基于Cortex的消防装备模拟训练系统的设计与实现

摘要

随着我国经济和社会的快速发展，居民人口数量增加，导致公共场合火灾安全隐患不断暴露，严重威胁着人们的生命财产安全。近年来，消防安全工作逐渐得到国家的重视，大多数部队通过新建综合训练基地，开展复杂灾情环境下的灭火救援和事故处理实战演习，训练消防员突发事件处理能力，提高临场战斗心理素质。
　　传统的实战训练演习能够显著提高消防战士的救援能力和机动能力。但是，这种实战型的训练模式也存在诸多弊端。随着现代计算机和电子信息技术的快速发展，虚拟现实技术因具备新型技术优势而被科研人员广泛用于消防模拟训练系统的开发，从而为解决传统训练方式存在的问题提供了技术支持。本文正是在虚拟现实技术基础上，通过集成Cortex嵌入式技术，设计一套能够用于消防员设备模拟训练的仿真系统。
　　本文首先介绍了课题研究背景和研究意义，旨在表明该课题所设计和实现的系统具有的价值，通过分析国内外虚拟现实技术在消防训练领域的应用和研究发展现状，比较现有训练系统与本课题实现的系统优劣所在，为课题研究内容和技术创新点的确定提供资料调研基础。
　　论文主体详细论述了课题设计方案和实现方法，按照总体设计将系统划分为两部分独立设计，一部分是消防车仿真操作面板的设计，另一部分是虚拟场景体感服的设计。两种不同的消防装备采用相同硬件架构平台，设计方法相似，因此具有技术同源性，可集成到同一个虚拟现实软件平台中。系统的实现过程主要分为硬件电路设计、软件系统实现和系统集成测试。硬件电路针对系统每个组成模块单元进行设计，共同组成底层硬件系统。软件的程序设计在两个不同的系统平台上实现，一个是基于嵌入式设计的ARM平台，另外一个是面向界面设计的Windows平台。通过第三部分的集成测试，将不同平台上设计的软硬件系统组合起来，最终实现本课题的面向消防装备操作的模拟训练系统研究和设计。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 虚拟现实技术在消防模拟训练的应用和发展概况

1．2．1 虚拟现实技术在消防训练中的应用

1．2．2 国内外虚拟消防训练发展状况

1．3 课题研究内容与创新点

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术创新点

1．4 论文结构概况

1．5 本章小结

2 消防模拟训练系统总体方案设计

2．1 消防模拟训练系统简介

2．2 系统理论基础

2．2．1 ARM Cortex-M4内核处理技术

2．2．2 虚拟现实技术

2．3 系统总体设计

2．3．1 模拟操作器面板设计方案

2．3．2 虚拟温控体验服设计方案

2．4 关键器件选型方案

2．4．1 电子器件选型

2．4．2 机械器件选型

2．5 本章小结

3 系统硬件电路设计

3．1 微控芯片驱动电路设计

3．1．1 时钟电路

3．1．2 供电电路

3．1．3 复位电路

3．2 电源模块设计

3．3 面板接口模块设计

3．3．1 继电器驱动电路

3．3．2 三档摇杆电路

3．3．3 带灯按钮电路

3．3．4 自复位按钮电路

3．3．5 三档旋钮电路

3．4 温控调节模块设计

3．5 串行通信模块设计

3．6 无线通信模块设计

3．7 调试接口模块设计

3．8 外部设备结构设计

3．8．1 外壳基材

3．8．2 布局设计

3．8．3 外观设计

3．9 本章小结

4 系统软件实现

4．1 开发环境介绍

4．2 驱动软件设计

4．2．1 驱动软件结构

4．2．2 STM32F407标准外设库

4．2．3 用户自定义应用程序

4．3 上位机软件设计

4．4 本章小结

5 系统集成与测试

5．1 系统界面及功能

5．2 消防车仿真操作设备的集成测试

5．2．1 JP16型消防车驾驶室仿真操作面板

5．2．2 JP16型消防车臂架炮仿真操作面板

5．2．3 JP56型消防车驾驶室仿真操作面板

5．2．4 JP56型消防车水泵仿真操作面板

5．3 消防员虚拟体感服的集成测试

5．4 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

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