沈密娜

（海凱迪克航空工程技術(shù)有限公司，上海 200443）

0 引言

對于飛機(jī)火控系統(tǒng)而言，火箭控制盒是其中一個(gè)十分關(guān)鍵的組成部分。要想在飛機(jī)飛行的過程中確保安全及穩(wěn)定性能，那么針對這一配件組成開展相應(yīng)的檢驗(yàn)測量工作是十分必要的。就當(dāng)前的檢測工作開展情況來看，通常所運(yùn)用的檢測設(shè)備元器件眾多，電路較復(fù)雜，實(shí)時(shí)性較差，數(shù)據(jù)信息傳遞穩(wěn)定性能較差，一部分功能作用無法實(shí)際完成，并且因?yàn)殚L時(shí)間的操作運(yùn)用造成設(shè)備老化，給檢測工作的開展帶來一定困擾。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)水平的提升，在設(shè)備檢測領(lǐng)域也實(shí)現(xiàn)了全新的突破，之前所使用的檢測儀器逐漸被先進(jìn)的智能技術(shù)所取代。PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，已經(jīng)受到了技術(shù)操作者愈發(fā)廣泛的注重，在檢測工作開展的過程中也有了更多的運(yùn)用，所以借助現(xiàn)在十分常見的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對檢測技術(shù)加以完善與提升成為擺在眼前的現(xiàn)實(shí)性問題。

1 硬件平臺構(gòu)建

1.1 技術(shù)指標(biāo)

火箭控制盒是做用于火箭彈發(fā)射過程中的操控的一種設(shè)備。一般而言，火箭控制盒在工作開展的時(shí)候，所采取的形式有三種。處于三種差異性的工作形勢中，火箭控制盒把脈沖電流按順序傳遞到電點(diǎn)火具位置處，讓火箭彈遵循輸出脈沖的順序完成發(fā)射工作，并且在整個(gè)發(fā)射的過程中，還要將相關(guān)的動態(tài)信息完整的回饋反映在電子屏幕上。按照火箭控制盒所具備的性能不同，在檢測工作中所需要針對的是下面幾個(gè)問題：

①直流電壓： 電壓的值在0V 到30V 之間，電壓值要精確到±0.1V。②直流電流：電流的值在0.1A 到2A 之間，電流值要精確到±0.01A。③離散量：主要指的是12 路離散信號的收集工作和開關(guān)量控制信號的產(chǎn)生。④脈沖信號： 主要針對頻率低于100Hz 的脈沖信號，對其周期及寬度加以測量，數(shù)值要精確到±1ms。

1.2 檢測系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)

要想完成對數(shù)據(jù)信息的收集工作，檢測系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)需要為：PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理板、硬件接口、連接電纜以及需要接受檢測的對象。這些結(jié)構(gòu)里邊，PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠給軟件的開發(fā)平臺創(chuàng)造所需的適應(yīng)條件，火箭控制盒輸出檢測信號，該信號通過二極管、電阻、電容簡單濾波后，其上升沿觸發(fā)JK 觸發(fā)器使數(shù)據(jù)保持與鎖存，脈沖信號的低狀態(tài)經(jīng)過數(shù)據(jù)保持與鎖存觸發(fā)器，把兩次鎖存信號進(jìn)行門電路操作，就是輸出脈沖的脈寬，隨后對輸出的12個(gè)脈沖疊加。由數(shù)據(jù)采集卡在軟件的控制下采集經(jīng)過調(diào)理的信號，再通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換送給PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加以保存或處理。

圖1 檢測儀原理框圖

1.3 信號調(diào)理板

該檢測系統(tǒng)中信號調(diào)理板需要解決兩個(gè)方面的信號處理問題：(1)解決模擬量與數(shù)據(jù)采集板卡之間的電平匹配問題，火箭控制盒的工作電壓是27V，而ADT700 數(shù)據(jù)采集模塊能采集到的最大輸入電壓為5V，因此需要先將工作電壓通過信號調(diào)理板進(jìn)行降壓，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。(2)火箭控制盒的脈沖輸出信號是一個(gè)非常不規(guī)則的信號，電火花與尖峰電壓頻繁，其有效部分必須進(jìn)行整形才能被識別。

1.3.1 電平匹配和RC 整形

火箭脈沖的電壓幅值是27V，經(jīng)過分壓電阻R2 和R3，信號幅值降為4.5V，不同電容值的C1、C2 和C3 使信號加以抑制或使其急劇衰減，得到相對平滑的波形。當(dāng)有尖峰電壓時(shí)，檢測端A 的幅值會跳變，二極管D2 和電阻R1 使檢測端A 的幅值限制在4.5V。二極管D1 使火箭控制盒的地信號不能輸出到檢測儀。

圖2 電平匹配和RC 濾波電路

1.3.2 脈沖波形保持與鎖存

觸發(fā)器是在輸入信號消失以后，能將獲得的新狀態(tài)保存下來。經(jīng)RC 濾波電路處理后的脈沖波形A，送到JK 觸發(fā)器進(jìn)行狀態(tài)修正。

觸發(fā)器A 的時(shí)鐘端CP 接收到脈沖波形A 的上升沿，因?yàn)镴端置H 高電平，K 端置L 低電平，所以輸出端Q 保持為高電平，如圖3 狀態(tài)A 所示。如果脈沖波形A 存在干擾信號，觸發(fā)器只接收第一個(gè)上升沿，并對其狀態(tài)保持為高電平，這樣保證了狀態(tài)的穩(wěn)定，不會因?yàn)榇嬖诟蓴_信號的原因而改變狀態(tài)。

觸發(fā)器B 的復(fù)位端R 接收脈沖波形A 的低狀態(tài)，當(dāng)有低狀態(tài)時(shí)輸出端Q 保持為低電平，如圖3 狀態(tài)B 所示。

狀態(tài)A 接收上升沿，狀態(tài)B 接收低電平，但是狀態(tài)A 與狀態(tài)B 有時(shí)序差，如圖3 的時(shí)序所示。把兩次鎖存信號狀態(tài)A 和狀態(tài)B 進(jìn)行邏輯與操作就是輸出脈沖的脈寬，如脈沖波形B。

圖3 波形保持與鎖存

1.4 數(shù)據(jù)采集卡功能

檢測儀的外圍硬件選用的是盛博公司的數(shù)據(jù)采集卡ADT700，通過堆棧與CPU 模塊連接。

數(shù)據(jù)采集卡ADT700 提供了32 路模擬量輸入通道，支持雙極性的模擬信號輸入，采樣頻率可達(dá)100kHz，12 位分辨率，確保了實(shí)時(shí)信號不間斷的采集。通過檢測軟件對ADT700 數(shù)據(jù)采集模塊的控制，可以在檢測畫面中對各種信號實(shí)時(shí)監(jiān)測，以檢測輸入的工作電壓是否符合精度要求，工作電流是否正常反應(yīng)了火箭控制盒的工作狀況。

2 軟件數(shù)據(jù)采集

2.1 開發(fā)軟件的選擇

在硬件基礎(chǔ)確定的條件下，PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于選擇合適的軟件開發(fā)。該檢測系統(tǒng)選用專門為工程技術(shù)人員開發(fā)的語言——C 語言，同時(shí)運(yùn)行在DOS 操作系統(tǒng)下。

2.2 人機(jī)操作界面

C 語言軟件開發(fā)平臺可以編寫方便、 直觀的圖形化操作界面，根據(jù)檢測界面下方提示，按[ENTER]鍵，[ESC]鍵，[↓]鍵和[↓]鍵，選擇不同的檢測項(xiàng)目，就可以完成火箭控制盒的檢測任務(wù)。

2.3 軟件編寫

圖4 檢測儀軟件流程圖

檢測儀的軟件設(shè)計(jì)基于PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的CPU模塊，整個(gè)系統(tǒng)軟件所選擇的是模塊化的設(shè)計(jì)方案，這樣一來所有功能就能夠更加細(xì)致的劃分。這樣，軟件在升級性能問題上就得到有效增強(qiáng)，同時(shí)在檢測的時(shí)候也更為便利。軟件是通過C 語言編程方式來實(shí)現(xiàn)完成的，軟件結(jié)構(gòu)所遵循的是前后臺系統(tǒng)的原則，其中主程序?qū)儆谒姥h(huán)的框架，借助函數(shù)調(diào)用以及子程序來完成參數(shù)的輸送工作。脈沖寬度和周期的測量是采取定時(shí)器停止工作的方法來解決的。

系統(tǒng)軟件模塊包括：主程序、初始化子程序、A/D 轉(zhuǎn)換子程序、火箭脈沖將初始位置信號的條件判讀子程序、模擬量采集子程序、火箭彈發(fā)射方式子程序、發(fā)射狀態(tài)子程序、離散量采集子程序、中斷定時(shí)子程序和脈沖寬度與周期測量子程序等。

2.3.1 模擬量的采集

借助觀察畫面上所顯示的信息能夠完成對電壓與電流的隨時(shí)掌控，所涉及到的信息獲取都是借助ADT700 來完成的。

2.3.2 離散量的采集

當(dāng)對火箭控制盒進(jìn)行檢測的時(shí)候，我們必須要對各個(gè)通道的離散信號信息加以收集獲取。在這里能夠把這一工作環(huán)節(jié)設(shè)立成子函數(shù)，然后再相對的通道上就能夠完成每一通道信號的獲取工作。

2.3.3 脈沖寬度測量

火箭控制盒工作時(shí)產(chǎn)生的脈沖寬度以及脈沖周期是其主要性能參數(shù)，因此必須檢測其是否符合技術(shù)要求。在傳統(tǒng)檢測方法中，我們需要外接示波器來實(shí)現(xiàn)脈沖信號的采集，并通過一一比較的方法找出12 路脈沖信號中的最小脈沖寬度。而在該檢測儀中我們通過ADT700 數(shù)據(jù)采集模塊和軟件來實(shí)現(xiàn)這一功能。

在這里我們第一步要做的就是借助選擇檢測項(xiàng)目，按[ENTER] 鍵把一組開關(guān)量控制信號送達(dá)ADT700 的一路DO 端口，這樣一來就能夠把工作電壓連接到火箭控制盒，當(dāng)接收到該高電平時(shí)計(jì)數(shù)器卡ADT700 開始計(jì)時(shí)，直到該高電平消失。在計(jì)數(shù)工作之后把最終數(shù)據(jù)輸送到顯示屏處進(jìn)行顯示，就可以知道每一路脈沖的寬度具體值，然后采取比較字函數(shù)最小值的方法，就能夠獲取最終的檢測數(shù)據(jù)。這樣能夠有效的增加了檢測的精度，更提高了工作效率。

3 可靠性設(shè)計(jì)

檢測儀采用的是最簡化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模塊采用堆棧連接，同時(shí)功能模塊與PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模塊也采用堆棧連接。檢測儀的輸入輸出信號進(jìn)行隔離、輸出信號進(jìn)行極性保護(hù)，確保信號安全性，進(jìn)一步保護(hù)檢測設(shè)備和被試設(shè)備的安全。

4 結(jié)論

基于PC/104 嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的該火箭控制盒檢測儀操作界面友好、抗干擾強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠、可以更加便利高效地實(shí)現(xiàn)這一產(chǎn)品所有性能的檢測工作，并且可以給未來研發(fā)工作帶來重要的參照依據(jù)。

本產(chǎn)品已經(jīng)在委內(nèi)瑞拉、玻利維亞、巴基斯坦、蘇丹、緬甸等國的項(xiàng)目中應(yīng)用，實(shí)踐證明性能穩(wěn)定，并得到了用戶的好評。

[1]梁越，李剛，王曉陵.基于PC/104 的多串口通訊的設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用科技，2004(3):28-29.

[2]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)清華大學(xué)電子學(xué)教研組第2版.