機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

提高機(jī)??場(chǎng)的安??全性和??運(yùn)營(yíng)效??率，符??合法規(guī)??標(biāo)準(zhǔn)，??同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)成本[11]。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析對(duì)航空安全國(guó)際上的研究人員在這領(lǐng)域?qū)夹g(shù)不斷去探索創(chuàng)新。在2022年，國(guó)內(nèi)的研究人謝玉??冰等人??在《基??于機(jī)器??學(xué)習(xí)的??航空器??著陸跑??道占用??時(shí)間預(yù)??測(cè)研究??》中對(duì)??跑道占??用時(shí)間??影響因??素進(jìn)行??了分析??,并采??用機(jī)器??學(xué)習(xí)方??法預(yù)測(cè)??了航空??器著陸??跑道占??用時(shí)間??。通過(guò)??典型機(jī)??場(chǎng)著陸??數(shù)據(jù)構(gòu)??建的預(yù)??測(cè)模型??能為其??它機(jī)場(chǎng)??作預(yù)測(cè)??參考,??同時(shí)能??為我國(guó)??在機(jī)場(chǎng)??跑滑構(gòu)??型設(shè)計(jì)??、優(yōu)化??機(jī)場(chǎng)規(guī)??劃方面??的研究??提供理??論支持??。他們??的的主??要研究??內(nèi)容如??下:首??先通過(guò)??研究國(guó)??外對(duì)著??陸跑道??占用時(shí)??間的定??義與我??國(guó)運(yùn)行??現(xiàn)狀,??明確了??本文航??空器著??陸跑道??占用時(shí)間定義[12]。進(jìn)一步分析了著陸各階段的具體占用時(shí)間??,并解??釋了A??ROT??在各占??用階段??中的具??體定義??。其次??詳細(xì)探??討了影??響著陸??跑道占??用時(shí)間??的各類(lèi)??因素,??為模型??特征參??數(shù)選取??做理論??支撐。??然后討??論了監(jiān)??視設(shè)備??與機(jī)載??設(shè)備的??數(shù)據(jù)特??點(diǎn),分??類(lèi)選取??出數(shù)據(jù)??采集的??目標(biāo)機(jī)??場(chǎng),進(jìn)??一步進(jìn)??行數(shù)據(jù)??預(yù)處理??,為建??立AR??OT預(yù)??測(cè)模型??做數(shù)據(jù)??準(zhǔn)備。??在此基??礎(chǔ)上,??對(duì)特征??參數(shù)進(jìn)??行相關(guān)??性分析??,研究??了機(jī)器??學(xué)習(xí)算??法中關(guān)??于神經(jīng)??網(wǎng)絡(luò)的??原理與??隨機(jī)森??林的結(jié)??構(gòu),分??別建立??了基于??BP神??經(jīng)網(wǎng)絡(luò)??的AR??OT預(yù)??測(cè)模型??與基于??隨機(jī)森??林的A??ROT??預(yù)測(cè)模??型,并??對(duì)比評(píng)??價(jià)了預(yù)??測(cè)結(jié)果??,提出??改進(jìn)優(yōu)??化方向??。最后??,針對(duì)??初始預(yù)??測(cè)模型??的缺陷??,采用??將遺傳??算法與??粒子群??算法相結(jié)合（GA-PSO）的方式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。結(jié)果表明,優(yōu)化后的模型預(yù)測(cè)精度高于初始預(yù)測(cè)模型,準(zhǔn)確性提高15.2%。進(jìn)一步,通過(guò)SHAP模型量化出各特征參數(shù)的影響程度[13]。在同年，劉濤等人的團(tuán)隊(duì)在《基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的跑道占用時(shí)間預(yù)測(cè)》中提出一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)??和跑道??雷達(dá)監(jiān)??視數(shù)據(jù)????的??預(yù)測(cè)????機(jī)場(chǎng)??到????達(dá)航班????跑??道占????用時(shí)??間????的方法????.??該方????法基??于????BP神????經(jīng)??網(wǎng)絡(luò)????算法??實(shí)????現(xiàn)預(yù)測(cè)????,??算法????利用??在????3個(gè)機(jī)????場(chǎng)??的機(jī)????場(chǎng)跑??道????監(jiān)視數(shù)????據(jù)??和降????落飛??機(jī)????的速度????和??加速????度參??數(shù)????等機(jī)載??數(shù)據(jù),??這些數(shù)??據(jù)涵蓋??了含重??中輕型??機(jī)在內(nèi)??的十幾??種機(jī)型??降落數(shù)??據(jù)和滑??行數(shù)據(jù)??.最后??通過(guò)基??于神經(jīng)??網(wǎng)絡(luò)算??法預(yù)測(cè)??的跑道??占用時(shí)??間結(jié)果??的預(yù)測(cè)??值和實(shí)??際觀測(cè)??值之間??的回歸??分析的??加權(quán)平??均R平??方值為??0.9??1.預(yù)??測(cè)跑道??出口距??離的均??方根值??為0.??95.??說(shuō)明該??模型在??預(yù)測(cè)跑??道占用??時(shí)間和??跑道出??口距離??上具有??較好的??準(zhǔn)確性[14]。在2019年RichardCurran的團(tuán)隊(duì)在《Implementationofapavementmanagementsystemformaintenanceandrehabilitationofairportsurfaces》機(jī)場(chǎng)道面管理系統(tǒng)(APMS)是一種監(jiān)測(cè)道面狀況、確定干預(yù)優(yōu)先事項(xiàng)??、規(guī)劃??和通過(guò)??程序分??配資源??的方法??。監(jiān)測(cè)??道面狀??況的方??法目前??被機(jī)場(chǎng)??管理公??司采用??，因?yàn)??它是機(jī)??場(chǎng)可操??作性的??必要條??件。這??項(xiàng)研究??的重點(diǎn)??是意大??利機(jī)場(chǎng)??的鋪面??網(wǎng)絡(luò)，??該機(jī)場(chǎng)??由跑道??、平行??滑行道??和五個(gè)??出口滑??行道組??成。收??集和合??并了承??載能力??、橫向??和縱向??平整度??、路面??-輪胎??附著力??和路面??損壞等??措施，??以確定??所需的??維修和??修復(fù)工??程[15]。結(jié)??果顯示??存在關(guān)??鍵區(qū)段??，其中??存在多??個(gè)結(jié)構(gòu)??和功能??缺陷。??需要的??結(jié)構(gòu)和??功能工??作涉及??跑道和??平行滑??行道的??較大部??分，以??及兩個(gè)??出口滑??行道。??考慮到??所需工??程的高??運(yùn)營(yíng)影??響，計(jì)??劃在三??個(gè)階段??內(nèi)進(jìn)行??，以盡??量減少??對(duì)交通??的影響??，將關(guān)??閉期縮??短到連??續(xù)15??天[16]?？??的來(lái)說(shuō)??，結(jié)果??總結(jié)了??不同條??件下的??典型方??法：文??章強(qiáng)調(diào)??，路面??管理系??統(tǒng)(??PMS??)需??要進(jìn)行??多種分??析，以??考慮各??種指標(biāo)??，并正??確管理??具有不??同能力的現(xiàn)有路面，以進(jìn)行全面和適當(dāng)?shù)姆治鯷17]。在同年TraniAntonio的研究團(tuán)隊(duì)在《SimulationofRunwayOperationswithApplicationofDynamicWakeSeparationstoStudyRunwayLimitations》對(duì)芝加哥奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)的跑道運(yùn)行進(jìn)??行了評(píng)??估,以??評(píng)估擬??議的尾??渦分離??的影響??,包括??重新分??類(lèi)第二??階段和??第三階??段的動(dòng)??態(tài)分離??[18]。評(píng)估??采用考??慮到到??達(dá)和出??發(fā)操作??的蒙特??卡羅仿??真模型??。仿真??計(jì)算了??靜態(tài)和??動(dòng)態(tài)尾??渦分離??、機(jī)隊(duì)??混合、??跑道占??用時(shí)間??、飛機(jī)??接近速??度、飛??機(jī)尾流??循環(huán)能??力、環(huán)??境條件??和操作??誤差緩??沖區(qū)[19]。??本分析??所考慮??的機(jī)場(chǎng)??數(shù)據(jù)是??基于2??016??年1月??至11??月芝加??哥奧黑??爾國(guó)際??機(jī)場(chǎng)的??機(jī)場(chǎng)地??面檢測(cè)??設(shè)備型??號(hào)X的??記錄。??動(dòng)態(tài)尾??流分離??是以環(huán)??境和飛??機(jī)性能??參數(shù)為??輸入,??允許飛機(jī)暴露在與RecategorizationPhaseII(RECATII)相同的尾流渦強(qiáng)度下,針對(duì)每一組唯一的條件量身定做的[20]。分析表明,對(duì)于2海里或更少間隔的航空器對(duì),在RECATⅡ之外進(jìn)一步削減??是不可??行的。??這些尾??跡分離??已經(jīng)導(dǎo)??致幾乎??沒(méi)有尾??跡依賴(lài)??。在這??種情況??下,尾??流分離??的挑戰(zhàn)??是滿足??跑道占??用時(shí)間??,并確??保飛機(jī)??分離允??許人為??操作變??化,而??不會(huì)導(dǎo)??致飛機(jī)??掉頭或??雙機(jī)占??用跑道??的違規(guī)行為[21]。1.3主要研究?jī)?nèi)容本次主要設(shè)計(jì)一??種機(jī)場(chǎng)??跑道安??全監(jiān)測(cè)??反饋系??統(tǒng)?；??于ST??M32??單片機(jī)??通過(guò)超??聲波測(cè)??距模塊??、人體??感應(yīng)模??塊對(duì)機(jī)??場(chǎng)跑道??進(jìn)行監(jiān)??測(cè)并在??win??dow??s平臺(tái)??上利用??Jav??a語(yǔ)音??和SQ??L數(shù)據(jù)??庫(kù)設(shè)計(jì)??。采用??電腦端??作為上??位機(jī)發(fā)??送指令??使得下??位機(jī)進(jìn)??入或退??出準(zhǔn)備??起飛模??式，系??統(tǒng)監(jiān)測(cè)??到在準(zhǔn)??備起飛??階段，??跑道存??在異物??或不明??人員，??蜂鳴器??示警，??緊急指??示燈亮??起，禁??止飛機(jī)??起飛，??發(fā)送上??位機(jī)警告信息。實(shí)現(xiàn)的功能如下：1.上位機(jī)：（1）接收下位機(jī)信息，并顯示；（2）發(fā)送指令，使下位機(jī)進(jìn)入/退出準(zhǔn)備起飛模式；（3）設(shè)定跑道異物監(jiān)測(cè)正常距離閾值（注：使用測(cè)距模塊，該范圍內(nèi)無(wú)異物為正常）；（4）接收下位機(jī)警告，并彈窗提示，提示管理員前往處理。2.下位機(jī)：（1）系統(tǒng)可手動(dòng)或接收上位機(jī)指令，進(jìn)入準(zhǔn)備起飛模式；（2）準(zhǔn)備起飛時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前有無(wú)飛機(jī)駛?cè)肱艿?；?）準(zhǔn)備起飛時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到飛機(jī)未駛?cè)霑r(shí)，系統(tǒng)對(duì)跑道安全隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；（4）準(zhǔn)備起飛時(shí)，飛機(jī)未駛?cè)霑r(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跑道有無(wú)異物，顯示，并發(fā)送上位機(jī)；（5）準(zhǔn)備起飛時(shí)，飛機(jī)未駛?cè)霑r(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跑道有無(wú)不明人員，顯示，并發(fā)送上位機(jī)；（6）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到在準(zhǔn)備起飛階段，跑道存在異物，蜂鳴器示警，緊急指示燈亮起，禁止飛機(jī)起飛，發(fā)送上位機(jī)警告信息；（7）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到在準(zhǔn)備起飛階段，跑道存在不明人員，蜂鳴器示警，緊急指示燈亮起，提醒不明人員離開(kāi)，禁止飛機(jī)起飛，發(fā)送上位機(jī)警告信息。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是STM32F??103??C8T??6單片??機(jī)為控??制核心??，超聲??波測(cè)距??模塊、??人體感??應(yīng)模塊??、蜂鳴??器、L??ED燈??、OL??ED屏??幕，實(shí)??現(xiàn)機(jī)場(chǎng)??跑道安??全監(jiān)測(cè)??反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如下圖：圖2.1結(jié)構(gòu)框圖2.2功能需求分析超聲波測(cè)距模塊：用來(lái)監(jiān)測(cè)跑道內(nèi)是否有異物，防止意外發(fā)生。人體感應(yīng)模塊：用來(lái)監(jiān)測(cè)跑道內(nèi)是否有人進(jìn)入，采取安全措施。顯示屏模塊：顯示采集到的數(shù)據(jù)。蜂鳴器模塊：發(fā)出警示聲音，提醒人們發(fā)生的意外。2.3單片機(jī)型號(hào)選型51單片機(jī)的AD、EEPROM等功能需要靠??擴(kuò)展，??增加了??硬件和??軟件負(fù)??擔(dān)；雖??然I/??O腳使??用簡(jiǎn)單??，但高??電平時(shí)??無(wú)輸出??能力，??這也是??51系??列單片??機(jī)的最??大軟肋??；運(yùn)行??速度過(guò)??慢，特??別是雙??數(shù)據(jù)指??針，如??能改進(jìn)??能給編??程帶來(lái)??很大的??便利；??51單??片機(jī)保??護(hù)能力??很差，??很容易??燒壞芯??片；目??前在教??學(xué)場(chǎng)合??和對(duì)性??能要求??不高的??場(chǎng)合大量被采用。32單片機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示且外??電路簡(jiǎn)??單，它??的A/??D為1??0位，??能滿足??精度要??求。具??有在線??調(diào)試及??編程（??ISP??）功能??。并且??具有低??工作電??壓、低??功耗、??驅(qū)動(dòng)能??力強(qiáng)等??特點(diǎn)。??PIC??系列單??片機(jī)的??I/O??口是雙??向的，??其輸出??電路為??CMO??S互補(bǔ)??推挽輸??出電路??。I/??O腳增??加了用??于設(shè)置??輸入或??輸出狀??態(tài)的方??向寄存??器，從??而解決??了51??系列I??/O腳??為高電??平時(shí)同??為輸入??和輸出??的狀態(tài)。當(dāng)置??位1時(shí)??為輸入??狀態(tài)，??且不管??該腳呈??高電平??或低電??平，對(duì)??外均呈??高阻狀??態(tài);置??位0時(shí)??為輸出??狀態(tài)，??不管該??腳為何??種電平??，均呈??低阻狀??態(tài)，有??相當(dāng)?shù)??驅(qū)動(dòng)能??力，低??電平吸??入電流??達(dá)25??mA，??高電平??輸出電??流可達(dá)20mA。相對(duì)于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。第3章系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)??機(jī)場(chǎng)跑??道安全??監(jiān)測(cè)反??饋系統(tǒng)??設(shè)計(jì)，??全部硬??件開(kāi)發(fā)??主要包??含超聲??波測(cè)距??傳感器??、人體??紅外感??應(yīng)傳感??器、蜂??鳴器、??LED??燈、O??LED??屏幕，??硬件系??統(tǒng)設(shè)計(jì)??需要完??成以下??個(gè)功能??模塊設(shè)??計(jì)組成：圖3.1總體原理圖3.2系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)??測(cè)反饋??系統(tǒng)設(shè)??計(jì)主要??包括了??超聲波??測(cè)距傳??感器模??塊、人??體紅外??感應(yīng)模??塊、顯??示屏模??塊、蜂??鳴器和??指示燈??模塊以??及單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.2.1超聲波測(cè)距功能模塊設(shè)計(jì)1.簡(jiǎn)介HC-SR04模塊性能??穩(wěn)定????，測(cè)??度????距離精????確??，模????塊高??精????度，盲????區(qū)??小。????在日??常????生活中????，??以下????地方??都????可應(yīng)用????超??聲波????測(cè)距??模????塊：機(jī)????器??人避????障、??物????體測(cè)距????、??液位????檢測(cè)??、????公共安????防??、停????車(chē)場(chǎng)??檢????測(cè)、電????子??設(shè)計(jì)????中的??避????障智能????車(chē)??也正????是應(yīng)??用????到了此????模??塊，????才能??達(dá)????到避開(kāi)障礙的功能。電氣參數(shù)（如表3.2所示）表3.2超聲波測(cè)距傳感器電氣參數(shù)電氣參數(shù)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊工作電壓DC5V工作電流15mA工作頻率40Hz最遠(yuǎn)射程4米最近射程2厘米測(cè)量角度15度輸入觸發(fā)信號(hào)10μs的TTL脈沖輸出回響信號(hào)輸出與射程成正比的TTL電平信號(hào)規(guī)格尺寸40*20*15mm3.工作原理第一步：通過(guò)IO口給Trig接口周期不小于10us的脈沖信號(hào)。第二步：HC-SR04接收到單片機(jī)發(fā)來(lái)的脈沖信號(hào)后自動(dòng)發(fā)送8個(gè)頻率為4KHz的方波，自動(dòng)檢測(cè)是否有信號(hào)返回。第三步：若有信號(hào)返回??，則通??過(guò)Ec??ho接??口向單??片??機(jī)相????連的??I????O口發(fā)????送??一個(gè)????高電??平????，高電????平??持續(xù)????時(shí)間??就????是超聲????波??從發(fā)????射到返??回的總時(shí)間。假設(shè)高電平持續(xù)時(shí)間為T(mén)，聲速為v（一般為340m/s），那么測(cè)到的距離S=（T*v）/2。圖3.3超聲波測(cè)距傳感器原理圖HC-SR04時(shí)序圖如圖3.4所示。圖3.4超聲波傳感器時(shí)序圖3.2.2人體紅外感應(yīng)功能模塊設(shè)計(jì)人體紅外傳感器是??機(jī)場(chǎng)跑??道安全??監(jiān)測(cè)反??饋系????統(tǒng)中??的????一個(gè)重????要??組成????部分??，????它可以????通??過(guò)檢????測(cè)周??圍????環(huán)境中????的??熱量????變化??，????來(lái)判斷????是??否有????人存??在????。以下????是??人體紅??外傳感??器在機(jī)??場(chǎng)跑道??安全監(jiān)??測(cè)反饋??系統(tǒng)系??統(tǒng)中????的硬??件??設(shè)計(jì)要點(diǎn)：感應(yīng)范圍：根據(jù)系統(tǒng)????的需求????，??設(shè)計(jì)????合適??的????人體紅??外傳感??器????感應(yīng)范????圍??，可????以通??過(guò)????調(diào)整人??體紅外??傳感器??的????鏡頭來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中，傳感器采集人體范圍為0.2米-5.0米。接口標(biāo)準(zhǔn)：選擇合適的接????口標(biāo)準(zhǔn)????，??如模????擬或??數(shù)????字接口????，??保證????人體??紅外傳??感器能??夠與????其他??設(shè)????備良好??地通信。靈敏度：根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)整人體紅外傳感器的靈敏度，以適應(yīng)不同的環(huán)境和使用場(chǎng)景。供電電壓：人體紅外傳感器需要穩(wěn)定的供電電壓，一般在3V至5V之間。信號(hào)輸出：人體紅外傳感器需要能夠輸出信號(hào)，一般采用數(shù)字信號(hào)輸出，通過(guò)高低電平來(lái)表示有無(wú)人經(jīng)過(guò)。穩(wěn)定性：人體紅外傳感器需??要具有??良好的??穩(wěn)????定性和????可??靠性????，能??夠????在不同????的??溫度????、濕??度????、光照????等??環(huán)境????下保??持????穩(wěn)定的??性能。尺寸和形狀：根據(jù)實(shí)際需要，選擇合適的人體紅外傳感器尺寸和形狀，以方便安裝和使用?？偟膩?lái)說(shuō)，人體紅外傳感??器在機(jī)??場(chǎng)跑道??安全監(jiān)??測(cè)反饋??系????統(tǒng)中的????硬??件設(shè)????計(jì)需??要????考慮感????應(yīng)??范圍????、接??口????標(biāo)準(zhǔn)、????靈??敏度????、供??電????電壓、????信??號(hào)輸????出、??穩(wěn)????定性和????尺??寸形????狀等??因????素，以????滿??足系????統(tǒng)的??要????求和實(shí)????際??應(yīng)用需求。圖3.5人體紅外傳感器原理圖3.2.3顯示屏功能模塊設(shè)計(jì)在機(jī)場(chǎng)跑道安??全監(jiān)測(cè)??反饋系??統(tǒng)中，??顯????示屏是????一??個(gè)非????常重??要????的硬件????部??件，????它可??以????實(shí)時(shí)顯????示??系統(tǒng)????檢測(cè)??到????的環(huán)境????參??數(shù)，????提供??實(shí)????時(shí)監(jiān)測(cè)????和??預(yù)警????功能??。????以下是????顯??示屏????的硬件??設(shè)計(jì)建議：顯示技術(shù)：需要選擇合適的??顯示技??術(shù)，如??液晶顯??示屏、??有機(jī)發(fā)??光二極??管顯示??屏等。??其中，??OLE??D顯示??屏可以??在較????低的??電????壓下工????作??，顯????示效??果????更清晰??，但價(jià)??格較高。尺寸和分辨率：需要根據(jù)使用場(chǎng)景??和需求??選擇合??適的顯??示屏尺??寸和分??辨率。??較大的??顯示屏??可以提??供更好??的用戶??體驗(yàn)，??但會(huì)增??加系統(tǒng)成本和功耗。顯示控制芯片：需要選擇合適的顯示控制芯片，以便控制和驅(qū)動(dòng)顯示屏。常見(jiàn)的顯示控制芯片包括SSD1306等。顯示接口：需要選擇合適的??顯示接??口，以??便與系??統(tǒng)中的??其他硬??件部件??進(jìn)行通??信。常??見(jiàn)的顯??示接口??包括SPI、I2C等。供電方式：需要選擇合適????的供??電????方式，????以??便為????顯示??屏????提供穩(wěn)????定??的電????源。??一????般可以????使??用電????池、??U????SB供????電??或者????外部??電????源供電??等方式。顯示模式：需要選擇合適??的顯示????模??式，????以便??滿????足用戶????需??求。????常見(jiàn)??的????顯示模????式??包括????黑白??顯????示、彩????色??顯示等。外殼設(shè)計(jì)：顯示屏外殼需??要具有??防水、??防塵、??耐腐蝕??等性能??，以便??在不同環(huán)境??中正常工作。可靠性：顯示屏需要具????有??高可????靠性??，????以便在????極??端環(huán)????境下??正????常工作????。??需要????選擇??能????夠耐受????環(huán)??境中????的氣??壓????、溫度????等??因素????對(duì)顯??示??屏的影響?？傊@示屏需要具備????高??清晰????度、??高????亮度、????低??功耗????、高??可????靠性等????特??點(diǎn)，????以確??保????機(jī)場(chǎng)跑??道安全??監(jiān)測(cè)反??饋系統(tǒng)??正常工作。圖3.6顯示屏原理圖3.2.4蜂鳴器功能模塊設(shè)計(jì) 蜂鳴器選擇：根據(jù)不同場(chǎng)景的??需求，??選擇合??適的蜂鳴器，考慮響度、音調(diào)、大小等因素?？刂齐娐返脑O(shè)計(jì)：蜂鳴器的控制需??要一個(gè)??合適的??電路設(shè)??計(jì)，能??夠控制??蜂鳴器??的開(kāi)關(guān)??狀態(tài)和??報(bào)警的頻率。驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)：蜂鳴器需要驅(qū)??動(dòng)電路??來(lái)提供??合適的??電壓和??電流，??保證其??能夠正常工作。電源電路的設(shè)計(jì)：蜂鳴器需要有??足夠????的電??源????支持，????因??此需????要設(shè)??計(jì)????合適的????電??源電????路，??以????確保蜂????鳴??器能????夠正常工作。PCB設(shè)計(jì)：根據(jù)以上硬??件????設(shè)計(jì)，????需??要進(jìn)????行P??C????B設(shè)計(jì)????，??將各????個(gè)電??路????板連接????在??一起????，形??成????完整的????蜂??鳴器報(bào)??警模塊。綜上所述，機(jī)場(chǎng)跑道安??全監(jiān)測(cè)??反饋系??統(tǒng)中的????蜂??鳴器????報(bào)警??模????塊需要????進(jìn)??行多????方面??的????硬件設(shè)????計(jì)??，以????保證??其????具有高????響??度、????可靠??性????和穩(wěn)定????性??，能????夠在發(fā)生緊急情況時(shí)可以及時(shí)????報(bào)警??，????提醒相關(guān)人員????注意??危????險(xiǎn)情況????，??確保????人員??的????安全。圖3.7蜂鳴器原理圖第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖主程序首先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，使得相應(yīng)的IO口以及中斷寄存器置位，以滿足接下來(lái)的操作。NNYY報(bào)警結(jié)束是否有人開(kāi)始初始化是否有物體NNYY報(bào)警結(jié)束是否有人開(kāi)始初始化是否有物體傳感器采集數(shù)據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)圖4.1系統(tǒng)軟件主流程圖4.2超聲波測(cè)距程序的設(shè)計(jì)HC-SR04超聲波測(cè)距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可達(dá)3mm，包括發(fā)射器、接收器與控制電路，它是一種壓電式傳感器，利用電致伸縮現(xiàn)象而制成。在壓電材料切片上（如石英晶體、壓電陶瓷、鈦酸鉛鋇等）施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動(dòng)而產(chǎn)生超聲波。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于晶片的固有頻率而產(chǎn)生共振，這時(shí)產(chǎn)生的超聲波最強(qiáng)。壓電式超聲波接收器一般是利用超聲波發(fā)生器的逆效應(yīng)進(jìn)行工作的，其結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時(shí)就用同一個(gè)換能器兼作發(fā)生器和接收器兩種用途。當(dāng)超聲波作用到壓電晶片上時(shí)使晶片伸縮，在晶片的兩個(gè)界面上便產(chǎn)生交變電荷后轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出來(lái)。圖4.2超聲波測(cè)距模塊流程圖4.3人體紅外感應(yīng)程序的設(shè)計(jì)在機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)中，人體紅外傳感器的軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)采集：通過(guò)人體紅外傳感器采集到的數(shù)據(jù)，可以判斷是否有人在跑道內(nèi)，從而控制運(yùn)行。信號(hào)處理：在數(shù)據(jù)采集后，需要對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，確定人體紅外傳感器的觸發(fā)閾值，以及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)。控制算法：人體紅外傳感器檢測(cè)到人體后，需要通過(guò)控制算法來(lái)控制接下來(lái)的操作，以滿足人們?cè)诓煌闆r下的需求。系統(tǒng)集成：將人體紅外傳感器的軟件與其他組件的軟件集成在一起，實(shí)現(xiàn)智機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)的完整功能?？傊?，在軟件設(shè)計(jì)方面，人體紅外傳感器需要與其他組件協(xié)同工作，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)的高效、可靠和便捷的功能。為了確保軟件設(shè)計(jì)的高質(zhì)量，需要進(jìn)行充分的測(cè)試和驗(yàn)證，以確保其能夠滿足系統(tǒng)的要求和用戶的需求。圖4.3人體紅外傳感器模塊流程圖4.4顯示屏程序的設(shè)計(jì)在機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)中，顯示屏的軟件設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警等功能。以下是顯示屏的軟件設(shè)計(jì)建議：數(shù)據(jù)顯示：需要編寫(xiě)顯示傳感器數(shù)據(jù)的程序，可以將采集到的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。數(shù)據(jù)顯示需要考慮到界面美觀和易讀性，可以選擇合適的字體、顏色和排版方式。界面交互：需要編寫(xiě)用戶界面程序，以方便用戶進(jìn)行操作?？梢蕴砑影粹o、滑動(dòng)條等控件，允許用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢等操作。界面設(shè)計(jì)需要考慮到易用性和直觀性，避免出現(xiàn)混淆和誤操作的情況。報(bào)警功能：需要在顯示屏上添加報(bào)警功能，以警示用戶出現(xiàn)危險(xiǎn)情況。可以設(shè)置警報(bào)聲音、閃爍紅色等方式進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警功能需要考慮到報(bào)警閾值和報(bào)警優(yōu)先級(jí)，避免誤報(bào)或者漏報(bào)的情況。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：可以添加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)分析和處理，也可以用于追溯系統(tǒng)運(yùn)行情況。系統(tǒng)維護(hù)：需要添加系統(tǒng)維護(hù)功能，包括屏幕亮度調(diào)節(jié)、屏幕保護(hù)等功能。可以使用定時(shí)器和控制器實(shí)現(xiàn)這些功能，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。總之，顯示屏的軟件設(shè)計(jì)需要考慮到數(shù)據(jù)顯示、界面交互、報(bào)警功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和系統(tǒng)維護(hù)等方面。需要充分考慮用戶需求和系統(tǒng)穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能齊全、易用性強(qiáng)的機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)。圖4.4顯示屏流程圖4.5蜂鳴器程序的設(shè)計(jì)機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)中蜂鳴器的軟件設(shè)計(jì)需要滿足以下要求：控制方式要求：蜂鳴器需要支持多種控制方式，例如定時(shí)控制、遠(yuǎn)程控制等，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。狀態(tài)監(jiān)測(cè)：軟件需要實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)、聲音模式、音量等參數(shù)。多聲音模式支持：軟件需要支持多種聲音模式，例如持續(xù)鳴叫、脈沖鳴叫等。音量調(diào)節(jié)：軟件需要支持音量調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的環(huán)境監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。定時(shí)控制：軟件需要支持定時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的定時(shí)開(kāi)關(guān)、定時(shí)鳴叫等功能。遠(yuǎn)程控制：軟件需要支持遠(yuǎn)程控制，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的遠(yuǎn)程控制。擴(kuò)展性：軟件需要具備較高的擴(kuò)展性，以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。例如支持多路蜂鳴器輸出、支持固件升級(jí)等功能?；谝陨闲枨螅澍Q器的軟件設(shè)計(jì)可以采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，通過(guò)單片機(jī)控制蜂鳴器的開(kāi)關(guān)和聲音模式。軟件設(shè)計(jì)可以采用模塊化設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)不同功能模塊之間的解耦和擴(kuò)展性。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制和遠(yuǎn)程控制功能，可以將蜂鳴器連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，并通過(guò)平臺(tái)提供的API實(shí)現(xiàn)控制功能。另外，為了確保軟件的穩(wěn)定性和安全性，需要對(duì)軟件進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，以確保軟件的正確性和穩(wěn)定性。開(kāi)始開(kāi)始初始化初始化檢測(cè)到有人或異物檢測(cè)到有人或異物蜂鳴器報(bào)警蜂鳴器報(bào)警結(jié)束結(jié)束圖4.5蜂鳴器流程圖第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖該系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)完整實(shí)物圖5.2測(cè)試目的軟件測(cè)試是為了發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的缺陷，有的人認(rèn)為在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤越少越好，但事實(shí)并不是這樣的，只有在測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)更多的問(wèn)題才有利于提高軟件的完整性。軟件測(cè)試是一個(gè)破壞性的過(guò)程，其目的是為了盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯(cuò)誤，而不是為了演示軟件的正確功能。5.3測(cè)試原則軟件測(cè)試應(yīng)當(dāng)遵循四個(gè)原則，分別為：測(cè)試應(yīng)基于系統(tǒng)的需求；測(cè)試要盡早的進(jìn)行；在編寫(xiě)測(cè)試用例時(shí)，要考慮極端的條件，如特殊值、邊界值的輸入；測(cè)試用例編寫(xiě)應(yīng)當(dāng)包括合理的輸入條件和不合理的輸入條件；充分注意測(cè)試中的群集現(xiàn)象。5.4功能測(cè)試機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)可以選擇模式，退出起飛模式和進(jìn)入起飛模式，當(dāng)進(jìn)入起飛模式后，檢測(cè)到異物會(huì)進(jìn)行報(bào)警，如圖5.2所示。退出起飛模式后，檢測(cè)到異物后只會(huì)提醒，不會(huì)報(bào)警。顯示屏?xí)@示到異物的距離，當(dāng)數(shù)值小于設(shè)定的閾值后，會(huì)進(jìn)行報(bào)警，如圖5.3所示。圖5.2上位機(jī)測(cè)試圖5.3顯示屏測(cè)試5.5本章小結(jié)在該章中，對(duì)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其獲得的測(cè)試進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并且進(jìn)行分析，可以使得系統(tǒng)具有正常運(yùn)行的特性，在模塊控制中，通過(guò)正常的使用，可以符合要求，使得該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試。第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)機(jī)場(chǎng)跑道安全監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)是一個(gè)旨在提高機(jī)場(chǎng)跑道安全性能的關(guān)鍵工具。它可以幫助機(jī)場(chǎng)管理團(tuán)隊(duì)在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)跑道的安全狀態(tài)，及時(shí)采取措施預(yù)防意外事件的發(fā)生。該系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：監(jiān)測(cè)和反饋。監(jiān)測(cè)部分包括使用各種傳感器設(shè)備對(duì)跑道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，例如雷達(dá)、攝像頭、地面感應(yīng)器等。這些設(shè)備可以監(jiān)測(cè)到跑道表面的任何異常，如裂縫、坑洼、積水等，并及時(shí)向管理團(tuán)隊(duì)發(fā)出警報(bào)。反饋部分包括將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)反饋給機(jī)場(chǎng)管理團(tuán)隊(duì)，并提供自動(dòng)化決策支持工具，以幫助管理團(tuán)隊(duì)更好地管理跑道安全。通過(guò)本次畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到作為科技人員，重要的是思維縝密，知識(shí)經(jīng)驗(yàn)積累深厚，堅(jiān)強(qiáng)的意志，同時(shí)還要具有創(chuàng)新的精神，當(dāng)你覺(jué)得一種做法可能可以實(shí)現(xiàn)的時(shí)候就應(yīng)該勇于嘗試，遇到問(wèn)題的時(shí)候應(yīng)該多問(wèn)多想，不能輕易放棄。在以后的工作和學(xué)習(xí)中，要勤奮踏實(shí)，善于思考，才能在競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)中提升自我的實(shí)用價(jià)值。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，我在這里面學(xué)習(xí)到很多東西，受益匪淺。6.2展望隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，機(jī)場(chǎng)跑道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在未來(lái)得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。以下是系統(tǒng)未來(lái)的展望：1、更多的應(yīng)用場(chǎng)景：除了機(jī)場(chǎng)跑道監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用于其他行業(yè)和領(lǐng)域，例如制造業(yè)、醫(yī)療健康、交通運(yùn)輸?shù)?，為這些行業(yè)提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。2、更精細(xì)的數(shù)據(jù)分析：隨著數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)的不斷提高，系統(tǒng)將可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，為企業(yè)的決策提供更為準(zhǔn)確的參考。3、更智能的控制：隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)將可以實(shí)現(xiàn)更智能的控制和管理，例如自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)、智能診斷故障等。4、更高效的能源利用：系統(tǒng)將可以與能源管理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的監(jiān)測(cè)和優(yōu)化利用，提高能源利用效率和節(jié)能減排效果。5、更加安全可靠：隨著網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的不斷提高，系統(tǒng)將可以實(shí)現(xiàn)更加安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)，避免數(shù)據(jù)泄露和損失。綜上所述，機(jī)場(chǎng)安全跑道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間，在未來(lái)將會(huì)有更多的創(chuàng)新和突破。參考文獻(xiàn)[1]李布.基于Yolov5的機(jī)場(chǎng)跑道裂痕檢測(cè)與識(shí)別研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2022.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2022.000191.[2]蘇亞超,劉宏.地質(zhì)雷達(dá)在機(jī)場(chǎng)公路無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn),2021(11):146-148.DOI:10.13646/ki.42-1395/u.2021.11.053.[3]張穎,阿音格,尹嘉男,周笑桐.基于隨機(jī)規(guī)劃的跑道運(yùn)行模式及容量?jī)?yōu)化決策[J].航空計(jì)算技術(shù),2022,52(05):46-50.[4]付健.基于遷移學(xué)習(xí)和屬性增強(qiáng)的機(jī)場(chǎng)跑道FOD檢測(cè)算法研究[D].西安電子科技大學(xué),2021.DOI:10.27389/ki.gxadu.2021.001113.[5]孫向東.航空公司機(jī)隊(duì)可靠性預(yù)警與控制研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2021.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2021.000093.[6]魯海枰,孫永榮,趙偉,張怡.基于視覺(jué)顯著性的機(jī)場(chǎng)跑道異物檢測(cè)技術(shù)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2022,45(11):41-45.DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2022.11.008.[7]曾琛,王玄.基于無(wú)人機(jī)和CNN圖像識(shí)別的機(jī)場(chǎng)跑道異物搜尋與定位[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào),2022,43(10):10-17.[8]李沙,李春娟.機(jī)場(chǎng)跑道異物檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與算法研究[J].現(xiàn)代雷達(dá),2021,43(06):80-85.DOI:10.16592/ki.1004-7859.2021.06.015.夏晶偉,林建軍,費(fèi)喜浩.地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].中國(guó)煤炭工業(yè),2020(S1):44-45.[9]毛鵬.基于維修的民用航空器部件可靠性管理研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2020(05):176-178.DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2020.05.087.[10]李富洋.基于深度學(xué)習(xí)的飛機(jī)起落架狀態(tài)監(jiān)測(cè)[D].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所),2022.DOI:10.27522/ki.gkcgs.2022.000138.[11]夏晶偉,林建軍,費(fèi)喜浩.地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[J].中國(guó)煤炭工業(yè),2020(S1):44-45.[12]陳玉.基于深度學(xué)習(xí)的視覺(jué)引導(dǎo)飛機(jī)著陸跑道目標(biāo)檢測(cè)研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2022.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2022.000053.[13]鄧皓.基于EoR進(jìn)近的平行跑道容量評(píng)估研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2022.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2022.000188.[14]李洋.基于靈活使用跑道的飛機(jī)進(jìn)離場(chǎng)序列優(yōu)化研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2022.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2022.000129.[15]楊曉剛.基于QAR數(shù)據(jù)的航空器進(jìn)近階段碰撞風(fēng)險(xiǎn)研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2022.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2022.000064.[16]練婧瑜.基于尾流間隔近地階段航空器碰撞風(fēng)險(xiǎn)研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,2022.DOI:10.27722/ki.gzgmh.2022.000251.[17]SalamehTareq,AlkhalidiAmmar,HussienRabaiaMalekKamal,AlSwailmeenYaser,AlroujmahWared,IbrahimMohamed,AbdelkareemMohammadAli.Optimizationandlifecycleanalysisofsolar-poweredabsorptionchillerdesignedforasmallhouseintheUnitedArabEmiratesusingevacuatedtubetechnology[J].RenewableEnergy,2022,198.[18]SinghAshokKumar,Samsher.Techno-environ-economic-energy-exergy-matricesperformanceanalysisofevacuatedannulustubewithmodifiedparabolicconcentratorassistedsingleslopesolardesalinationsystem[J].JournalofCleanerProduction,2022,332.[19]HuYang,MiaoXuewen,ZhangJun,LiuJie,PanErshun.Reinforcementlearning-drivenmaintenancestrategy:Anovelsolutionforlong-termaircraftmaintenancedecisionoptimization[J].Computers&IndustrialEngineering,2021,153(prepublish).[20]RuanJ.H.,WangZ.X.,ChanFelixT.S.,PatnaikS.,TiwariM.K..Areinforcementlearning-basedalgorithmfortheaircraftmaintenanceroutingproblem[J].ExpertSystemsWithApplications,2021,169.附錄程序#include"delay.h"#include"sys.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"key.h"#include"usart.h"#include"usart3.h"#include"led.h"#include"timer.h"#include"adc.h"#include"UltrasonicCtrol.h"#include<stdio.h>#include<string.h>u8send[30];u8time[30];u16jl;u16jlyu=50;u8jls[8];u8jlyus[8];u16zhen;u16zhenyu=50;u8zhens[8];u8zhenyus[8];intbfFlag=0;externcharRxBuffer[100],RxCounter;intbeepnum=0;intbiaozhi=0;intyuzhiFlag=0;intbiaozhi1=0;intbiaozhi2=0;intbiaozhi3=0;intbiaozhi4=1;intbiaozhi5=0;voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}voidUSART3_Puts(char*str){while(*str){USART3->DR=*str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}unsignedchartick_5ms=0;//5ms計(jì)數(shù)器，作為主函數(shù)的基本周期unsignedchartick_1ms=0;//1ms計(jì)數(shù)器，作為電機(jī)的基本計(jì)數(shù)器unsignedchartick_200ms=0;//刷新顯示intmain(void){u8data_len,send_jason[200]; 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