岳 敏，黃 娟，周志峰，肖 鵬

（1.上海工程技術(shù)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，上海 201620；2.上海工程技術(shù)大學(xué) 電子電氣工程學(xué)院，上海 201620）

0 引言

飛機(jī)座艙照明系統(tǒng)是航空電子系統(tǒng)的重要組成部分，產(chǎn)品的質(zhì)量和性能直接影響飛行員的態(tài)勢(shì)感知能力[1]，甚至影響飛行員的人身安全[2]。因此，對(duì)飛機(jī)座艙照明系統(tǒng)的測(cè)試變得尤為重要。目前對(duì)座艙照明系統(tǒng)的測(cè)試主要采用分類測(cè)試，但測(cè)試類型單一，測(cè)試步驟繁瑣、工作量大。

基于Labview的飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)將PXI工控機(jī)、多個(gè)數(shù)據(jù)采集卡、適配箱和負(fù)載箱全部集成于一體，構(gòu)建了座艙照明系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)。其主要功能是對(duì)飛機(jī)座艙照明系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試，包括KZH控制器、CGQ傳感器、4路雙模式泛光燈等各個(gè)元器件的仿真測(cè)試。測(cè)控系統(tǒng)通過虛擬旋鈕和開關(guān)來仿真各種測(cè)試操作開關(guān)，通過檢測(cè)各個(gè)元器件的數(shù)字量、模擬量和RS422通訊系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)燈來測(cè)試各個(gè)元器件[3,4]。該系統(tǒng)突出通用性要求，不僅適用于飛機(jī)座艙照明子系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“被測(cè)試品”）的測(cè)試，并向上兼容現(xiàn)有測(cè)試的技術(shù)要求，為后續(xù)新增功能測(cè)試需求預(yù)留冗余度。

1 系統(tǒng)的組成

基于Labview的飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)主要由以下幾大功能部件組成：以PXI工控機(jī)為核心的測(cè)控系統(tǒng)、適配箱、負(fù)載箱和外圍輸入輸出設(shè)備。各個(gè)功能部件之間采用不同型號(hào)接口的航空插頭及NI專用電纜連接，具有防插錯(cuò)功能，所有功能部件全部集成到32U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。測(cè)控系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 測(cè)控系統(tǒng)組成框圖

被測(cè)試品由3種LRU組成，分別是座艙照明KZH控制器、ZCD泛光燈和CGQ傳感器。測(cè)控系統(tǒng)不僅可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)測(cè)試，還可以對(duì)KZH控制器進(jìn)行LRU單獨(dú)測(cè)試。

PXI工控機(jī)由機(jī)箱、控制器和各類功能板卡構(gòu)成，基于LabVIEW的飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)人機(jī)界面運(yùn)行在PXI工控機(jī)操作系統(tǒng)。

適配箱為測(cè)控系統(tǒng)和被測(cè)試品之間提供信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)接和電氣交聯(lián)關(guān)系，其內(nèi)部主要包括電壓輸入信號(hào)調(diào)理電路、電流輸入信號(hào)調(diào)理電路、電壓信號(hào)輸出調(diào)理電路、地/開信號(hào)輸出電平變換電路、高/開信號(hào)輸出電平變換電路、系統(tǒng)單測(cè)及聯(lián)測(cè)功能切換電路、RS422/485和ARINC429通信信號(hào)轉(zhuǎn)接電路。

負(fù)載箱為被測(cè)試品KZH控制器的驅(qū)動(dòng)輸出提供模擬負(fù)載。負(fù)載箱選用RXG24黃金鋁殼功率電阻模擬被測(cè)試品的負(fù)載。負(fù)載箱前面板并為每路負(fù)載設(shè)置指示燈、計(jì)量端子和負(fù)載切斷開關(guān)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 PXI工控機(jī)硬件設(shè)計(jì)

PXI工控機(jī)選用美國(guó)NI公司的NI PXIe-8840控制器和NI PXIe-1065機(jī)箱，該工控機(jī)采用4核Intel Core i7-5700EQ，并可擴(kuò)展18個(gè)插槽，每個(gè)插槽高達(dá)1GB/s的專用帶寬和超過3GB/s的系統(tǒng)帶寬，可滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需求。

測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)測(cè)試需求需具有133路繼電器輸出信號(hào)、42路數(shù)字量輸入信號(hào)、224路模擬量輸入信號(hào)、21路模擬量輸出信號(hào)、3路RS422通信和2路RS485通信，并配置12路ARINC429通信。因此，選用2個(gè)NI PXIe-2569的繼電器開關(guān)板卡，1個(gè)NI PXI-6509數(shù)字輸入輸出板卡，3個(gè)NI PXI-6225模擬量輸入板卡，1個(gè)NI PXI-6738模擬量輸出板卡，1個(gè)NI PXI-8431/8 422/485通信板卡和1個(gè)PXI429-3U-16 429通信板卡。

2.2 單測(cè)和聯(lián)測(cè)功能切換電路

單測(cè)KZH控制器時(shí)，由測(cè)控箱的模擬量輸出板卡提供模擬電壓給KZH控制器；系統(tǒng)聯(lián)測(cè)時(shí)，由CGQ傳感器提供模擬電壓給KZH控制器，由程控開關(guān)實(shí)現(xiàn)該處的單測(cè)和聯(lián)測(cè)的選擇，程控開關(guān)由DIO板卡控制繼電器開關(guān)實(shí)現(xiàn)。單測(cè)和聯(lián)測(cè)功能切換原理圖如圖2所示。

圖2 單測(cè)和聯(lián)測(cè)功能切換原理圖

3 數(shù)據(jù)采集與處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)采用參考地單端(RSE)連續(xù)輸入信號(hào)，通過NI-DAQmx應(yīng)用程序編程接口采集各個(gè)板卡的數(shù)據(jù)，該接口均適用于本系統(tǒng)所選板卡。NIDAQmx構(gòu)架具有多線程性，可同時(shí)對(duì)多個(gè)板卡多通道數(shù)據(jù)進(jìn)行采集操作，從而大大提高了多操作應(yīng)用的性能，極大地簡(jiǎn)化了編程[5]。

飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者架構(gòu)[6]。其中，主程序根據(jù)人機(jī)界面顯示內(nèi)容調(diào)用響應(yīng)的模擬量輸入子程序、數(shù)字量輸入子程序，這些子程序作為數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)者，將采集到的數(shù)據(jù)入隊(duì)列，消費(fèi)者循環(huán)中解析并處理從生產(chǎn)者獲得的數(shù)據(jù)，并賦值給相應(yīng)的顯示模塊。同時(shí)，主程序獲取需要發(fā)送的數(shù)字量和模擬量，推送給相應(yīng)的數(shù)字量輸出隊(duì)列和模擬量輸出隊(duì)列進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。傳感器模擬量輸入程序框圖如圖3所示。

圖3 傳感器模擬量輸入程序框圖

3.2 RS422通信

飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)可通過RS422與被測(cè)試品進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，通過通信來測(cè)試被測(cè)試品的性能。測(cè)控系統(tǒng)每100ms循環(huán)發(fā)送各種通信指令給被測(cè)試品，被測(cè)試品會(huì)反饋相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。測(cè)控系統(tǒng)while主循環(huán)通過VISA接口負(fù)責(zé)各個(gè)指令數(shù)據(jù)的循環(huán)發(fā)送[7,8]。串口測(cè)試流程圖如圖4所示。

圖4 串口測(cè)試流程圖

由于反饋數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度各異，各種數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度在60～202字節(jié)之間變動(dòng)，所以為了數(shù)據(jù)接收的準(zhǔn)確性，RS422通信采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者架構(gòu)，生產(chǎn)者通過VISA接口采集被測(cè)試品的數(shù)據(jù)，消費(fèi)者對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀和校驗(yàn)，對(duì)和校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行數(shù)據(jù)解析并賦值顯示。數(shù)據(jù)幀和校驗(yàn)及解析程序框圖如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)幀和校驗(yàn)及解析程序框圖

4 測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行在Windows 7系統(tǒng)上，測(cè)控系統(tǒng)采用圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW 2015進(jìn)行開發(fā)。測(cè)控系統(tǒng)人機(jī)界面采用虛擬數(shù)字儀表顯示各個(gè)所測(cè)元器件的電壓、電流等數(shù)據(jù)，通過虛擬旋鈕和開關(guān)來仿真各種測(cè)試操作開關(guān)。復(fù)雜的測(cè)試模式采用選項(xiàng)卡專用測(cè)試模式，并配以過程提示。測(cè)控系統(tǒng)人機(jī)界面框架圖如圖6所示。

圖6 測(cè)控系統(tǒng)人機(jī)界面框架圖

測(cè)試系統(tǒng)主要由四個(gè)功能模塊組成：DAQ數(shù)據(jù)采集、RS422串口通信、系統(tǒng)自檢和報(bào)表打印模塊。各模塊及其包含子模塊的功能劃分如下：

1）DAQ數(shù)據(jù)采集模塊是測(cè)試系統(tǒng)的核心部分，實(shí)現(xiàn)具體的測(cè)試板卡的數(shù)據(jù)、算法處理和測(cè)試流程執(zhí)行。該模塊由CGQ-傳感器、ZCD泛光燈、20X導(dǎo)光板、14X信號(hào)燈、控制開關(guān)和告警燈編碼器等界面組成。該模塊具有對(duì)被測(cè)試品進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)測(cè)、對(duì)KZH控制器進(jìn)行單測(cè)的操作控制、數(shù)據(jù)采集和顯示功能。CGQ-傳感器測(cè)控界面如圖7所示。

圖7 CGQ-傳感器測(cè)控界面

2）RS422串口通信模塊是通過RS422串口與被測(cè)試品進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，通過發(fā)送不同的數(shù)據(jù)指令，來調(diào)控被測(cè)試品相應(yīng)的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)串口通信功能的測(cè)試。該模塊是由指令發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、自檢狀態(tài)及MFL和曲線配置及下載界面組成。RS422串口數(shù)據(jù)接收界面如圖8所示。

圖8 RS422串口數(shù)據(jù)接收界面

系統(tǒng)自檢模塊是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)正常工作的保障。系統(tǒng)在上電后執(zhí)行系統(tǒng)自檢，針對(duì)各個(gè)PXI/PXIe板卡進(jìn)行檢查和測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。如果板塊自檢不通過，該系統(tǒng)無法進(jìn)入測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)界面。

報(bào)表打印模塊主要是在測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)完畢后，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行可選擇性輸出或打印。用戶根據(jù)具體需求進(jìn)行測(cè)試內(nèi)容選擇和報(bào)表格式配置，然后生成所需的報(bào)表，報(bào)表生成后即可進(jìn)行打印。

5 系統(tǒng)測(cè)試

為了測(cè)試飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能及測(cè)試精度，在某軍工企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試某型號(hào)的飛機(jī)座艙照明子系統(tǒng)（被測(cè)試品），現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖如圖9所示。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖

根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試情況，經(jīng)過多次測(cè)量，并統(tǒng)計(jì)所測(cè)數(shù)據(jù)，電壓變動(dòng)范圍為0～30V，電壓的測(cè)量誤差與實(shí)際值偏差均控制在±0.1V以內(nèi)，電流變動(dòng)范圍為0～1A，電流的測(cè)量誤差與實(shí)際值偏差均控制在±0.01A以內(nèi)，且RS422通信穩(wěn)定、可靠，均達(dá)到了測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文開發(fā)了一種基于LabVIEW的飛機(jī)座艙照明測(cè)控系統(tǒng)，并分別介紹了測(cè)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證，該測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，人機(jī)界面操作方便，通訊系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠穩(wěn)定、響應(yīng)快，其功能要求和測(cè)試精度均符合設(shè)計(jì)要求。目前，該測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)投入實(shí)際生產(chǎn)，大大提高了飛機(jī)座艙照明系統(tǒng)的檢測(cè)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高產(chǎn)品檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。