiregoodresultinthepracticalapplication.KEYWORDS:Producttest;SimulatedDriverDesk;Labview一、引言产品的功能性和安全性测试在轨道交通车载控制器的开发中非常重要。仿真驾驶台作为控制列车运行的主要操作界面之一，直接影响到测试时使用的效率和测试的效果。在实验室的环境中利用仿真技术实现对真实驾驶台的模拟，进行整个车载系统的运行仿真测试，可以大大减少上线试验时的故障数量，缩短调试时间[2]。在仿真驾驶台的开发中，由于不同线路的列车驾驶台的显示、操作装置及其布局又不尽相同，需要开发环境能够提供方便、易用的编程条件，以适应快速开发新的驾驶台的要求；同时，仿真驾驶台的界面上需要绘制一些类似真实驾驶台的仪表盘和操作装置，因此使用传统的VC等开发工具开发难度较大，并会延长开发周期。Labview是一种基于数据流的编译型图形编程环境，它用简单、直观的图形结构来代替复杂、抽象的程序代码[3]。图形化的编程方式使开发人员可以更好地关注功能的实现，而不用过多考虑编程语法的限制；它提供了丰富的控件库和函数库，可以让工程人员快速地完成设计任务，并且方便调试和维护。因此，本文采用Labview软件对仿真驾驶台进行设计开发。二、仿真驾驶台的实现中需要模拟的装置速度仪表盘牵引/制动手柄方向手柄自复式按钮司控器图1驾驶台上常用装置实物图驾驶台上的常用显示和操作装置包括速度仪表盘、牵引/制动手柄、方向手柄、自复式按钮和司控器等。在使用方式上可以将它们划分为几类：仪表盘、滑动手柄、旋转手柄、（带指示灯的）自复式按钮和切换开关。根据这些装置的外观和功能特性，可以从Labview的控件库中挑选合适的控件来模拟真实装置，对于一些比较特殊的装置，需要进一步设计和制作。三、界面实现仿真驾驶台是测试过程中常用的操作界面。为了方便观察和操作，将加速度和速度“仪表”以及速度曲线图表等显示控件放置在相邻区域；把“按钮”和“手柄”等操作控件集中摆放到一起，并参考真实驾驶台的布局方式来安排控件位置，这样既方便用户使用，也使界面从外观上尽量与真实情况保持一致[4]。作为常用人机交互界面，仿真驾驶台除了要提供列车驾驶和监视的基本功能以外，还可以增加一些方便测试的功能。例如，将当前列车放置在线路的某一位置上；设置自定义情景，让列车按照设定情况运行等。3.1控件的设计和制作虽然Labview已经为用户提供了大量方便实用的控件资源，但在仿真驾驶台的设计中，一些较为特殊的操作和显示控件的功能是自带控件所无法满足的。针对这种情况，Labview还提供了用户自定义控件以及高级自定义控件（即Xcontrol技术）的功能，用来设计创建符合需要的控件。3.1.1司控器司控器（KSON）是用来激活驾驶台的常用开关装置。为了使其外观简洁，操作方便，采用“量表”控件的指针作为司控器开关。图2量表控件和“司控器”控件如图2所示，将“量表”控件的表盘、指针轴的颜色设为透明，同时隐藏“量表”控件的刻度值，最后只剩下指针当做开关使用，操作较为方便。3.1.2牵引/制动手柄牵引/制动手柄是司机对列车的牵引力进行控制的操作装置。Labview提供的“滑动杆”控件属于数值型控件，其滑块可以上下拖动，从功能上可以较好地符合作为牵引/制动手柄控件的要求；但是，滑动杆控件的外观与真实手柄有较大差距，需要进行一定的修饰。Labview的自定义控件功能允许设计人员对自带控件的所有组成元素进行替换，在不改变原有功能的前提下，修改控件的外形，使其满足需要。操作步骤也比较简便：进入控件自定义面板，切换到“自定义模式”，然后就可以对控件的各组成部分的外观进行修改或替换。图3滑动杆控件和牵引/制动手柄控件如图3所示，使用制作好的图片替换滑动杆控件的滑块，可以得到近似真实手柄的效果；再用装饰控件调整成手柄滑动槽的外形，放置在合适的位置。这样就使得外观效果有了明显的改善。3.1.3自复式按钮自复式按钮是列车驾驶台上常见的控制装置，该按钮具有延时弹起的特性，并且有些自复式按钮带有指示灯，起到通知司机允许操作的作用。要在仿真驾驶台上实现与真实的按钮类似的效果，需要具备按钮的外型以及数值型控件的特性（带指示灯）：外观状态值弹起熄灭0按下熄灭1弹起点亮2按下点亮3而Labview自带的按钮控件都是布尔类型，无法满足4种状态的要求，因此需要在普通按钮控件的基础上创建符合设计要求的新型控件（Xcontrol）。由于需要多次使用该按钮控件，因此将这个控件封装成可重用的独立控件。以黄颜色的自复式按钮为例，新建一个XControl库，它包含一系列具有不同功能的VI及其相关文件。本控件的制作需要用到初始化VI、外观VI和数据VI。该按钮的设计思想是使用浅颜色和深颜色的变换来表示指示灯的点亮和熄灭，并且控件需要接收“0”~“3”这4个状态值。在外观VI中放置普通按钮控件（布尔型控件）作为原型：。数据VI中的数值输入控件定义了XControl的数据类型，使得该按钮可以处理数值型数据；初始化VI用于设置XControl的初始颜色和状态值等属性。XControl响应界面操作的逻辑部分在外观VI的程序框图中实现：图4数据更改事件的程序框图如图4所示，状态VI的“数据更改”事件用来响应用户的点击操作，根据输入数值的不同使控件状态发生相应的变化。将背景色和前景色赋值给按钮的颜色属性节点；将布尔常量赋值给前面板的按钮控件，用来显示弹起、按下的状态；同时，考虑到实际情况中按钮按下到弹起前不能进行操作，因此将按下状态的按钮设为不可用，弹起后再恢复其为可用状态。图5为在不同状态值下，按钮的外观效果。图5四种不同外观对应的状态值利用Xcontrol技术生成的自定义控件可随时添加到设计界面当中，当需要不同颜色的按钮时，只需要修改状态VI中的颜色盒的取值即可。同时，界面上可以放置设定按钮延时弹起时间的控件，使按下的按钮在指定时间弹起。3.2显示刷新在用户操作仿真驾驶台时，通常需要操作界面的实时刷新，因此仿真驾驶台需要周期性地更新所有控件的状态。但是，在某些情况下需要观察仿真驾驶台上的虚拟仪表在某一时刻的数值或曲线时，需要暂停界面的刷新。为了满足这一要求，可以在界面上添加由用户控制的周期刷新的使能复选框。当软件判断该选项取消选中时，暂停界面刷新；当该选项被选中时，恢复界面刷新,如图6所示。图6某线路仿真驾驶台界面三、结论在实验室的环境中进行车载控制器产品的功能验证和测试，对保证产品的可靠性、安全性以及缩短项目开发周期都具有十分重要的意义。本文阐述了仿真驾驶台设计的一些要点。对设计中遇到的问题进行了分析，并提出了解决方案，对今后的项目开发有一定的借鉴和参考价值。四、参考文献1.吴海峰.基于通信的移动闭塞列车控制系统.铁道通信信号,2007,82.徐应诗，刘斌，阮镰．基于故障注入的仿真测试方法过程框架.测控技术.2007.263.阮奇桢.我和Labview.北京航空航天大学,2009,94.RobinWilliams.写给大家看的设计书.人民邮电出版社,2009,1