基于NI-cDAQ自動測試火控系統(tǒng)電源組件

郭維波，吳凌燕，馮威

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

基于NI-cDAQ自動測試火控系統(tǒng)電源組件

郭維波，吳凌燕，馮威

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

分析了某型飛機(jī)火控系統(tǒng)原電源部件檢測設(shè)備的主要檢測思路，列舉了該檢測設(shè)備的特點(diǎn),并針對其存在的問題：體積龐大、測試耗時長，檢修不方便等，提出了一種自動測試設(shè)備框架，系統(tǒng)地介紹了新框架的硬件組成及軟件實(shí)現(xiàn)方法。硬件方面主要選用可靠性高的軍品級產(chǎn)品：pc104，NI-cDAQ；軟件方面采用流行的圖形化編程工具Labview2010。根據(jù)該實(shí)例，給出了現(xiàn)代檢測設(shè)備設(shè)計(jì)的新的實(shí)現(xiàn)方法和思路，實(shí)現(xiàn)了全新的火控系統(tǒng)裝備維修保障模式。對于其他同類型的檢測設(shè)備的研制，具有借鑒意義。

自動檢測設(shè)備，NI compact DAQ，Labview2010

0 引言

某引進(jìn)機(jī)型具有先進(jìn)的對空、對地火控系統(tǒng)，可以對空、對地目標(biāo)進(jìn)行探測與火力引導(dǎo)。其火控系統(tǒng)由火控計(jì)算機(jī)、信息交聯(lián)組件、慣性組件等設(shè)備組成，這些設(shè)備所需電源種類多、供電電流大、供電分支復(fù)雜，因此，原廠在該型機(jī)上專門設(shè)計(jì)了火控系統(tǒng)電源組件。電源組件可以根據(jù)各火控組件所需電壓電流，在內(nèi)部編碼后分別向?qū)?yīng)分支供電，供電電壓分別為直流27 V、交流400 Hz的115 V（區(qū)分單相與三相）、交流400 Hz的36 V。

由于電源組件內(nèi)部具有電壓變換電路和復(fù)雜的編碼輸出電路，所以會經(jīng)常引發(fā)故障，地勤工作人員對其檢測往往依賴于引進(jìn)的原制檢測設(shè)備［2］。

原制檢測設(shè)備具有操作簡單、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)，但隨著社會進(jìn)步和飛機(jī)出勤率的加大，這些檢測設(shè)備也出與時代不符的缺點(diǎn)，這就需要一種更為先進(jìn)的測試手段，來實(shí)現(xiàn)這種大量數(shù)據(jù)采集并被識別的功能。

1 原制檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)

原制檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)是構(gòu)成自動測試的基礎(chǔ)，該檢測設(shè)備主要由大量的開關(guān)與指示燈組成，具體電路為4大部分，分別是地面電源供電部分、設(shè)備供電部分、開關(guān)量控制部分、電源輸出指示部分。這4部分的結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 電源部件檢測設(shè)備測試結(jié)構(gòu)圖

圖1中左側(cè)虛線框部分為原制檢測設(shè)備，右側(cè)虛線框?yàn)楸粶y的電源組件。在地面電源供電良好的條件下，由設(shè)備供電部分將直流27 V、交流115 V、交流36 V分別向電源組件的轉(zhuǎn)換部分供電，同時向開關(guān)編碼部分與編碼供電部分分配所需信號。操作人員根據(jù)檢測工藝扳動檢測面板上的開關(guān)，觸發(fā)開關(guān)量控制部分；生成離散信號送往電源組件的開關(guān)編碼部分，由編碼部分根據(jù)編碼表生成控制指令；控制編碼供電部分遵照控制指令，將各個火控系統(tǒng)組件所需電源輸向?qū)?yīng)插頭；由檢測設(shè)備的指示部分將這些輸出電源指示出來。電源組件檢測設(shè)備的面板指示燈，能夠直觀地顯示出各個通道供電是否正常，但是顯示信號量過多，所采集信號通道為96個，操作人員每扳動一個測試開關(guān)，需遍歷所有指示燈。這就造成大量的重復(fù)工作與體力勞動，所以就有必要對電源組件開展自動檢測工作，將地勤人員從這種重復(fù)的工作中解放出來。

2 電源組件自動測試實(shí)現(xiàn)

上面分析了電源組件檢測設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它的組成結(jié)構(gòu)上有4部分，其中電源供電部分、設(shè)備供電部分為固定結(jié)構(gòu)，無需改動。而真正人機(jī)交互部分就是開關(guān)量控制部分和電源輸出指示部分，設(shè)計(jì)的自動檢測設(shè)備，能夠按照檢測步驟自動切換相應(yīng)開關(guān)，并跟蹤遍歷每一步操作后的面板指示燈變化，從而達(dá)到自動測試的目的［1］。

與每一個自動測試系統(tǒng)相同，對該火控系統(tǒng)電源組件的設(shè)計(jì)，應(yīng)分為硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)用來滿足構(gòu)建檢測硬件條件，軟件設(shè)計(jì)用來模擬人工操作過程從而實(shí)現(xiàn)自動檢測。

2.1 自動測試設(shè)備機(jī)箱設(shè)計(jì)

在原檢測設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，為達(dá)到精簡箱體結(jié)構(gòu)目的，采用NI公司compact系列機(jī)箱，該機(jī)箱的特點(diǎn)是：體積小，功耗低，可靈活安插各種測試板卡。所選機(jī)箱具體型號為NI cDAQ9178，該機(jī)箱與上位機(jī)采用USB通信方式，供電電壓為直流12 V，可供安放測試板卡的插槽為8個。

圖2 NIcDAQ9178機(jī)箱構(gòu)造圖

該機(jī)箱所需的12 V電壓，由檢測設(shè)備內(nèi)部DC/DC模塊直接變換；檢測設(shè)備內(nèi)部采用PC104作為上位機(jī)，與該機(jī)箱通過USB電纜線通信；使用6個機(jī)箱插槽，作為后續(xù)的開關(guān)控制與數(shù)據(jù)采集。

2.2 開關(guān)量控制部分

采用NI繼電器模塊替代原檢測設(shè)備中的面板開關(guān)，由于原開關(guān)量信號中有直流27 V、交流115 V兩種，所以對繼電器模塊的耐壓值有一定的要求。

采用NI 9485作為直流27 V開關(guān)量控制，該模塊屬于固態(tài)繼電器，耐壓值為直流60 V。原檢測設(shè)備中需要13路27 V開關(guān)量，而9485只有8路并行開關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中采用了2塊NI 9485控制直流27 V開關(guān)量。

采用NI 9481作為交流115 V開關(guān)量控制，該模塊屬于電磁型繼電器，耐壓值為250 V。原檢測設(shè)備中需要10路交流115 V開關(guān)量，而9481只有4路并行開關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中采用了3塊NI 9485控制交流115 V開關(guān)量。

所有模塊插入NI cDAQ9178機(jī)箱內(nèi)部插槽，構(gòu)成一個完整的測試體。圖3就是電源組件自動測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，DC/DC模塊組為PC104與NIcDAQ9178提供直流電源，PC104作為測試設(shè)備的整機(jī)控制，與NI cDAQ9178相互通信。模塊9481、9485分別向被測件提供交流115 V、直流27 V的開關(guān)量，被測信號通過信號調(diào)理板被9403所采集分析。

鬼子軍官用手指了指周教授幾個，又在空中劃個圈兒，哇啦哇啦說了句什么，幾個日本兵一齊彎腰嗨了聲，嘩啦啦散開站成一圈兒，用槍剌抵住周教授幾個。

圖3 電源組件自動測試的結(jié)構(gòu)圖

2.3數(shù)據(jù)采集

采用9403 IO模塊對被測信號量進(jìn)行采集上。9403屬于TTL電平數(shù)字信號采集器，如果要對直流27 V、交流400 Hz 115 V、交流400 Hz 36 V被測量進(jìn)行采集，就需要將這些被測量進(jìn)行信號調(diào)理、隔離，以滿足數(shù)字IO接口要求以及設(shè)備的安全需求。

對交流電路進(jìn)行調(diào)理要較直流復(fù)雜一些，圖4為交流信號調(diào)理電路，而直流信號調(diào)理電路在此基礎(chǔ)上僅去掉整流濾波，這里就不再贅述了。

圖4 交流信號調(diào)理電路

在圖4中由電阻降壓電路將原115 V交流信號量降為低壓，經(jīng)過半波整流、電容濾波形成直流信號量可供DIO穩(wěn)定檢測。

上述電路還需與交流115 V做隔離處理，沒隔離電路，如果降壓電路發(fā)生斷路或接地不良現(xiàn)象，將使高電壓直接進(jìn)入后端測試件中，引發(fā)事故。所以在這里加一級光耦隔離，可靠的保障人員與設(shè)備安全。由于光耦電路就屬于一級反相，所以在光耦后部再加一級反相將信號相位糾正過來，同時也能增加對調(diào)理信號的驅(qū)動能力。

輔助顯示電路主要用于軟件調(diào)試時，用來參照檢測結(jié)果。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

利用LabView2010對NI cDAQ9178進(jìn)行編程，硬件機(jī)箱的驅(qū)動主要基于NI公司的MAX軟件，利用MAX軟件完成配置NI cDAQ9178及其內(nèi)部所插板卡后，就可以調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動程序進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集與開關(guān)控制。

圖5為整個測試系統(tǒng)的軟件流程圖，在使用9481、9485和9403這些模塊前，需要在軟件開始將其端口初始化，建立DAQ任務(wù)后方可使用。

依據(jù)檢測工藝流程，將每一步的操作步驟以表格形式存放。自動測試開始并同時計(jì)數(shù)，并依此查詢所要輸出的控制量。電源組件接收到控制信號量，因其內(nèi)部編碼將延遲一段時間才能有輸出，所以軟件中必須有等待時間，當(dāng)達(dá)到規(guī)定等待時間后，利用9403對被采集的IO量進(jìn)行采樣并存儲。

圖5 測試軟件流程圖

判斷檢測步驟到達(dá)最后一步，將所有的采樣與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，從而形成一個檢測報(bào)告，以文件形式存儲至硬盤中，以供用戶查閱。

最后，將原來系統(tǒng)占有的硬件資源釋放，準(zhǔn)備下一次的自動測試任務(wù)。

3 結(jié)束語

火控系統(tǒng)電源組件輸出電源數(shù)量與種類較多，采用原機(jī)械開關(guān)式的檢測設(shè)備，需消耗大量的人力資源與時間資源，同時由于操作人員的主觀性，不能保證測量結(jié)果絕對精準(zhǔn)。

因此，在現(xiàn)階段高技術(shù)戰(zhàn)爭局勢下，針對空地火控系統(tǒng)電源組件，應(yīng)在原檢測設(shè)備的基礎(chǔ)上，改進(jìn)自動測試的方法，能夠快速對該組件進(jìn)行檢測，只有這樣才能適應(yīng)各種復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的需要。文中所提及的信號調(diào)理電路將設(shè)備不同供電類型，都轉(zhuǎn)換成TTL電平信號，便于機(jī)cDAQ箱直接數(shù)字采樣，這種方法也適用于機(jī)上其他電源設(shè)備的檢測。

［1］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)，2004.

［2］姜龍光，王燕山.航空狀態(tài)監(jiān)測傳感器技術(shù)的發(fā)展［J］.測控技術(shù)，2012，31（4）：1-3.

［3］杜占龍，譚業(yè)雙.自動測試系統(tǒng)軟件平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測控技術(shù)，2012，31（4）：96-99.

Based on NI-cDAQ Fire Control System of Automatic Test Equipment

GUO Wei-bo，WU Ling-yan，F(xiàn)ENG Wei
（Naval Aeronautical Engineering Institute Qingdao Branch，Qingdao 266041，China）

The paper analyzes the main examination way of original automatic testing power supply of fire control system,to given characteristics and question of the examining equipment and at a certain airplane fire control system original power parts examination equipments and enumerated:huge，the test consume long，check to fix inconvenient etc.It gives a kind of automatic testing equipment frame and systematically introduced the hardware of new frame to constitute and the method of software.The hardware mainly chooses the soldier grade of dependable sex Gao product:such as Pc 104，NI-cDAQ；The software Labview2010 is adopted.According to the example the method and way are given of modern examination equipments，the new guarantee mode of new fire control system is carried out.It has a lessons for to the other the same kind of examination equipment.

ATE equipment，NI compact DAQ，Labview2010

TP274

A

1002-0640（2015）02-0179-03

2014-01-14

2014-02-08

郭維波（1978-），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾盟人，碩士研究生。研究方向：軍用機(jī)載雷達(dá)、自動測試技術(shù)。