陳友龍，程 瑞，李勛章，胡新生

(海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041)

近年來(lái)我國(guó)海軍四站保障裝備正處在快速發(fā)展的階段，保障裝備的信息化也需要及時(shí)跟進(jìn)，保障飛機(jī)飛行的電源車的型號(hào)多，保障要求高，因而很需要研制一套能夠自動(dòng)采集車輛動(dòng)態(tài)技術(shù)狀態(tài)的設(shè)備，對(duì)科學(xué)確定車輛的維修保養(yǎng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)車輛器材消耗規(guī)律的準(zhǔn)確分析和預(yù)測(cè)，為管理部門提高車輛管理信息具有極為重要的意義。近年來(lái)國(guó)內(nèi)很多專家學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了大量研究［1-5］。飛機(jī)電源車在線故障檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用了自動(dòng)化檢測(cè)和高級(jí)語(yǔ)言編程技術(shù)對(duì)電源車啟動(dòng)后的各種重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)、顯示和存儲(chǔ)。該檢測(cè)系統(tǒng)由硬件和軟件組成，安裝在電源車車體內(nèi)部，部隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)的適配箱以及配套的上位機(jī)軟件可以隨時(shí)查看車輛的整車運(yùn)行情況，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行快速地定位和排除。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

飛機(jī)電源車在線故障檢測(cè)系統(tǒng)是由信號(hào)采集板卡、信號(hào)調(diào)理箱、信號(hào)綜合處理電路板、模擬量采集器、UBS 接口組成，通過(guò)測(cè)量電源車蓄電池電壓、應(yīng)急開(kāi)關(guān)工作情況、交流輸出開(kāi)關(guān)工作情況、(36 V)輸出開(kāi)關(guān)工作情況、(115 V)輸出開(kāi)關(guān)工作情況、(115 V)繼電器工作情況、開(kāi)關(guān)工作情況、油壓開(kāi)關(guān)工作情況、儀表用柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、調(diào)速用柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、直流電壓、直流電流、發(fā)電機(jī)組三相電壓、電纜輸出三相電壓、單相115 V 電壓、單相交流電流，采集的電壓、電流信號(hào)、脈沖信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換為0 ～5 V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)USB 接口輸出給上位機(jī)進(jìn)行讀取和儲(chǔ)存。操作人員通過(guò)檢測(cè)儀的適配箱以及配套的上位機(jī)軟件可以隨時(shí)查看車輛的整車運(yùn)行情況，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行快速的定位和排除。系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

飛機(jī)地面電源車在線檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要完成電源車測(cè)量信號(hào)的調(diào)理和采集等功能，硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。行放大調(diào)理，最終將各種交流信號(hào)統(tǒng)一變送為0 ～5 V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

圖2 硬件原理

轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路將來(lái)自于車體的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)自制的轉(zhuǎn)速調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)的整形、放大、隔離，將轉(zhuǎn)速信號(hào)統(tǒng)一變送為0 ～5 V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

開(kāi)關(guān)量信號(hào)調(diào)理電路將來(lái)自于車體的開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)光電隔離器件進(jìn)行隔離處理，采用日本東芝的PS8701 進(jìn)行隔離，該隔離芯片的特點(diǎn)是隔離電壓高(大于3 000 V)，響應(yīng)速度快(小于1 μs)，同時(shí)抗震性能較為優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于車載電子系統(tǒng)，使我們本系統(tǒng)理想的選擇器件。

信號(hào)綜合處理電路板將上述模塊進(jìn)行集中整合，并對(duì)一些輸出信號(hào)進(jìn)行二次隔離、放大處理，同時(shí)將所有信號(hào)的連接線統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為能與模擬量采集器連接的標(biāo)準(zhǔn)連接方式。

12 位USB 模擬量采集器采用雙諾公司的MP 系列采集卡，該采集卡集成的轉(zhuǎn)換芯片為逐次逼近的A/D 轉(zhuǎn)換芯片，采集速度大于300k，其12 位的精度完成能滿足本系統(tǒng)的要求，內(nèi)部參考電源采用美信公司的Max 系列參考電源，該系列參考電源溫漂小、長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性能優(yōu)異。多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選用ST 公司的集成緩沖功能的32 路轉(zhuǎn)換芯片，切換速度小于0.5 μs，滿足本系統(tǒng)要求。

由于自檢儀適配箱采用車載蓄電池作為供電來(lái)源，該電源為車載其他眾多設(shè)備共用，因此電源的潔凈度較低，為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須對(duì)該電源進(jìn)行凈化。我們采用以下方案，如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)供電

直流信號(hào)調(diào)理電路將來(lái)自于車體的直流信號(hào)采用軍品隔離變送模塊進(jìn)行隔離和運(yùn)放處理。變送模塊選用四川綿陽(yáng)維博公司的0.2 級(jí)PCB 板安裝的直流變送模塊，將各種直流信號(hào)統(tǒng)一變送為0 ～5 V 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。

交流信號(hào)調(diào)理電路將來(lái)自于車體的交流信號(hào)采用軍品隔離變送模塊進(jìn)行隔離和運(yùn)放處理。變送模塊選用美國(guó)LEM 公司的0.2 級(jí)PCB 板安裝的交流變送模塊，模塊的輸出信號(hào)通過(guò)交流信號(hào)調(diào)理電路上的二次運(yùn)放電路進(jìn)一步進(jìn)

蓄電池電源通過(guò)共模濾波器消除了共模干擾信號(hào)，進(jìn)一步輸入到寬壓輸入的DC-DC，因?yàn)樾铍姵仉娫赐瑫r(shí)供給車載多個(gè)電子設(shè)備使用，因此電源存在嚴(yán)重的瞬間拉電或浪涌的情況，必須采用寬壓輸入的DC-DC，我們選用的是專業(yè)做電源的北京朝陽(yáng)公司的軍品級(jí)寬壓輸入DC-DC(輸入為18 ～36 V，輸出為5 V 和±12 V)，該DC-DC 的優(yōu)良的品質(zhì)已經(jīng)被部隊(duì)多年實(shí)際使用證實(shí)。DC-DC 的輸出通過(guò)線路板濾波器的進(jìn)一步凈化就可以提供給系統(tǒng)進(jìn)行使用了。電源監(jiān)測(cè)模塊的主要作用是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源是否要發(fā)生變化。系統(tǒng)電源如果發(fā)生掉電情況，由于板上電容等儲(chǔ)電器件的作用，電源會(huì)在100 ms 內(nèi)才跌落出系統(tǒng)正常工作的電源范圍，而電源監(jiān)測(cè)模塊會(huì)在電源變化得一開(kāi)始就進(jìn)行判斷，在很短的時(shí)間內(nèi)判斷出電源是否要掉電，如果是則馬上進(jìn)行相應(yīng)處理，在電源跌落出系統(tǒng)正常的工作范圍之前，對(duì)USB 數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行硬觸發(fā)從而通知上位機(jī)進(jìn)行低壓報(bào)警顯示，極大的保證了系統(tǒng)的可靠性。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分

如圖4 所示，主要分以下4 個(gè)子模塊。

操作功能設(shè)定模塊:主要通過(guò)操作人員的選擇和設(shè)定完成檢測(cè)項(xiàng)目的選擇、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)模式的設(shè)定以及其他一些操作的設(shè)置。

圖4 軟件系統(tǒng)

虛擬儀表顯示模塊:主要完成測(cè)量數(shù)據(jù)的同步顯示。主要有2 方面功能，一方面將測(cè)量數(shù)據(jù)以時(shí)間為橫坐標(biāo)、以數(shù)據(jù)實(shí)際數(shù)值為縱坐標(biāo)進(jìn)行曲線顯示。另一方面可以通過(guò)與電源車車載電氣系統(tǒng)完全相同的虛擬儀表對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬顯示。例如在2009 年9 月8 日上午9 時(shí)12 分操作人員進(jìn)行了某型電源車的單相115 V 供電操作，則虛擬儀表就會(huì)顯示出當(dāng)時(shí)操作人員進(jìn)行的操作情況，如操作的各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)、各種電壓、電流、頻率等數(shù)顯表的當(dāng)時(shí)顯示等，為操作人員排除故障提供了極大的便利。

故障查詢分析模塊:主要完成用戶對(duì)故障現(xiàn)象的查詢功能，并為用戶提供排故方法和播放排故錄像。

結(jié)果處理模塊:主要完成各種數(shù)據(jù)報(bào)表的打印、保存等功能，便于用戶將重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和記錄。

4 結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)電源車故障在線自檢儀可以實(shí)現(xiàn)電源車的工況在線檢測(cè)，為廠家對(duì)車況的整體把握和操作人員對(duì)出現(xiàn)故障后的及時(shí)排除提供了有利的保證。該自檢儀在安裝使用時(shí)充分考慮了各種惡劣的環(huán)境因素，具有很好的抗沖擊、抗腐蝕、抗靜電干擾等性能。該自檢儀的應(yīng)用對(duì)提高部隊(duì)的裝備維修效率和提高部隊(duì)的應(yīng)急作戰(zhàn)能力具有深遠(yuǎn)的意義。

該儀器的研制成功將極大的提高對(duì)電源車裝備的維護(hù)和維修能力，解決了電源車沒(méi)有配套車載在線故障診斷儀器的問(wèn)題，對(duì)電源車裝備向信息化和智能化方向的發(fā)展起到了積極地推動(dòng)作用，具有極高的軍事和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

［1］李彤，李闖，常成.基于ZigBee 協(xié)議的短距離無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2012（7）:2729.

［2］李云溪，韓濤，項(xiàng)建峰.基于單片機(jī)的GPS 定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2012（11）:111-113.

［3］王建宇，戴躍偉.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［4］劭貝貝，Labrosse J J. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-II［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［5］唐運(yùn)虞，劉向東，修春波.基于GPS/GPRS/GIS 的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2004（10）:7-9.