郭維波，吳凌燕，馮威

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

基于NI-cDAQ自動(dòng)測(cè)試火控系統(tǒng)電源組件

郭維波，吳凌燕，馮威

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041）

分析了某型飛機(jī)火控系統(tǒng)原電源部件檢測(cè)設(shè)備的主要檢測(cè)思路，列舉了該檢測(cè)設(shè)備的特點(diǎn),并針對(duì)其存在的問(wèn)題：體積龐大、測(cè)試耗時(shí)長(zhǎng)，檢修不方便等，提出了一種自動(dòng)測(cè)試設(shè)備框架，系統(tǒng)地介紹了新框架的硬件組成及軟件實(shí)現(xiàn)方法。硬件方面主要選用可靠性高的軍品級(jí)產(chǎn)品：pc104，NI-cDAQ；軟件方面采用流行的圖形化編程工具Labview2010。根據(jù)該實(shí)例，給出了現(xiàn)代檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)的新的實(shí)現(xiàn)方法和思路，實(shí)現(xiàn)了全新的火控系統(tǒng)裝備維修保障模式。對(duì)于其他同類型的檢測(cè)設(shè)備的研制，具有借鑒意義。

自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，NI compact DAQ，Labview2010

0 引言

某引進(jìn)機(jī)型具有先進(jìn)的對(duì)空、對(duì)地火控系統(tǒng)，可以對(duì)空、對(duì)地目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)與火力引導(dǎo)。其火控系統(tǒng)由火控計(jì)算機(jī)、信息交聯(lián)組件、慣性組件等設(shè)備組成，這些設(shè)備所需電源種類多、供電電流大、供電分支復(fù)雜，因此，原廠在該型機(jī)上專門(mén)設(shè)計(jì)了火控系統(tǒng)電源組件。電源組件可以根據(jù)各火控組件所需電壓電流，在內(nèi)部編碼后分別向?qū)?yīng)分支供電，供電電壓分別為直流27 V、交流400 Hz的115 V（區(qū)分單相與三相）、交流400 Hz的36 V。

由于電源組件內(nèi)部具有電壓變換電路和復(fù)雜的編碼輸出電路，所以會(huì)經(jīng)常引發(fā)故障，地勤工作人員對(duì)其檢測(cè)往往依賴于引進(jìn)的原制檢測(cè)設(shè)備［2］。

原制檢測(cè)設(shè)備具有操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯等優(yōu)點(diǎn)，但隨著社會(huì)進(jìn)步和飛機(jī)出勤率的加大，這些檢測(cè)設(shè)備也出與時(shí)代不符的缺點(diǎn)，這就需要一種更為先進(jìn)的測(cè)試手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種大量數(shù)據(jù)采集并被識(shí)別的功能。

1 原制檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)

原制檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)是構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試的基礎(chǔ)，該檢測(cè)設(shè)備主要由大量的開(kāi)關(guān)與指示燈組成，具體電路為4大部分，分別是地面電源供電部分、設(shè)備供電部分、開(kāi)關(guān)量控制部分、電源輸出指示部分。這4部分的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。

圖1 電源部件檢測(cè)設(shè)備測(cè)試結(jié)構(gòu)圖

圖1中左側(cè)虛線框部分為原制檢測(cè)設(shè)備，右側(cè)虛線框?yàn)楸粶y(cè)的電源組件。在地面電源供電良好的條件下，由設(shè)備供電部分將直流27 V、交流115 V、交流36 V分別向電源組件的轉(zhuǎn)換部分供電，同時(shí)向開(kāi)關(guān)編碼部分與編碼供電部分分配所需信號(hào)。操作人員根據(jù)檢測(cè)工藝扳動(dòng)檢測(cè)面板上的開(kāi)關(guān)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)量控制部分；生成離散信號(hào)送往電源組件的開(kāi)關(guān)編碼部分，由編碼部分根據(jù)編碼表生成控制指令；控制編碼供電部分遵照控制指令，將各個(gè)火控系統(tǒng)組件所需電源輸向?qū)?yīng)插頭；由檢測(cè)設(shè)備的指示部分將這些輸出電源指示出來(lái)。電源組件檢測(cè)設(shè)備的面板指示燈，能夠直觀地顯示出各個(gè)通道供電是否正常，但是顯示信號(hào)量過(guò)多，所采集信號(hào)通道為96個(gè)，操作人員每扳動(dòng)一個(gè)測(cè)試開(kāi)關(guān)，需遍歷所有指示燈。這就造成大量的重復(fù)工作與體力勞動(dòng)，所以就有必要對(duì)電源組件開(kāi)展自動(dòng)檢測(cè)工作，將地勤人員從這種重復(fù)的工作中解放出來(lái)。

2 電源組件自動(dòng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)

上面分析了電源組件檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它的組成結(jié)構(gòu)上有4部分，其中電源供電部分、設(shè)備供電部分為固定結(jié)構(gòu)，無(wú)需改動(dòng)。而真正人機(jī)交互部分就是開(kāi)關(guān)量控制部分和電源輸出指示部分，設(shè)計(jì)的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，能夠按照檢測(cè)步驟自動(dòng)切換相應(yīng)開(kāi)關(guān)，并跟蹤遍歷每一步操作后的面板指示燈變化，從而達(dá)到自動(dòng)測(cè)試的目的［1］。

與每一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)相同，對(duì)該火控系統(tǒng)電源組件的設(shè)計(jì)，應(yīng)分為硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)用來(lái)滿足構(gòu)建檢測(cè)硬件條件，軟件設(shè)計(jì)用來(lái)模擬人工操作過(guò)程從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。

2.1 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備機(jī)箱設(shè)計(jì)

在原檢測(cè)設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，為達(dá)到精簡(jiǎn)箱體結(jié)構(gòu)目的，采用NI公司compact系列機(jī)箱，該機(jī)箱的特點(diǎn)是：體積小，功耗低，可靈活安插各種測(cè)試板卡。所選機(jī)箱具體型號(hào)為NI cDAQ9178，該機(jī)箱與上位機(jī)采用USB通信方式，供電電壓為直流12 V，可供安放測(cè)試板卡的插槽為8個(gè)。

圖2 NIcDAQ9178機(jī)箱構(gòu)造圖

該機(jī)箱所需的12 V電壓，由檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部DC/DC模塊直接變換；檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部采用PC104作為上位機(jī)，與該機(jī)箱通過(guò)USB電纜線通信；使用6個(gè)機(jī)箱插槽，作為后續(xù)的開(kāi)關(guān)控制與數(shù)據(jù)采集。

2.2 開(kāi)關(guān)量控制部分

采用NI繼電器模塊替代原檢測(cè)設(shè)備中的面板開(kāi)關(guān)，由于原開(kāi)關(guān)量信號(hào)中有直流27 V、交流115 V兩種，所以對(duì)繼電器模塊的耐壓值有一定的要求。

采用NI 9485作為直流27 V開(kāi)關(guān)量控制，該模塊屬于固態(tài)繼電器，耐壓值為直流60 V。原檢測(cè)設(shè)備中需要13路27 V開(kāi)關(guān)量，而9485只有8路并行開(kāi)關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中采用了2塊NI 9485控制直流27 V開(kāi)關(guān)量。

采用NI 9481作為交流115 V開(kāi)關(guān)量控制，該模塊屬于電磁型繼電器，耐壓值為250 V。原檢測(cè)設(shè)備中需要10路交流115 V開(kāi)關(guān)量，而9481只有4路并行開(kāi)關(guān)，所以在設(shè)計(jì)中采用了3塊NI 9485控制交流115 V開(kāi)關(guān)量。

所有模塊插入NI cDAQ9178機(jī)箱內(nèi)部插槽，構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)試體。圖3就是電源組件自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，DC/DC模塊組為PC104與NIcDAQ9178提供直流電源，PC104作為測(cè)試設(shè)備的整機(jī)控制，與NI cDAQ9178相互通信。模塊9481、9485分別向被測(cè)件提供交流115 V、直流27 V的開(kāi)關(guān)量，被測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理板被9403所采集分析。

鬼子軍官用手指了指周教授幾個(gè)，又在空中劃個(gè)圈兒，哇啦哇啦說(shuō)了句什么，幾個(gè)日本兵一齊彎腰嗨了聲，嘩啦啦散開(kāi)站成一圈兒，用槍剌抵住周教授幾個(gè)。

圖3 電源組件自動(dòng)測(cè)試的結(jié)構(gòu)圖

2.3數(shù)據(jù)采集

采用9403 IO模塊對(duì)被測(cè)信號(hào)量進(jìn)行采集上。9403屬于TTL電平數(shù)字信號(hào)采集器，如果要對(duì)直流27 V、交流400 Hz 115 V、交流400 Hz 36 V被測(cè)量進(jìn)行采集，就需要將這些被測(cè)量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、隔離，以滿足數(shù)字IO接口要求以及設(shè)備的安全需求。

對(duì)交流電路進(jìn)行調(diào)理要較直流復(fù)雜一些，圖4為交流信號(hào)調(diào)理電路，而直流信號(hào)調(diào)理電路在此基礎(chǔ)上僅去掉整流濾波，這里就不再贅述了。

圖4 交流信號(hào)調(diào)理電路

在圖4中由電阻降壓電路將原115 V交流信號(hào)量降為低壓，經(jīng)過(guò)半波整流、電容濾波形成直流信號(hào)量可供DIO穩(wěn)定檢測(cè)。

上述電路還需與交流115 V做隔離處理，沒(méi)隔離電路，如果降壓電路發(fā)生斷路或接地不良現(xiàn)象，將使高電壓直接進(jìn)入后端測(cè)試件中，引發(fā)事故。所以在這里加一級(jí)光耦隔離，可靠的保障人員與設(shè)備安全。由于光耦電路就屬于一級(jí)反相，所以在光耦后部再加一級(jí)反相將信號(hào)相位糾正過(guò)來(lái)，同時(shí)也能增加對(duì)調(diào)理信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。

輔助顯示電路主要用于軟件調(diào)試時(shí)，用來(lái)參照檢測(cè)結(jié)果。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

利用LabView2010對(duì)NI cDAQ9178進(jìn)行編程，硬件機(jī)箱的驅(qū)動(dòng)主要基于NI公司的MAX軟件，利用MAX軟件完成配置NI cDAQ9178及其內(nèi)部所插板卡后，就可以調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集與開(kāi)關(guān)控制。

圖5為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的軟件流程圖，在使用9481、9485和9403這些模塊前，需要在軟件開(kāi)始將其端口初始化，建立DAQ任務(wù)后方可使用。

依據(jù)檢測(cè)工藝流程，將每一步的操作步驟以表格形式存放。自動(dòng)測(cè)試開(kāi)始并同時(shí)計(jì)數(shù)，并依此查詢所要輸出的控制量。電源組件接收到控制信號(hào)量，因其內(nèi)部編碼將延遲一段時(shí)間才能有輸出，所以軟件中必須有等待時(shí)間，當(dāng)達(dá)到規(guī)定等待時(shí)間后，利用9403對(duì)被采集的IO量進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)。

圖5 測(cè)試軟件流程圖

判斷檢測(cè)步驟到達(dá)最后一步，將所有的采樣與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，從而形成一個(gè)檢測(cè)報(bào)告，以文件形式存儲(chǔ)至硬盤(pán)中，以供用戶查閱。

最后，將原來(lái)系統(tǒng)占有的硬件資源釋放，準(zhǔn)備下一次的自動(dòng)測(cè)試任務(wù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

火控系統(tǒng)電源組件輸出電源數(shù)量與種類較多，采用原機(jī)械開(kāi)關(guān)式的檢測(cè)設(shè)備，需消耗大量的人力資源與時(shí)間資源，同時(shí)由于操作人員的主觀性，不能保證測(cè)量結(jié)果絕對(duì)精準(zhǔn)。

因此，在現(xiàn)階段高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)局勢(shì)下，針對(duì)空地火控系統(tǒng)電源組件，應(yīng)在原檢測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上，改進(jìn)自動(dòng)測(cè)試的方法，能夠快速對(duì)該組件進(jìn)行檢測(cè)，只有這樣才能適應(yīng)各種復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的需要。文中所提及的信號(hào)調(diào)理電路將設(shè)備不同供電類型，都轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)，便于機(jī)cDAQ箱直接數(shù)字采樣，這種方法也適用于機(jī)上其他電源設(shè)備的檢測(cè)。

［1］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)，2004.

［2］姜龍光，王燕山.航空狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器技術(shù)的發(fā)展［J］.測(cè)控技術(shù)，2012，31（4）：1-3.

［3］杜占龍，譚業(yè)雙.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測(cè)控技術(shù)，2012，31（4）：96-99.

Based on NI-cDAQ Fire Control System of Automatic Test Equipment

GUO Wei-bo，WU Ling-yan，F(xiàn)ENG Wei
（Naval Aeronautical Engineering Institute Qingdao Branch，Qingdao 266041，China）

The paper analyzes the main examination way of original automatic testing power supply of fire control system,to given characteristics and question of the examining equipment and at a certain airplane fire control system original power parts examination equipments and enumerated:huge，the test consume long，check to fix inconvenient etc.It gives a kind of automatic testing equipment frame and systematically introduced the hardware of new frame to constitute and the method of software.The hardware mainly chooses the soldier grade of dependable sex Gao product:such as Pc 104，NI-cDAQ；The software Labview2010 is adopted.According to the example the method and way are given of modern examination equipments，the new guarantee mode of new fire control system is carried out.It has a lessons for to the other the same kind of examination equipment.

ATE equipment，NI compact DAQ，Labview2010

TP274

A

1002-0640（2015）02-0179-03

2014-01-14

2014-02-08

郭維波（1978-），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾盟人，碩士研究生。研究方向：軍用機(jī)載雷達(dá)、自動(dòng)測(cè)試技術(shù)。