基于PC104的某型相機操縱器檢測系統(tǒng)

趙育良 趙宏強 王淑娟

(海軍航空工程學院，青島 266041)

1 引 言

某型航空相機改型后，作為新型偵察設備的代表，大量采用了計算機控制技術和總線技術，成功與飛機總線數(shù)據(jù)交聯(lián)，實現(xiàn)了自動曝光、自動調(diào)焦及自動速高比引入等功能，其自動化水平及技術性能指標較傳統(tǒng)設備有明顯的提升，從信號采集、傳輸?shù)綀?zhí)行機構的驅(qū)動控制都較原相機復雜的多，對日常維護使用的要求也高的多。該型相機操縱器是其重要的核心部件之一，可實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)引入、機身操控及機身信息交互等功能，而原有的相機檢測儀無法按維護規(guī)程的要求和內(nèi)容維護相機，使相機的性能參數(shù)得不到及時校準，出現(xiàn)故障不容易判斷和排除。為了實現(xiàn)該型操縱器的總線數(shù)據(jù)端口、串口信號及操控信號的檢測，研制了該型綜合檢測設備。

2 系統(tǒng)總體設計

航空相機操縱器主要用于設定相機工作參數(shù)，完成相機狀態(tài)顯示，采集操縱人員的操作動作并轉換成操縱指令送入相機，并通過總線數(shù)據(jù)接口板，完成ARINC429及ARINC407總線數(shù)據(jù)的采集，將時間、經(jīng)緯度、高度及速度等信息送入相機，并由相機主控系統(tǒng)分發(fā)給數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、自動調(diào)焦系統(tǒng)及像移補償系統(tǒng)等，完成相機的各項工作。本型相機與飛機慣導及大氣系統(tǒng)的通訊主要是通過ARINC429和ARINC407總線完成的，與相機機身的通訊則是通過串口差分信號完成的。因此，對操縱器的綜合檢測，主要涵蓋串口端口、總線數(shù)據(jù)接口及數(shù)據(jù)顯示等內(nèi)容?；诖?，系統(tǒng)以PC104單板機為核心，利用RS232接口結合串口差分數(shù)據(jù)調(diào)理板，實現(xiàn)對操縱器故障信息及指令信號的采集，利用Arinc429-104Plus板及ARINC407總線數(shù)據(jù)模擬板，實現(xiàn)飛機總線數(shù)據(jù)模擬，在地面即可實現(xiàn)對操縱器總線數(shù)據(jù)接口板及端口檢測。系統(tǒng)主軟件是基于Visual C++平臺進行開發(fā)的，該軟件實現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送與接收(與操縱器及407板)、DI/DO口的驅(qū)動及ARINC429數(shù)據(jù)的發(fā)送[1,2]。系統(tǒng)總體設計原理框圖如圖1所示。

3 接口數(shù)據(jù)模擬設計與實現(xiàn)

3.1 串口差分數(shù)據(jù)模擬

為了提高傳輸距離和抗干擾性能，操縱器利用8031單片機串口經(jīng)MC3487四路差分后，與相機機身完成通信，因此檢測系統(tǒng)需模擬機身的四路差分信號，并設置適當?shù)牟ㄌ芈剩拍軐崿F(xiàn)操縱器相關信息的采集。由于單片機RS422標準的TTL電平與PC104工控機的RS232串口電平特性有所差別，為了使之能正常通信，系統(tǒng)采用MAX232芯片進行電平轉換，完成電平轉換后的RXD、TXD信號，再利用AM26LS31和AM26LS32芯片進行四路差分，并通過操縱器通訊端口送入模擬信號，為了滿足與操縱器的通訊時序，系統(tǒng)還利用PC104PL2360A轉換卡的I/O端口，給操縱器發(fā)送通訊請求信號，串口差分電路原理圖如圖2所示。

串口數(shù)據(jù)的模擬是利用MSComm控件設計實現(xiàn)的。MSComm是微軟提供的串行通訊編程ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行口收發(fā)數(shù)據(jù)的方法。

MSComm 可通過事件驅(qū)動法和查詢法實現(xiàn)端口數(shù)據(jù)通訊。對于事件驅(qū)動法，優(yōu)點是程序響應及時，可靠性高，該方法每當有新字符到達、端口狀態(tài)改變或發(fā)生錯誤時， OnComm 事件將被觸發(fā)，應用程序通過檢查 MSComm 控件的CommEvent 屬性獲取信息并采取相應的操作。而查詢法則適合于較小的應用程序，每當應用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷查詢 MSComm 控件的 CommEvent 屬性，以檢查執(zhí)行結果或某一事件是否發(fā)生。

系統(tǒng)依據(jù)操縱器預設的串行通訊協(xié)議，利用上述Setting方法初始化串行通訊參數(shù)，結合MSComm提供的相應方法，采用事件驅(qū)動法經(jīng)過握手后實現(xiàn)串行信號的收發(fā)，程序流程圖如圖3所示。

3.2 ARINC429總線數(shù)據(jù)模擬

ARINC429總線通過雙絞屏蔽線傳輸數(shù)據(jù)[3～5]，數(shù)據(jù)采用雙極性歸零碼調(diào)制。ARINC429總線有兩種傳輸速率：一種為低速的12.5Kb/s；一種為高速的100Kb/s。所傳輸?shù)拿總蓴?shù)據(jù)由32位組成，字與字之間加上4位零電平靜寂間隔時間。因此，每個數(shù)據(jù)字有32位，它們被分為5組, 如圖4所示。

相機系統(tǒng)利用操縱器交聯(lián)數(shù)據(jù)接口板與機載慣導設備交聯(lián)，以記錄拍照的經(jīng)緯度、速度等信息，并通過速率為12.5K的ARINC429總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。為了能夠在地面即實現(xiàn)對接口板的測試，檢測設備需模擬ARINC429總線數(shù)據(jù)，并按照相關協(xié)議定時向操縱器發(fā)送。

系統(tǒng)利用雙通道的ZHHK429-PC104-Plus板卡[6]實現(xiàn)對總線數(shù)據(jù)實現(xiàn)模擬，通過工控機主程序，設置包括經(jīng)度、緯度等在內(nèi)的ARINC429數(shù)據(jù)，通過軟件編碼后，利用PC104板卡轉換成雙級歸零信號發(fā)送至操縱器總線數(shù)據(jù)接口板。

ZHHK429-PC104-Plus板卡采用的是雙通道ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送和接收卡[7]，其硬件結構如圖5所示，板卡采用PC104-Plus接口，提供標準的DLL，支持多語言開發(fā)平臺。板卡使用前，需要通過跳線手動配置基地址。

ZHHK429-PC104-Plus板卡驅(qū)動程序提供了豐富的接口函數(shù)，涵蓋了ARINC429所有的基本操作。在軟件的開發(fā)過程中，需引用ARINC429.dll及相應的頭文件ARINC429.h。通過提供的ARINC429_Open、ARINC429_Reset、RX_Configure、TX_Configure等函數(shù)實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送，程序流程圖如圖6所示。

3.3 ARINC407總線數(shù)據(jù)模擬

飛機上裝備的AZ-242大氣數(shù)據(jù)計算機輸出的氣壓高度信號所采用的是自整角機信號，輸出三線同步器模擬量，自整角機將機械角位移轉換成電信號，轉換精度高，工作穩(wěn)定可靠。相機系統(tǒng)正是利用操縱器的總線數(shù)據(jù)接口板得到ARINC407三線同步信號，從而獲取高度數(shù)據(jù)。檢測系統(tǒng)設計了專用的ARINC407總線數(shù)據(jù)接口板，并利用上述串口將預設高度數(shù)據(jù)傳輸至接口板。接口板則通過AT89C51單片機，利用74HC373鎖存輸入12數(shù)字量，采用12SZZ數(shù)字/自整角機轉換器輸出三線同步器旋變信號表示氣壓高度，即滿量程為4096，對應高度135 000英尺，相當1個量化值對應10.04m。ARINC407總線數(shù)據(jù)模擬電路原理如圖7所示。

4 上位機軟件功能實現(xiàn)

上位機軟件是通過VC++實現(xiàn)的，軟件驅(qū)動相關板卡模擬機載慣導及大氣機總線數(shù)據(jù)，送入操縱器總線數(shù)據(jù)交聯(lián)端口，通過串行端口并進行養(yǎng)分，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，主程序還實現(xiàn)測試功能的引導及數(shù)據(jù)解析功能。用戶檢查檢測電纜連接正確并開機進入主界面，如圖8左圖所示，通過功能選擇開關選擇測試方式，即進入操縱器檢測參數(shù)設置對話框，如圖8右圖所示，用戶分別在檢測端及操縱器端設置相應參數(shù)后，按下【開始檢測】按鈕，完成檢測，系統(tǒng)自動彈出檢測結果，如圖9所示。

5 系統(tǒng)測試

利用該綜合檢測系統(tǒng)對某型相機操縱器進行通電檢測，檢測內(nèi)容主要包括以下幾點：

(1)操縱器設置狀態(tài)參數(shù)，檢測設備利用串口差分信號接收；

(2)利用檢測設備模擬兩類航空總線數(shù)據(jù)，操縱器通過接口板接收后，通過串口送至檢測設備；

(3)利用PC104PL2360A轉換卡的I/O端口，采集操縱器的按鍵信息，檢測操縱器按鍵是否有效；

(4)檢測設備向操縱器模擬發(fā)送相機狀態(tài)，利用操縱器顯示面板觀察狀態(tài)顯示。

綜合檢測系統(tǒng)對兩部操縱器進行了檢測，完成上述四項檢測的同時，成功檢測出其中一臺的ARINC429總線數(shù)據(jù)接口故障。經(jīng)測試，檢測設備可靠、有效。

6 結束語

利用該系統(tǒng)對某型相機操縱器進行了通電檢測實驗，結果證明，該檢測設備仿真的總線數(shù)據(jù)準確，可實現(xiàn)對操縱系統(tǒng)機載總線數(shù)據(jù)接口狀態(tài)的實時檢測，并可利用串口實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)信息收集，監(jiān)控診斷操縱器狀態(tài)，按維護規(guī)程要求實現(xiàn)對操縱器性能的全面檢測，滿足設計要求。

[1] 趙育良，張國棟. 基于ARINC429總線的某型CCD航空相機總線數(shù)據(jù)接口板[J]. 兵工自動化，2008.27(8).

[2] 范秀英，范鵬飛，谷峰等. 基于ARINC429總線接口卡的航空相機綜合控制系統(tǒng)[J]. 兵工自動化，2010,1(1).

[3] 劉曉劍. ARINC429總線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置研究[D]. 西安：西北工業(yè)大學，2004.

[4] 支超有. 機載數(shù)據(jù)總線技術及其應用 [M]. 北京 : 國防工業(yè)出版社，2009.

[5] ARINC Specification 429. Digital Information Transfer System[S]. America: ARINC，1991：52～80.

[6] ZHHK429-PC104-Plus用戶使用手冊[S]. 陜西正鴻航科有限公司，2015.

[7] 廖治宇. 通用ARINC429總線分析測試儀的軟件設計[D]. 電子科技大學，2013.