摘 要：某型裝備飛行控制過程中，慣性儀表作為飛行姿態(tài)的敏感元件，其精度直接決定了該控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。因此，慣性儀表單元測試是該控制系統(tǒng)測試的一個核心內(nèi)容。由于設(shè)計等各方面因素導(dǎo)致現(xiàn)有的測試方法存在人工干預(yù)性強、環(huán)境噪聲大、測試時間長等問題。為此，在現(xiàn)有測試條件基礎(chǔ)上，本文基于CAN總線通訊技術(shù)提出一種針對該控制系統(tǒng)慣性儀表單元測試的改進(jìn)方案，并設(shè)計相關(guān)實驗驗證了該方案的可行性。

關(guān)鍵詞：慣性儀表測試；CAN總線；改進(jìn)

中圖分類號：TP273

某型裝備控制系統(tǒng)慣性儀表測試作為該控制系統(tǒng)單元組件測試的重要組成部分，其測試過程相對復(fù)雜，人員參與多，測試用時較長?，F(xiàn)用的主要測試設(shè)備為陀螺測試儀，該儀器在設(shè)計過程中采用模擬電路，并采用機械式表頭，沒有設(shè)計相關(guān)程控接口，測試人員需要通過量程轉(zhuǎn)換開關(guān)改變量程來判讀數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)受人為因素影響大，不利于對于慣性儀表性能變化的跟蹤分析。CAN總線作為一種通用工業(yè)總線，具備較好的總線糾錯能力和控制能力，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車等大型設(shè)備的控制中。為此本文在原有測試設(shè)備和測試方法的基礎(chǔ)上，利用CAN總線通訊技術(shù)，對該設(shè)備及其它相關(guān)設(shè)備進(jìn)行程控化改進(jìn)，提出針對該慣性儀表的自動化、智能化測試方法研究方案。

1 系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計

根據(jù)慣性儀表單元測試說明書以及相關(guān)測試內(nèi)容的要求，整個系統(tǒng)的硬件可由以下幾部分組成：CAN總線通訊節(jié)點設(shè)計，AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板，信號控制與隔離電路三部分組成。其系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

1.1 CAN總線節(jié)點硬件設(shè)計。CAN總線節(jié)點，作為系統(tǒng)測試指令信號發(fā)送以及測試數(shù)據(jù)接收的通訊組件，是系統(tǒng)完成相關(guān)測試任務(wù)，實現(xiàn)測試設(shè)備之間協(xié)調(diào)控制、測試的重要組成部分。在硬件上實現(xiàn)CAN總線節(jié)點的方法有很多，由于本文是對原有慣性儀表測試方法的改進(jìn)，結(jié)合實現(xiàn)難度和可靠性等因素，本文采用P89V51RD2單片機讀寫SJA1000CAN總線控制器，ATM1050CAN總線收發(fā)器驅(qū)動方式，構(gòu)成CAN總線節(jié)點。其基本硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 信號控制與隔離電路。由于原有設(shè)備不具備遠(yuǎn)程程控能力，采用人工按鍵操作控制，為此需要對原有測試設(shè)備進(jìn)行簡單程控接口改進(jìn)，為了盡可能的保持原有設(shè)備的獨立性，本文在設(shè)計過程中通過外加信號控制與隔離電路的方式實現(xiàn)對于原有設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，具體方法為利用CAN節(jié)點使單片機數(shù)字信號通過光耦放大電路控制繼電器矩陣操作實現(xiàn)對原有按鍵，旋鈕的選擇，從而程控測試設(shè)備，實現(xiàn)測試過程。其基本組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.3 信號采集。陀螺測試設(shè)備的輸出均為模擬輸出，為了獲得其測試數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制測試需要對其進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，為此設(shè)計使用外部AD轉(zhuǎn)換電路，以實現(xiàn)模擬輸出量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。本文采用C8051F330D單片機中的12位高精度AD轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)對輸出量的AD變換，并利用單片機進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的計算、存儲，實現(xiàn)測試設(shè)備離線和在線測試。其過程為利用測試設(shè)備的表頭輸入信號作為AD變換的輸入信號獲得相應(yīng)數(shù)字信號，單片機利用表頭的放大系數(shù)計算后獲得真實的測試輸出量，繼而產(chǎn)生總線請求信號，將測試結(jié)果向程控計算機發(fā)送。其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2 系統(tǒng)軟件組成

系統(tǒng)的軟件主要包括：上位機應(yīng)用程序，下位機的驅(qū)動程序兩部分組成。其中上位機應(yīng)用程序基于VC6.0語言開發(fā)，其主要功能為完成測試的流程控制，數(shù)據(jù)的分析、存儲、實時顯示、打印，進(jìn)一步擴展可以實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，分析慣性儀表全壽命期間的性能變化規(guī)律；下位機驅(qū)動程序，主要是基于C語言的單片機編程，其基本功能為實現(xiàn)CAN節(jié)點的程序驅(qū)動，AD轉(zhuǎn)換控制，數(shù)據(jù)的發(fā)送和簡單處理。

2.1 上位機應(yīng)用程序。上位機應(yīng)用程序主要是根據(jù)測試規(guī)程，形成相關(guān)的控制指令，下發(fā)控制相關(guān)測試設(shè)備，繼而實現(xiàn)對于測試的流程控制。其工作過程為：首先根據(jù)測試規(guī)程分析形成相關(guān)測試設(shè)備的繼電器矩陣控制編碼、設(shè)備代碼、指令碼，此項內(nèi)容主要是在程序設(shè)計時通過協(xié)議完成。指令經(jīng)過總線識別后控制相關(guān)設(shè)備工作，相關(guān)設(shè)備工作后，設(shè)備的工作狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)通過總線回發(fā)至程控計算機，上位機應(yīng)用程序在接到相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)分析后，分類對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出顯示、存儲或報警。如數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常應(yīng)查詢故障數(shù)據(jù)庫給出可能故障。從而實現(xiàn)陀螺測試的自動化、智能化。其主要工作流程如圖5所示。

2.2 下位機驅(qū)動程序。下位機驅(qū)動程序主要由CAN總線驅(qū)動程序、信號控制程序、數(shù)據(jù)信號的AD控制程序三部分組成。其主要工作原理是根據(jù)CAN2.0b總線協(xié)議和SJA1000工作手冊相關(guān)指標(biāo)要求，完成對于SJA1000的控制和總線對于數(shù)據(jù)的收發(fā)。信號控制程序是利用從總線獲得的指令碼根據(jù)系統(tǒng)控制協(xié)議，控制I/O輸出矩陣驅(qū)動光耦電路從而實現(xiàn)對于測試設(shè)備的控制。AD轉(zhuǎn)換控制主要完成AD轉(zhuǎn)換的時間、方式等設(shè)置，以及數(shù)據(jù)的最終整理和發(fā)送請求。由于在系統(tǒng)中下位機驅(qū)動程序包含兩類單片機，因此在兩類單片機之間還需要編寫UART通訊應(yīng)用程序完成數(shù)據(jù)和指令的傳遞。其下位機驅(qū)動程序主要工作流程如圖6所示。

3 實驗驗證

為了驗證上述設(shè)計方案的可行性，設(shè)計了CAN總線通訊實驗和繼電器矩陣控制兩個實驗內(nèi)容。

3.1 CAN總線通訊實驗。在本文設(shè)計方案中，一個重要環(huán)節(jié)是通過程控計算機自動控制測試設(shè)備，因此CAN總線通訊中誤碼率成為系統(tǒng)可靠性的一個重要方面，為了有效驗證本文方法的可行性，故設(shè)計了CAN總線通訊實驗。實驗方法為將所有CAN節(jié)點連接后，按照設(shè)計方案協(xié)議，順序和隨機發(fā)送正確和錯誤指令報文，在節(jié)點的接收端通過CAN總線轉(zhuǎn)接RS232實驗盒將報文讀回程控計算機，判斷傳輸?shù)恼`碼率。實驗條件：CAN節(jié)點連接數(shù)為3，總線帶寬1Mb/s。實驗結(jié)果如表1所示。

從實驗結(jié)果上看，CAN總線的通訊過程能夠保證指令碼的正確發(fā)送，由于下位機有指令校驗程序，即接收指令應(yīng)同下位機規(guī)程指令順序編碼表相統(tǒng)一，故而能夠確保錯誤指令的準(zhǔn)確識別和對于設(shè)備的保護(hù)。

3.2 繼電器矩陣控制實驗。繼電器控制實驗主要是將總線同繼電器矩陣相連接后，測試程控計算機對繼電器矩陣的控制能力以及隔離放大電路的可靠性。實驗分兩個方面：1、測試?yán)^電器矩陣的工作能力；2、隔離放大電路在環(huán)境和長時間使用條件下的工作能力。

測試?yán)^電器矩陣工作能力的實驗，采用在每個繼電器矩陣節(jié)點上安裝發(fā)光二極管，通過控制特定節(jié)點上發(fā)光二極管的點亮來測試?yán)^電器矩陣的控制。實驗結(jié)果表明：利用報文可以實現(xiàn)對于繼電器節(jié)點的連續(xù)500次跑馬燈點亮，不出現(xiàn)錯誤。實驗發(fā)現(xiàn)，在長時間控制中出現(xiàn)了繼電器不工作現(xiàn)象，但沒有發(fā)生誤工作現(xiàn)象。

隔離放大電路在環(huán)境和長時間使用條件下的工作能力實驗，主要是在原有測試環(huán)境下，將繼電器矩陣連續(xù)通電工作2小時以上，未發(fā)生異常情況。

4 結(jié)束語

通過上述實驗，驗證了該方案在理論上的可行性，只需按照本方案對原測試設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，即可實現(xiàn)該控制系統(tǒng)慣性儀表的自動化、智能化單元測試。本文方案優(yōu)點在于：一是沒有從本質(zhì)上改變測試原理，測試人員不需要進(jìn)行專門的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練；二是對于測試設(shè)備的改裝采用外接方法，保持了測試設(shè)備的獨立性，即脫離本方案原有測試方法也可同時使用；三是由于采用自動化測試技術(shù)和總線技術(shù)，可以實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程測試，從而可以有效縮短測試時間，減少測試過程中環(huán)境對于人員的傷害。

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作者簡介：馬翔楠（1984.05-），男，河南偃師人，工程師，碩士研究生，研究方向：控制理論與控制工程；魏洪棟（1981-），男，江蘇徐州人，工程師，碩士研究生，研究方向：控制理論與控制工程。

作者單位：96411部隊，陜西寶雞 721013