基于PC-104和虛擬儀器的某機(jī)載電臺(tái)檢測控制器

蔣國峰，丁 潔

（1.空軍第一航空學(xué)院 航空電子工程系，河南 信陽 464000；2.商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 商丘 476000）

航空電子技術(shù)的發(fā)展使航空電子設(shè)備由分離式控制逐步變?yōu)榧惺娇刂?，集中式控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)即是多個(gè)航空電子設(shè)備共用顯示和控制終端，通過總線連接成為一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。對(duì)航空電子設(shè)備進(jìn)行離線測試是保持其處于良好狀態(tài)的一種必備手段，若將集中式控制系統(tǒng)中的某一個(gè)航空電子設(shè)備從飛機(jī)上拆除進(jìn)行離線測試，其便失去了進(jìn)行正常工作的信號(hào)環(huán)境，若將所有航空電子設(shè)備進(jìn)行拆除用于在地面進(jìn)行某一個(gè)設(shè)備的檢測，不方便、不經(jīng)濟(jì)、也不現(xiàn)實(shí)。因而根據(jù)航空電子設(shè)備的離線檢測控制需求，為其設(shè)計(jì)專用的檢測控制設(shè)備，模擬機(jī)上的顯示、控制、激勵(lì)、響應(yīng)等信號(hào)環(huán)境是比較普遍的做法。PC-104是一種開放的高可靠性的工業(yè)規(guī)范，是設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的理想產(chǎn)品，利用PC-104構(gòu)建系統(tǒng)具有體積小、擴(kuò)展性強(qiáng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡便、軟件資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。

1 機(jī)載電臺(tái)檢測控制需求

機(jī)載電臺(tái)是一種航空無線電通信設(shè)備，擔(dān)負(fù)著空中與空中、空中與地面之間的通信功能，在機(jī)上采用1553B總線結(jié)構(gòu)的集中式控制方式，其控制信息絕大部分都是通過1553B總線進(jìn)行傳輸?shù)?，除此之外，其控制信?hào)還包括電源信號(hào)和離散接口信號(hào)。

1）電源接口

該電臺(tái)采用115 V/400 Hz單相交流電源和+27 V直流電源，由于電臺(tái)在發(fā)射過程中消耗電流較大，為保證電臺(tái)在檢測過程中的安全性，需要隨時(shí)對(duì)電源電壓和消耗電流進(jìn)行監(jiān)控。

2）離散接口

離散接口包括電源的開關(guān)、收發(fā)轉(zhuǎn)換控制、照明控制等信號(hào)，其中電源開關(guān)信號(hào)為+27 V有效，平時(shí)懸空；收發(fā)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)為接地有效，平時(shí)懸空；照明控制信號(hào)為+27 V有效，平時(shí)懸空。

3）1553B 總線接口

1553B總線接口是機(jī)載電臺(tái)與其它設(shè)備進(jìn)行信息交互的主要通道，控制信息包括電臺(tái)工作模式、工作頻率、工作方式等，電臺(tái)通過1553B總線返回給顯示控制設(shè)備的信息主要包括電臺(tái)的工作狀態(tài)、自檢結(jié)果、信息傳輸?shù)挠行缘取?/p>

2 檢測控制器硬件設(shè)計(jì)

檢測控制器硬件電路組成如圖1所示，以PC-104為數(shù)據(jù)處理和控制核心，1553B卡、數(shù)字IO和AD接口卡是PC-104與外部進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的橋梁，其中1553B卡用于和被測電臺(tái)進(jìn)行1553B總線信息的交互，是檢測控制器和電臺(tái)之間的主要的數(shù)據(jù)通信通道；數(shù)字IO用于采集面板開關(guān)信息，產(chǎn)生系統(tǒng)工作時(shí)信號(hào)通道所需的控制信號(hào)，以及產(chǎn)生被測電臺(tái)所需的離散激勵(lì)控制信號(hào)；AD接口卡用于采集27 V和115 V電源的電壓和電流信息，組成電源實(shí)時(shí)監(jiān)控電路，保證系統(tǒng)工作安全，確保工作過程的安全。信號(hào)適配電路用于對(duì)PC－104控制系統(tǒng)和被測電臺(tái)之間的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和匹配，按照系統(tǒng)檢測要求，動(dòng)態(tài)建立和撤銷測試信號(hào)通道。各種電壓或電流互感器用于實(shí)時(shí)探測相應(yīng)的，輸出與相應(yīng)電壓或電流成比例的0～5 V直流信號(hào)；27 V分壓電路將27 V電壓進(jìn)行分壓，使其輸出能滿足AD轉(zhuǎn)換器采集信號(hào)的量程要求。電源及控制電路用于將輸入的220 V交流電壓轉(zhuǎn)換成+12 V、+5 V直流供系統(tǒng)各電路使用，并按照系統(tǒng)的供電關(guān)系需求，統(tǒng)一控制系統(tǒng)的供電。

圖1 硬件電路組成Fig.1 Block diagram of hardware

3 檢測控制器軟件設(shè)計(jì)

軟件是電臺(tái)檢測控制器的重要組成部分，直接決定了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和操作性能的好壞，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括人機(jī)界面設(shè)計(jì)和測試流程設(shè)計(jì)，軟件平臺(tái)包括操作平臺(tái)和測試程序開發(fā)平臺(tái)。為保證軟件開發(fā)的便捷性與實(shí)用性，操作平臺(tái)選用WINDOWS XP，測試程序開發(fā)平臺(tái)選用NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabWindows/CVI 8.0，虛擬儀器具有功能擴(kuò)展性強(qiáng)、設(shè)計(jì)、修改方便的特點(diǎn)，是測試儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢。

3.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面是操作者與檢測控制器之間的交互接口，操作者通過人機(jī)界面向檢測控制器輸入相應(yīng)操作指令，相應(yīng)的檢測控制器通過人機(jī)界面向操作者提供設(shè)備的工作狀態(tài)信息，人機(jī)界面設(shè)計(jì)的好壞直接決定了檢測控制器的操作性和功能。在設(shè)計(jì)人機(jī)界面時(shí)，在基于系統(tǒng)功能需求的前提下，還必須考慮到操作者的素質(zhì)和特點(diǎn)，檢測控制器的主界面如圖2所示，包括27 V、115 V工作電壓和消耗電流實(shí)時(shí)監(jiān)測單元，用于向操作者實(shí)時(shí)提供系統(tǒng)的電源工作狀況，當(dāng)超出正常工作范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)斷電，并向操作者提供醒目的指示信息，以保證整個(gè)檢測過程的安全。工作模式/狀態(tài)/頻率指示窗口，主要是向操作者提供系統(tǒng)的工作狀態(tài)信息、電臺(tái)的工作模式和工作頻率信息。工作模式選擇開關(guān)主要用于控制電臺(tái)的AM、USB、LSB、ALE或HOP等模式；音量控制旋鈕用于控制電臺(tái)的音量，分10級(jí)調(diào)整；靜噪等級(jí)調(diào)整旋鈕用于控制電臺(tái)的靜噪等級(jí)。開關(guān)用于控制電臺(tái)的電源啟動(dòng)；自檢用于控制電臺(tái)的自檢工作狀態(tài)啟動(dòng)；收發(fā)按鈕用于控制電臺(tái)處于接收或發(fā)射工作狀態(tài)；退出用于系統(tǒng)的退出操作。

圖2 操作主界面Fig.2 Operation main interface

3.2 軟件流程設(shè)計(jì)

根據(jù)軟件的功能需求和系統(tǒng)的硬件特點(diǎn)[5]，并保證程序的可移植性和可維護(hù)性，軟件設(shè)計(jì)采用層次化結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)和程序嵌套技術(shù)；其主程序流程如圖3所示，包括系統(tǒng)初始化自檢、電壓電流實(shí)時(shí)監(jiān)測、面板數(shù)據(jù)采集、指令數(shù)據(jù)形成發(fā)送、狀態(tài)信息接收指示等子程序。

在主程序流程中，首先進(jìn)行初始化自檢，包括系統(tǒng)、各種板卡和適配器的自檢，自檢通過則進(jìn)行面板信息采集，并將采集到的數(shù)據(jù)按照被測件激勵(lì)信號(hào)的需求格式形成相應(yīng)的1553B總線控制數(shù)據(jù)、離散控制信號(hào)和信號(hào)控制矩陣，形成指令數(shù)據(jù)向被測件發(fā)送；同時(shí)接收顯示被測件回傳的狀態(tài)信息，在整個(gè)工作過程中，AD轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)采集電源電壓和電流消耗數(shù)據(jù)，并通過虛擬儀器表頭進(jìn)行顯示。

圖3 主程序流程圖Fig.3 flow chart of main program

圖4 狀態(tài)信息接收指示子程序Fig.4 Subroutine of state information receive and indication

狀態(tài)信息接收指示子程序是1553B總線接口卡按照規(guī)定的數(shù)據(jù)協(xié)議提取被測件的狀態(tài)信息，并進(jìn)行相應(yīng)的判斷后進(jìn)行輸出顯示，在接收被測件回傳信息時(shí)，首先按照1553B總線協(xié)議判斷數(shù)據(jù)是否有效，若無效，則顯示輸出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，若有效，則按照被測件的數(shù)據(jù)位定義，顯示輸出相應(yīng)的指示信息。

4 結(jié)束語

以PC104和虛擬儀器構(gòu)建的電臺(tái)檢測控制器，具有可靠性高、開放性好、交互性強(qiáng)、開發(fā)便捷等特點(diǎn)[6]。該設(shè)備不僅可以應(yīng)用到部隊(duì)的二線檢測，還可以應(yīng)用到大修廠和設(shè)備的研制生產(chǎn)調(diào)試部門。通過擴(kuò)展與信號(hào)源和測試儀器之間的程控連接，可方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)被測件的自動(dòng)測試，通過開發(fā)相應(yīng)的故障診斷程序，可方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)被測件的故障診斷。通過調(diào)整相應(yīng)接口，開發(fā)相關(guān)控制程序，可方便的擴(kuò)展到對(duì)其它相應(yīng)型號(hào)的電臺(tái)進(jìn)行測試，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景，目前該設(shè)備已作為某電臺(tái)的大修級(jí)檢測設(shè)備推廣應(yīng)用到多個(gè)大修廠，取得了顯著的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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