郭雁林,郝 峰,車曉濤,王 瑞

(中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

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基于ETX架構(gòu)的某武器站檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

郭雁林,郝 峰,車曉濤,王 瑞

(中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

為滿足某型武器站日常檢測(cè)維修的需要,文中在分析武器站檢測(cè)裝置檢測(cè)與工作原理的基礎(chǔ)上,采用ETX架構(gòu)技術(shù),設(shè)計(jì)了各電路模塊及測(cè)試程序,實(shí)現(xiàn)了武器站檢測(cè)裝置對(duì)該型導(dǎo)彈武器站的快速檢測(cè)與故障定位。試驗(yàn)表明:該武器站檢測(cè)裝置攜帶輕便、操作簡(jiǎn)易、測(cè)試準(zhǔn)確,滿足武器站的測(cè)試需要。

武器站;ETX架構(gòu);故障定位

0 引言

現(xiàn)代武器系統(tǒng),尤其是導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜龐大的系統(tǒng),除了導(dǎo)彈本身外,導(dǎo)彈武器站還有各種單體來配合導(dǎo)彈的發(fā)射以及維護(hù)工作,而如何保證武器站上各單體的正常工作,關(guān)系到導(dǎo)彈發(fā)射的成敗。在日常的軍事訓(xùn)練與演習(xí)中,導(dǎo)彈部隊(duì)需要對(duì)導(dǎo)彈系統(tǒng)的武器站提供基層級(jí)的維修保障和維護(hù),因此設(shè)計(jì)一種便攜、操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確定位的武器站檢測(cè)裝置是非常必要的。

構(gòu)建一臺(tái)檢測(cè)裝置,可以采用的架構(gòu)很多,硬件設(shè)備可以是各種以PC總線為基礎(chǔ)的內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡(PC-DAQ)、通用接口總線(如GPIB)接口卡、VXI[1]總線儀器以及PXI[2]總線儀器等,或者是其他各種可程控的外置測(cè)試設(shè)備。ETX(embedded technology extended)模塊[3]是非常緊湊、高度整合的單板PC。ETX模塊可在基板上擴(kuò)展出標(biāo)準(zhǔn)接口與非標(biāo)準(zhǔn)接口,廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域?；诓煌偩€架構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)在可靠性、穩(wěn)定性等方面的性能各不相同,在測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)的選擇上,考慮到一般的總線架構(gòu)溫度范圍相對(duì)較窄,而ETX架構(gòu)溫度范圍寬,抗振能力較強(qiáng),其總線(PC104總線)結(jié)構(gòu)和一般計(jì)算機(jī)的ISA總線、PCI總線完全兼容[4],便于和其他計(jì)算機(jī)互聯(lián),支持主流的各種操作系統(tǒng),尤其是嵌入式操作系統(tǒng)。

因此,針對(duì)某型導(dǎo)彈武器站,文中所設(shè)計(jì)的武器站檢測(cè)裝置以ETX架構(gòu)作為核心,設(shè)計(jì)外圍接口電路和機(jī)械結(jié)構(gòu),并對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行功能剪裁和開發(fā),形成一套完整的嵌入式數(shù)據(jù)檢測(cè)程序,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)該型導(dǎo)彈武器站上的單體進(jìn)行快速檢測(cè)與故障定位。

1 武器站檢測(cè)裝置檢測(cè)原理與性能

1.1 武器站檢測(cè)裝置檢測(cè)原理

將武器站檢測(cè)裝置接入武器站CAN總線系統(tǒng),接收并解析總線數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)對(duì)武器站全車狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。如果武器站中某單體發(fā)生故障,在不拆卸該單體的情況下對(duì)故障部位進(jìn)行快速準(zhǔn)確定位。

檢測(cè)裝置通過采集多路模擬量以及解讀串口信息來給故障定位。其中幾路A/D信號(hào)分別代表被測(cè)單體的識(shí)別電阻分壓、+26 V、±12 V、+5 V上電電壓信號(hào)以及溫度傳感器信號(hào)等。同時(shí)通過422串口,讀取被測(cè)單體的串口信息,根據(jù)串口協(xié)議解讀,判定故障信息。

圖1是武器站檢測(cè)裝置的工作和檢測(cè)原理圖,它采用LCD顯示器、嵌入式主控器、適配電路模塊以及識(shí)別電路模塊搭建測(cè)試平臺(tái),在武器站原位各單體預(yù)留的統(tǒng)一檢測(cè)接口上在線檢測(cè)各單體的特征信號(hào),在對(duì)被檢單體施加特定信號(hào)條件下,通過嵌入式主控器控制適配電路模塊完成被檢單體特定參數(shù)的采集,經(jīng)檢測(cè)軟件處理后形成報(bào)表并顯示檢測(cè)結(jié)果。

圖1 武器站檢測(cè)裝置的工作和檢測(cè)原理圖

故障定位到板級(jí)或可更換單元,對(duì)故障單體即時(shí)更換電路板等備件,檢測(cè)功能正常后,重新投入使用。

1.2 武器站檢測(cè)裝置技術(shù)性能

為適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)需要,武器站綜合檢測(cè)裝置需要滿足檢測(cè)時(shí)間小于3 min,環(huán)境溫度在-30℃～45℃范圍內(nèi)正常工作。

2 武器站檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

2.1 武器站檢測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì)

由圖1知武器站檢測(cè)裝置主要由嵌入式主控器,適配電路模塊,識(shí)別電路模塊以及顯示器等構(gòu)成,這里主要完成除顯示器外的其他各模塊的設(shè)計(jì)。

2.1.1 嵌入式主控器設(shè)計(jì)

嵌入式主控器通過D/A輸出,422串口通信給被檢對(duì)象提供激勵(lì),被檢對(duì)象的信號(hào)經(jīng)過適配電路模塊的隔離、匹配后,返回主控器,由主控器對(duì)采集到的信號(hào)分析、處理,最后完成故障定位。

因此首先要完成嵌入式主控器的設(shè)計(jì)與選型。這里選擇AECDZ-MF0905-01主板為主控器的開發(fā)板,AECDZ-MF0905-01是一款多功能的PC104-Plus總線ETX底板,Intel Celeron M處理器1.00 GHz,1GDDR內(nèi)存,8 G固態(tài)硬盤滿足測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

AECDZ-MF0905-01板卡的主要構(gòu)成:散熱板、CPU芯片、顯卡芯片、橋芯片、FPGA芯片以及硬盤等。其中FPGA芯片主要完成AD的采集、DA的輸出,雙向數(shù)字IO的傳輸,CAN總線的監(jiān)聽,422總線的串口通信等;CPU芯片則完成FPGA芯片所采集信號(hào)的分析處理等。

2.1.2 適配電路模塊設(shè)計(jì)

適配電路模塊主要由多路獨(dú)立的運(yùn)算放大器及外圍電路,以及由非門、電阻等分立元件構(gòu)成的數(shù)字IO反相電路等組成。由于是為完成AD信號(hào)的采集,這里主要介紹適配電路模塊中放大電路的設(shè)計(jì),對(duì)應(yīng)AD信號(hào)的采集與DA信號(hào)的輸出,適配電路模塊中有兩類放大電路。為了實(shí)現(xiàn)AD信號(hào)的采集,被測(cè)對(duì)象輸入AD信號(hào)到AD信號(hào)放大電路完成放大隔離、匹配,然后AD信號(hào)進(jìn)入主控器中FPGA芯片,完成AD信號(hào)的采集,最后AD信號(hào)經(jīng)過CPU芯片的分析處理后,判定武器站中所測(cè)單體的工作狀態(tài)。

(1)

由式(1)[5]以及圖2可知放大電路的放大倍數(shù)是由放大電路差分輸入端的電阻R1和R2決定,由于ETX板卡采集電壓范圍為-10～+10 V,而實(shí)際電源輸入電壓為+26 V,因此本適配電路模塊采用1/3放大倍數(shù)安全隔離采集電壓信號(hào)。圖2所示為適配電路模塊中AD信號(hào)的放大隔離電路。

圖2 適配電路模塊AD信號(hào)的放大隔離電路

DA信號(hào)的輸出同樣需要適配電路模塊的調(diào)理、匹配后才能輸出,首先主控器中的FPGA芯片發(fā)出DA信號(hào),經(jīng)過適配電路模塊中DA信號(hào)調(diào)理電路后傳輸?shù)奖粰z對(duì)象,圖3所示為適配電路模塊中DA信號(hào)的匹配調(diào)理電路。此電路為電壓跟隨器,采用負(fù)反饋連接實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的穩(wěn)定輸出,減小負(fù)載電阻對(duì)電壓輸出的影響,同時(shí)避免影響被檢對(duì)象,起到安全隔離的作用。

2.1.3 識(shí)別電路模塊設(shè)計(jì)

武器站檢測(cè)裝置可以對(duì)武器站中5種單體進(jìn)行檢測(cè)。給識(shí)別電阻兩端加一個(gè)穩(wěn)定的+10 V直流電壓,通過A/D采集模塊獲得的電壓值來識(shí)別被檢對(duì)象,識(shí)別電路如圖4所示。其中識(shí)別電阻為各被檢測(cè)單體的固有電阻。

圖3 適配電路模塊中DA信號(hào)的匹配調(diào)理電路

圖4 識(shí)別電路示意圖

2.2 武器站檢測(cè)裝置軟件設(shè)計(jì)

武器站檢測(cè)裝置采用Windows XP操作系統(tǒng),支持C語言編程,其應(yīng)用軟件在Lab Windows CVI[6]環(huán)境下進(jìn)行開發(fā),擁有基本的操作界面,應(yīng)用軟件分為檢測(cè)裝置自檢軟件和檢測(cè)軟件。

在自檢和檢測(cè)過程中,軟件處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài),通過對(duì)數(shù)據(jù)的判斷,給出自檢或檢測(cè)結(jié)果的反饋。

檢測(cè)裝置可以通過測(cè)量識(shí)別電阻主動(dòng)識(shí)別被檢對(duì)象,針對(duì)不同的被檢對(duì)象的工作流程選擇相應(yīng)的測(cè)試流程,從而完成自動(dòng)檢測(cè),武器站檢測(cè)裝置軟件流程圖如圖5所示。

3 武器站檢測(cè)裝置試驗(yàn)

該武器站檢測(cè)裝置順利通過了寒區(qū)-30℃及海拔4 400 m高原試驗(yàn),檢測(cè)時(shí)間小于3 min。通過外場(chǎng)使用表明,該武器站檢測(cè)裝置具有體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、檢測(cè)準(zhǔn)確、安全性好和工作溫度范圍寬等特點(diǎn),很好的滿足了實(shí)際使用要求。

4 結(jié)束語

文中基于ETX架構(gòu),對(duì)武器站檢測(cè)裝置進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì);在Lab Windows CVI環(huán)境下使用C語言進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。該武器站檢測(cè)裝置能夠?qū)δ承臀淦髡舅鶎賳误w的性能參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),并能生成測(cè)試報(bào)告,實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)單體的狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷和快速定位。該武器站檢測(cè)裝置現(xiàn)已定型應(yīng)用于某型導(dǎo)彈武器站的性能檢測(cè)。

[1] 劉朝輝, 李寶利, 劉晃春. 基于VXI總線的綜合檢測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) [J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2007, 27(1): 329-331.

[2] 王瑞, 孫虎元, 劉星, 等. 基于PXI總線的導(dǎo)彈火控自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2012, 32(6): 45-47.

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[4] 田捷力. 移動(dòng)衛(wèi)星通信車載站監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 西安: 西安電子科技大學(xué), 2009.

[5] 孫肖子. 模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2008.

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Design of Weapon Station Detector Based on ETX Architecture Technology

GUO Yanlin,HAO Feng,CHE Xiaotao,WANG Rui

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In order to meet the needs of routine detection and maintenance of weapon station, based on analysis of detecting and working principle of weapon station detector, circuit modules and detecting procedures were designed on ETX architecture technology in this paper, and rapid detection and fault location for the missile weapon station was realized. Experiments show that the weapon station detector can meet the testing needs for its portability, facility of operation and accuracy of testing.

weapon station; ETX architecture; fault location

2013-10-10

郭雁林(1985-)男,山西代縣人,工程師,碩士,研究方向:電氣總體設(shè)計(jì),自動(dòng)測(cè)試技術(shù),電磁兼容。

TJ760.6

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