一款組合接收設(shè)備綜合測(cè)試儀的設(shè)計(jì)研究

江萍

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

組合接收設(shè)備屬于無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，接收地面航向臺(tái)、下滑臺(tái)、MLS地面臺(tái)信號(hào)，獲得飛機(jī)相對(duì)于預(yù)置航道的航向、下滑偏離偏差信息，并正確引導(dǎo)飛機(jī)按預(yù)置航向角、下滑角進(jìn)行飛機(jī)精準(zhǔn)著陸，組合接收設(shè)備正常與否，直接影響飛機(jī)是否安全著陸。

為了實(shí)現(xiàn)組合接收設(shè)備技術(shù)性能檢測(cè)，開展組合接收設(shè)備綜合測(cè)試儀設(shè)計(jì)研究，并配合儀表模擬器、微波模擬器，實(shí)現(xiàn)組合接收設(shè)備性能測(cè)試，完成組合接收設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)、及時(shí)故障排除，恢復(fù)產(chǎn)品正常工作狀態(tài)，提高產(chǎn)品的使用可靠性，具有重要意義。

組合接收設(shè)備綜合測(cè)試儀核心為標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式計(jì)算機(jī)（PC104），根據(jù)各模塊的工作方式及完成的功能，同時(shí)考慮電磁兼容問題，測(cè)試儀內(nèi)部分為電源單元、中央控制單元（包括主板、液晶顯示卡、鼠標(biāo)、鍵盤、CF卡）、內(nèi)部接口與控制單元、429總線控制單元、1553B總線控制單元、數(shù)據(jù)采集處理單元（A/D單元）、模擬信號(hào)前端處理單元、總線板、耳機(jī)、威圖標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱等；安裝Windows2000操作系統(tǒng)；測(cè)試儀為整個(gè)測(cè)試儀提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件支持平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)測(cè)試儀的檢測(cè)控制程序，完成整個(gè)綜合測(cè)試儀的研制，如圖1所示。

圖1 組合接收設(shè)備綜合測(cè)試儀原理框圖

2 開發(fā)環(huán)境

綜合測(cè)試系統(tǒng)采用嵌入式計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)采用Windows2000、軟件采用C++Builder5.0開發(fā)軟件。

2.1 多線程編程

綜合測(cè)試儀系統(tǒng)中同時(shí)可用多個(gè)應(yīng)用程序運(yùn)行，每個(gè)應(yīng)用程序都有唯一的一個(gè)主線程，每個(gè)應(yīng)用程序還可啟動(dòng)其它線程，所有的線程共享進(jìn)程的地址并能訪問處理器分成很短的時(shí)間片，在每個(gè)時(shí)間片內(nèi)只有一個(gè)線程在執(zhí)行，操作系統(tǒng)按一定的優(yōu)先級(jí)輪流執(zhí)行各線程。

PC104單元作為主控制單元實(shí)現(xiàn)整個(gè)綜合測(cè)試儀的協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)建立一個(gè)主線。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在主線程和輔助線程共同作用，完成對(duì)被測(cè)設(shè)備的測(cè)試。

2.2 多線程編程實(shí)現(xiàn)異步串行通信

利用Windows2000的多線程編程技術(shù)，編程創(chuàng)建輔助線程實(shí)時(shí)監(jiān)視串口通信狀態(tài)，并由串口通信監(jiān)視線程根據(jù)通信狀態(tài)向主線程發(fā)射相應(yīng)的消息，由主線程分析處理。多線程串行通信具有接收數(shù)據(jù)自主覺察能力，一旦輔助通信監(jiān)視線程查詢到數(shù)據(jù)已發(fā)送到串行口上，輔助線程自動(dòng)接收數(shù)據(jù)，并向主線程發(fā)送數(shù)據(jù)接收到的消息，應(yīng)用程序可根據(jù)該消息來處理通信串口傳送過來的數(shù)據(jù)，并采用通信監(jiān)視線程還不占用CPU時(shí)間。

3 組合接收設(shè)備綜合測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)

3.1 中央控制單元

中央控制單元通過RS232總線通知內(nèi)部接口控制實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的加/斷電控制。中央控制單元采用PC104總線與429板通信實(shí)現(xiàn)對(duì)采用429總線通信的被測(cè)產(chǎn)品控制和數(shù)據(jù)顯示。中央控制單元采用PC104總線與1553B板通信實(shí)現(xiàn)對(duì)采用1553B總線通信的被測(cè)產(chǎn)品的控制和數(shù)據(jù)顯示。中央處理單元采用PC104總線實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D板通信實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品輸出模擬量的測(cè)試與顯示。

3.2 內(nèi)部控制與控制單元

顯控單元采用PC104處理器作為主控制器，所用操作只需用鼠標(biāo)和鍵盤就可完成，系統(tǒng)前面板上設(shè)置了36個(gè)按鍵，用于組合接收機(jī)參數(shù)設(shè)置，這些按鍵與標(biāo)準(zhǔn)PC鍵盤的功能基本上一致，供電電源5V±5%、3A。其所需供電電源為5V±5%、1A。將信息進(jìn)行識(shí)別、判斷、分組、打包，發(fā)送給總線接口單元，依據(jù)相應(yīng)操作和數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，對(duì)接口單元進(jìn)行控制，形成429總線、1553B總線命令，以控制組合接收機(jī)工作；同時(shí)接收429口、1553B總線回傳的組合接收機(jī)數(shù)據(jù)，通過顯示器顯示。

3.3 1553B總線控制單元

綜合測(cè)試儀的1553B總線控制單元采用SCP-1553B板卡實(shí)現(xiàn)，SCP-1553B是一款基于PC104結(jié)構(gòu)的1553B總線通訊控制模塊。模塊上集成了智能處理器、雙口共享存儲(chǔ)器、1553B通信控制器、隔離變壓器、程序存儲(chǔ)器、譯碼控制電路、總線耦合器等組成。

1553B總線控制單元是一種智能化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化特征的1553B多了傳輸總線通信接口模塊，該模塊采用PC104總線標(biāo)準(zhǔn)，總線的波特率為預(yù)置速率?？膳cPC104總線的主機(jī)棧接，提供1553B標(biāo)準(zhǔn)通信接口。

1553B總線控制單元接收工控機(jī)下發(fā)的數(shù)據(jù)，形成1553B總線控制命令，以控制組合接收設(shè)備的工作；同時(shí)接收被測(cè)組合接收設(shè)備返回1553B數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后顯示在屏顯上，完成飛機(jī)組合接收設(shè)備與綜合測(cè)試儀間數(shù)據(jù)交換。

1553B總線控制單元具有上電自檢功能，并將自檢結(jié)果上傳并顯示。

1553B總線數(shù)據(jù)編碼如圖2所示。

圖2 1553B數(shù)據(jù)編碼格式

3.4 429總線控制單元

綜合測(cè)試儀429總線控制單元采用SEM/A429模塊實(shí)現(xiàn)429總線信號(hào)的收發(fā)，其內(nèi)部含有兩個(gè)數(shù)據(jù)接收通道和一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送通道。該模塊通過16位總線與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，可通過棧接總線直接與PC104模塊連接，為嵌入式系統(tǒng)提供429信號(hào)收發(fā)功能。429總線控制單元接收工控機(jī)指令形成429數(shù)據(jù)，控制組合接收設(shè)備，同時(shí)接收組合接收設(shè)備輸出的429數(shù)據(jù)，完成組合接收設(shè)備與檢測(cè)儀間429數(shù)據(jù)處理。

429總線控制單元具有預(yù)設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸速率、奇/偶校驗(yàn)可選擇、發(fā)送與接收電路完全隔離、可選擇重點(diǎn)或查詢方式接收數(shù)據(jù)。

429數(shù)據(jù)電壓波形如圖3所示。

圖3 電平轉(zhuǎn)換電路圖

其中：

3.5 模擬信號(hào)前端處理

被測(cè)設(shè)備輸出的模擬信號(hào)直流電壓高達(dá)幾十伏，有的只有毫伏級(jí)，對(duì)這些信號(hào)無法送到A/D板直接處理，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，達(dá)到A/D板測(cè)試量程范圍內(nèi)，電平轉(zhuǎn)換電路，如圖4所示。將超過A/D板測(cè)試量程的直流電壓進(jìn)行分壓，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后再由軟就按比例還原，電平轉(zhuǎn)換關(guān)系為V0=Ra/(Ra+Rb)·VI，對(duì)弱信號(hào)通過運(yùn)放進(jìn)行適當(dāng)放大，再送A/D板進(jìn)行處理。

圖4 電平轉(zhuǎn)換電路圖

3.6 總線板

總線板主要完成電源的加/端電控制、內(nèi)/外離散量控制轉(zhuǎn)換、內(nèi)/外429總線控制功能轉(zhuǎn)換、模擬表圖的驅(qū)動(dòng)。總線板各功能動(dòng)作受控于PC104,PC104通過ISA總線以RS232串行通信方式向總線板發(fā)送指令，總線板采用單片機(jī)及其他店里出來PC104總線信號(hào)?？偩€板框圖如圖5所示。

圖5 總線硬件框圖

3.7 數(shù)據(jù)采集處理單元

主要完成模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過PC104送中央處理單元。綜合測(cè)試儀是一個(gè)具有PC104擴(kuò)展槽，提供16位AD轉(zhuǎn)換能力。被測(cè)組合接收設(shè)備輸出的模擬信號(hào)經(jīng)過模擬信號(hào)前端處理后，轉(zhuǎn)換為AD單元進(jìn)行處理，通過模擬多路開關(guān)、采樣保持電路、AD轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過PC104總線接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理顯示。數(shù)據(jù)采集處理單元原理框圖，如圖6所示。

圖6 AD控制原理框圖

4 組合接收設(shè)備綜合測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)儀軟件包括顯控軟件、429總線軟件、鎖存器軟件、1553B總線軟件。

顯控軟件為PC104軟件，采用C++Builder5.0編程，以WINDOWS操作系統(tǒng)作為整個(gè)檢測(cè)儀軟件的支持平臺(tái)。主要完成通過采集面板鍵盤、鼠標(biāo)的操作，將控制參數(shù)（工作波道、模式等）進(jìn)行采集、匯編，通過串口（COM1）下發(fā)給接口單元以規(guī)定總線信號(hào)控制組合接收機(jī)的工作，同時(shí)在測(cè)試界面上顯示組合接收機(jī)控制參數(shù)；顯控單元接收接口單元回傳的組合接收機(jī)TTL電平信號(hào)，將組合接收機(jī)的數(shù)據(jù)顯示在測(cè)試界面上，以實(shí)現(xiàn)組合接收機(jī)的檢測(cè)功能。

主要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀與ARINC429總線接口和1553B總線接口的雙向通信。

429總線軟件為單片機(jī)軟件，以C語(yǔ)言編程，主要完成429總線數(shù)據(jù)的處理，接收工控機(jī)的TTL控制命令，按組合接收機(jī)429數(shù)據(jù)控制協(xié)議進(jìn)行編碼，發(fā)給429轉(zhuǎn)換電路形成429控制數(shù)據(jù)A、B。接收回傳的塔康429數(shù)據(jù)，按組合接收機(jī)429數(shù)據(jù)協(xié)議解算發(fā)給控制機(jī)進(jìn)行顯示，和顯控軟件的通信采用RS232接口進(jìn)行。

鎖存器軟件為CPLD軟件，以lattice為開發(fā)環(huán)境，采用VHDL語(yǔ)言編寫。主要完成429、1553B總線軟件所用單片機(jī)的接口擴(kuò)展功能。

1553B總線軟件為單片機(jī)軟件，以C語(yǔ)言編程，主要完成1553B總線數(shù)據(jù)的處理，和顯控軟件的通信采用RS232接口進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本方案充分考慮測(cè)試的需求，采用總線化、模塊化的測(cè)試技術(shù)組建自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。本測(cè)試平臺(tái)能夠滿足某型飛機(jī)組合接收設(shè)備性能測(cè)試，以此形成產(chǎn)品的測(cè)試能力和故障排查能力，保證飛機(jī)組合接收設(shè)備的修理質(zhì)量，提升工廠飛機(jī)修理產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。