趙育良 趙宏強(qiáng) 王淑娟

(海軍航空工程學(xué)院，青島 266041)

1 引 言

某型航空相機(jī)改型后，作為新型偵察設(shè)備的代表，大量采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和總線技術(shù)，成功與飛機(jī)總線數(shù)據(jù)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)曝光、自動(dòng)調(diào)焦及自動(dòng)速高比引入等功能，其自動(dòng)化水平及技術(shù)性能指標(biāo)較傳統(tǒng)設(shè)備有明顯的提升，從信號(hào)采集、傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)控制都較原相機(jī)復(fù)雜的多，對(duì)日常維護(hù)使用的要求也高的多。該型相機(jī)操縱器是其重要的核心部件之一，可實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)引入、機(jī)身操控及機(jī)身信息交互等功能，而原有的相機(jī)檢測(cè)儀無(wú)法按維護(hù)規(guī)程的要求和內(nèi)容維護(hù)相機(jī)，使相機(jī)的性能參數(shù)得不到及時(shí)校準(zhǔn)，出現(xiàn)故障不容易判斷和排除。為了實(shí)現(xiàn)該型操縱器的總線數(shù)據(jù)端口、串口信號(hào)及操控信號(hào)的檢測(cè)，研制了該型綜合檢測(cè)設(shè)備。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

航空相機(jī)操縱器主要用于設(shè)定相機(jī)工作參數(shù)，完成相機(jī)狀態(tài)顯示，采集操縱人員的操作動(dòng)作并轉(zhuǎn)換成操縱指令送入相機(jī)，并通過(guò)總線數(shù)據(jù)接口板，完成ARINC429及ARINC407總線數(shù)據(jù)的采集，將時(shí)間、經(jīng)緯度、高度及速度等信息送入相機(jī)，并由相機(jī)主控系統(tǒng)分發(fā)給數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)及像移補(bǔ)償系統(tǒng)等，完成相機(jī)的各項(xiàng)工作。本型相機(jī)與飛機(jī)慣導(dǎo)及大氣系統(tǒng)的通訊主要是通過(guò)ARINC429和ARINC407總線完成的，與相機(jī)機(jī)身的通訊則是通過(guò)串口差分信號(hào)完成的。因此，對(duì)操縱器的綜合檢測(cè)，主要涵蓋串口端口、總線數(shù)據(jù)接口及數(shù)據(jù)顯示等內(nèi)容?；诖?，系統(tǒng)以PC104單板機(jī)為核心，利用RS232接口結(jié)合串口差分?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)理板，實(shí)現(xiàn)對(duì)操縱器故障信息及指令信號(hào)的采集，利用Arinc429-104Plus板及ARINC407總線數(shù)據(jù)模擬板，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)總線數(shù)據(jù)模擬，在地面即可實(shí)現(xiàn)對(duì)操縱器總線數(shù)據(jù)接口板及端口檢測(cè)。系統(tǒng)主軟件是基于Visual C++平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，該軟件實(shí)現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送與接收(與操縱器及407板)、DI/DO口的驅(qū)動(dòng)及ARINC429數(shù)據(jù)的發(fā)送[1,2]。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖1所示。

3 接口數(shù)據(jù)模擬設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 串口差分?jǐn)?shù)據(jù)模擬

為了提高傳輸距離和抗干擾性能，操縱器利用8031單片機(jī)串口經(jīng)MC3487四路差分后，與相機(jī)機(jī)身完成通信，因此檢測(cè)系統(tǒng)需模擬機(jī)身的四路差分信號(hào)，并設(shè)置適當(dāng)?shù)牟ㄌ芈?，才能?shí)現(xiàn)操縱器相關(guān)信息的采集。由于單片機(jī)RS422標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平與PC104工控機(jī)的RS232串口電平特性有所差別，為了使之能正常通信，系統(tǒng)采用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，完成電平轉(zhuǎn)換后的RXD、TXD信號(hào)，再利用AM26LS31和AM26LS32芯片進(jìn)行四路差分，并通過(guò)操縱器通訊端口送入模擬信號(hào)，為了滿足與操縱器的通訊時(shí)序，系統(tǒng)還利用PC104PL2360A轉(zhuǎn)換卡的I/O端口，給操縱器發(fā)送通訊請(qǐng)求信號(hào)，串口差分電路原理圖如圖2所示。

串口數(shù)據(jù)的模擬是利用MSComm控件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。MSComm是微軟提供的串行通訊編程ActiveX控件，它為應(yīng)用程序提供了通過(guò)串行口收發(fā)數(shù)據(jù)的方法。

MSComm 可通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)法和查詢法實(shí)現(xiàn)端口數(shù)據(jù)通訊。對(duì)于事件驅(qū)動(dòng)法，優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高，該方法每當(dāng)有新字符到達(dá)、端口狀態(tài)改變或發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)， OnComm 事件將被觸發(fā)，應(yīng)用程序通過(guò)檢查 MSComm 控件的CommEvent 屬性獲取信息并采取相應(yīng)的操作。而查詢法則適合于較小的應(yīng)用程序，每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷查詢 MSComm 控件的 CommEvent 屬性，以檢查執(zhí)行結(jié)果或某一事件是否發(fā)生。

系統(tǒng)依據(jù)操縱器預(yù)設(shè)的串行通訊協(xié)議，利用上述Setting方法初始化串行通訊參數(shù)，結(jié)合MSComm提供的相應(yīng)方法，采用事件驅(qū)動(dòng)法經(jīng)過(guò)握手后實(shí)現(xiàn)串行信號(hào)的收發(fā)，程序流程圖如圖3所示。

3.2 ARINC429總線數(shù)據(jù)模擬

ARINC429總線通過(guò)雙絞屏蔽線傳輸數(shù)據(jù)[3～5]，數(shù)據(jù)采用雙極性歸零碼調(diào)制。ARINC429總線有兩種傳輸速率：一種為低速的12.5Kb/s；一種為高速的100Kb/s。所傳輸?shù)拿總蓴?shù)據(jù)由32位組成，字與字之間加上4位零電平靜寂間隔時(shí)間。因此，每個(gè)數(shù)據(jù)字有32位，它們被分為5組, 如圖4所示。

相機(jī)系統(tǒng)利用操縱器交聯(lián)數(shù)據(jù)接口板與機(jī)載慣導(dǎo)設(shè)備交聯(lián)，以記錄拍照的經(jīng)緯度、速度等信息，并通過(guò)速率為12.5K的ARINC429總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。為了能夠在地面即實(shí)現(xiàn)對(duì)接口板的測(cè)試，檢測(cè)設(shè)備需模擬ARINC429總線數(shù)據(jù)，并按照相關(guān)協(xié)議定時(shí)向操縱器發(fā)送。

系統(tǒng)利用雙通道的ZHHK429-PC104-Plus板卡[6]實(shí)現(xiàn)對(duì)總線數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模擬，通過(guò)工控機(jī)主程序，設(shè)置包括經(jīng)度、緯度等在內(nèi)的ARINC429數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件編碼后，利用PC104板卡轉(zhuǎn)換成雙級(jí)歸零信號(hào)發(fā)送至操縱器總線數(shù)據(jù)接口板。

ZHHK429-PC104-Plus板卡采用的是雙通道ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送和接收卡[7]，其硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示，板卡采用PC104-Plus接口，提供標(biāo)準(zhǔn)的DLL，支持多語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)。板卡使用前，需要通過(guò)跳線手動(dòng)配置基地址。

ZHHK429-PC104-Plus板卡驅(qū)動(dòng)程序提供了豐富的接口函數(shù)，涵蓋了ARINC429所有的基本操作。在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需引用ARINC429.dll及相應(yīng)的頭文件ARINC429.h。通過(guò)提供的ARINC429_Open、ARINC429_Reset、RX_Configure、TX_Configure等函數(shù)實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送，程序流程圖如圖6所示。

3.3 ARINC407總線數(shù)據(jù)模擬

飛機(jī)上裝備的AZ-242大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的氣壓高度信號(hào)所采用的是自整角機(jī)信號(hào)，輸出三線同步器模擬量，自整角機(jī)將機(jī)械角位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，轉(zhuǎn)換精度高，工作穩(wěn)定可靠。相機(jī)系統(tǒng)正是利用操縱器的總線數(shù)據(jù)接口板得到ARINC407三線同步信號(hào)，從而獲取高度數(shù)據(jù)。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專用的ARINC407總線數(shù)據(jù)接口板，并利用上述串口將預(yù)設(shè)高度數(shù)據(jù)傳輸至接口板。接口板則通過(guò)AT89C51單片機(jī)，利用74HC373鎖存輸入12數(shù)字量，采用12SZZ數(shù)字/自整角機(jī)轉(zhuǎn)換器輸出三線同步器旋變信號(hào)表示氣壓高度，即滿量程為4096，對(duì)應(yīng)高度135 000英尺，相當(dāng)1個(gè)量化值對(duì)應(yīng)10.04m。ARINC407總線數(shù)據(jù)模擬電路原理如圖7所示。

4 上位機(jī)軟件功能實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)軟件是通過(guò)VC++實(shí)現(xiàn)的，軟件驅(qū)動(dòng)相關(guān)板卡模擬機(jī)載慣導(dǎo)及大氣機(jī)總線數(shù)據(jù)，送入操縱器總線數(shù)據(jù)交聯(lián)端口，通過(guò)串行端口并進(jìn)行養(yǎng)分，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，主程序還實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的引導(dǎo)及數(shù)據(jù)解析功能。用戶檢查檢測(cè)電纜連接正確并開(kāi)機(jī)進(jìn)入主界面，如圖8左圖所示，通過(guò)功能選擇開(kāi)關(guān)選擇測(cè)試方式，即進(jìn)入操縱器檢測(cè)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，如圖8右圖所示，用戶分別在檢測(cè)端及操縱器端設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后，按下【開(kāi)始檢測(cè)】按鈕，完成檢測(cè)，系統(tǒng)自動(dòng)彈出檢測(cè)結(jié)果，如圖9所示。

5 系統(tǒng)測(cè)試

利用該綜合檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)某型相機(jī)操縱器進(jìn)行通電檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)操縱器設(shè)置狀態(tài)參數(shù)，檢測(cè)設(shè)備利用串口差分信號(hào)接收；

(2)利用檢測(cè)設(shè)備模擬兩類航空總線數(shù)據(jù)，操縱器通過(guò)接口板接收后，通過(guò)串口送至檢測(cè)設(shè)備；

(3)利用PC104PL2360A轉(zhuǎn)換卡的I/O端口，采集操縱器的按鍵信息，檢測(cè)操縱器按鍵是否有效；

(4)檢測(cè)設(shè)備向操縱器模擬發(fā)送相機(jī)狀態(tài)，利用操縱器顯示面板觀察狀態(tài)顯示。

綜合檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)兩部操縱器進(jìn)行了檢測(cè)，完成上述四項(xiàng)檢測(cè)的同時(shí)，成功檢測(cè)出其中一臺(tái)的ARINC429總線數(shù)據(jù)接口故障。經(jīng)測(cè)試，檢測(cè)設(shè)備可靠、有效。

6 結(jié)束語(yǔ)

利用該系統(tǒng)對(duì)某型相機(jī)操縱器進(jìn)行了通電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，該檢測(cè)設(shè)備仿真的總線數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可實(shí)現(xiàn)對(duì)操縱系統(tǒng)機(jī)載總線數(shù)據(jù)接口狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并可利用串口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)信息收集，監(jiān)控診斷操縱器狀態(tài)，按維護(hù)規(guī)程要求實(shí)現(xiàn)對(duì)操縱器性能的全面檢測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 趙育良，張國(guó)棟. 基于ARINC429總線的某型CCD航空相機(jī)總線數(shù)據(jù)接口板[J]. 兵工自動(dòng)化，2008.27(8).

[2] 范秀英，范鵬飛，谷峰等. 基于ARINC429總線接口卡的航空相機(jī)綜合控制系統(tǒng)[J]. 兵工自動(dòng)化，2010,1(1).

[3] 劉曉劍. ARINC429總線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置研究[D]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)，2004.

[4] 支超有. 機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)及其應(yīng)用 [M]. 北京 : 國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

[5] ARINC Specification 429. Digital Information Transfer System[S]. America: ARINC，1991：52～80.

[6] ZHHK429-PC104-Plus用戶使用手冊(cè)[S]. 陜西正鴻航科有限公司，2015.

[7] 廖治宇. 通用ARINC429總線分析測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)[D]. 電子科技大學(xué)，2013.