[实用新型]基于嵌入式系统的虚拟消防车培训装置

说明书

技术领域

本实用新型属于虚拟现实领域，涉及一种基于嵌入式系统的虚拟消防车培训装置，适用于石油化工行业的消防车操作培训工作。

背景技术

近年来，基于虚拟现实技术的安全培训模式，即将实际的安全培训过程利用虚拟现实技术映射到计算机上的培训模式，在石油石化行业兴起，打破了传统工作模式耗时耗力的弊端，降低了特殊行业的高危性和不安全性，也大大减少了投入成本。以往进行虚拟消防车培训时，消防车的操作面板都是利用Flash面板模拟制作，但是这种单纯的计算机界面学习方式，仅仅从视觉角度使学习者有一个较为抽象的理解，对于操作方式的掌握度不能得以保障，而目前的结合视觉及触觉的虚拟现实培训装置多是从光学或声学传感角度加以设计，技术复杂度及成本都较高，不适合行业大面积投入使用。

实用新型内容

本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供了一种简单、实用的基于嵌入式系统的虚拟消防车培训装置。装置模拟消防车的真实操作面板设计，外部为一个密闭箱体，箱体大小为389*200*200(mm³)，操作杆、按钮及指示灯仿照真实操作面板分布在箱体上方。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：装置通过与VR主机进行交互通信，实现装置对VR主机中虚拟消防车的操作控制。装置包括触发操控模块、信号监测模块、信号采集处理模块、主机分析显示模块及高速稳压电源模块，其中：

(1)触发操控模块，为用户与虚拟场景交互提供外部按钮、操作杆及指示灯等部件；

(2)信号监测模块，用于实现对触发操控模块产生不同控制信号的监控，也实现对VR场景反馈响应动作信号的监控；

(3)信号采集处理模块，用于对多个监测单元监控到的信号进行采集和处理。

(4)主机分析显示模块，可以分析培训装置对虚拟消防车的控制，显示消防车的动作执行。

(5)高速稳压电源模块，分别为主控板电路及其他电路提供所需要的电压。

本实用新型中的触发操控模块，主要由操作杆、按钮及指示灯组成。其中，操作杆的触发单元由滑动变阻器的组成的运动感应器构成，通过对操作杆的移动，能够改变滑动变阻器的阻值以达到传递精确电信号的目的；按钮的触发单元选择开关元件，按钮的操作对应两种指令——按下和复原，通过按钮的按下和复原，能够启动相关的电路开关，进而产生了相关的变化信号可以被信号监测模块监测到；指示灯负责对相应动作进行反馈，对按钮的操作和场景的动作响应都会触发指示灯的亮灭。

信号监测模块基于Cortex-M4的多接口电路进行设计，在触发操控模块发出信号之后，经过一种继电器组合电路，将电信号转化为监测模块可识别的信号。本模块实现了一种复杂接口的实时监控单元，当培训装置的多种器件同时触发操控时，该模块可以实现多种信号精确无误的识别和监测；当场景中的动作执行完毕，反馈信号由主机返回到装置，由监测模块监控后，传达到相应指示灯的闪灭。

信号采集处理模块将上述信号监测模块监测到的信号，进行采集并处理。该模块以自主研发的多通道通信协议、信号处理协议为基础，采用帧传输协议，在每帧的开头和结尾处添加相应校验信息，确保信号可以准确无误的传递。

主机分析显示模块，是指通过高速通信串口与培训装置相连的VR终端。VR主机接收到帧指令后，对指令进行解析，根据解析结果展示培训装置对虚拟消防车的动作控制。同时，当虚拟消防车的状态有所变化时，该模块会将状态变化以指令的方式反方向逐级地传递回信息采集处理模块和信号监测模块，进而使触发操控模块中指示灯做出状态响应。

高速稳压电源模块为以上模块的正常工作提供稳定的所需电压。

经测试结果表明，本实用新型提供了一种便捷实用、技术复杂度低并且成本较低的基于嵌入式系统的虚拟消防车培训装置。本装置结构易记、操作简单；箱体外部预留了多个接口，提供高速数据传输出口，实现装置与主机间实时高效的信号传递，同时提供高速数据调试串口，方便开发者对嵌入式开发板进行调试开发；箱体内部使用基于cortex主控板，集成了自主研发的高速串口通信协议、多通道通信协议、多接口通信协议和信号处理协议，实现了快速高效信息传输；培训者使用此装置能够真实体验操作面板对虚拟消防车的即时控制，具有高度的体验感、交互感和沉浸感，能更快适应真实驾驶操作。

附图说明

图1是本实用新型的系统框架构成图

图2是本实用新型的触发操控模块俯视图

图3是本实用新型的信号传递流程图

图4是本实用新型高速稳压模块供电图