張欽元 趙 耀 王 鵬

中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 陜西 西安 710089

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概述

為解決常規(guī)航空電子部件測(cè)試系統(tǒng)存在有線式束縛的問(wèn)題,引入CC2530芯片設(shè)計(jì)無(wú)線式ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)的硬件模塊以采集、分析、處理航空電子部件運(yùn)行數(shù)據(jù)為主要功能,軟件部分基于IAREmbedded Workbench工作環(huán)境,上位機(jī)監(jiān)控中心采用VC++6.0及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建。具體測(cè)試中,將航空電子部件的待測(cè)試機(jī)構(gòu)作為各ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn),在無(wú)線狀態(tài)下CC2530實(shí)時(shí)地采集各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),進(jìn)行分析處理后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)監(jiān)控中心并呈現(xiàn)給用戶,用戶根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)界面的提示可實(shí)時(shí)了解航空電子系統(tǒng)各部件的運(yùn)行情況,當(dāng)有部件運(yùn)行異常時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)界面可發(fā)出報(bào)警提示。以下為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖:

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊由ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和各級(jí)終端節(jié)點(diǎn)組成,實(shí)現(xiàn)航空電子系統(tǒng)各功能部件運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集,其中包含傳感器部件、機(jī)械機(jī)構(gòu)電子部件、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)電子部件、環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)電子部件等。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集工作流程為:首先,由CC2530核心處理器模塊對(duì)各功能部件終端節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);其次,ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)會(huì)將采集到的數(shù)字信號(hào)發(fā)送給CC2530處理器進(jìn)行初步處理,包含不同類型電子部件數(shù)據(jù)的分離、整合和初步運(yùn)算等,以確保針對(duì)各電子部件的后續(xù)測(cè)試更為高效;最后,ZigBee中心網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對(duì)初步處理后的電子部件測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、提取冗余信息、排查錯(cuò)誤信息等操作后,統(tǒng)一上傳到數(shù)據(jù)通信中心作進(jìn)一步通信處理。

2.2 數(shù)據(jù)處理通信模塊 本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理通信模塊設(shè)計(jì)的思路為:建立起底層無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、CC2530核心處理器及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信連接,并對(duì)采集到的航空電子部件運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、分類、狀態(tài)判斷等處理。該模塊包含兩個(gè)部分,其一,航空電子各部件終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集及處理部分,采用基于CC2530技術(shù)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)為核心的通信方案,實(shí)際工作中,CC2530對(duì)各部件的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)反饋至中央處理模塊,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理;其二,航空電子各部件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸處理通信部分,采用串口通信技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。此外,在具體的數(shù)據(jù)處理通信過(guò)程中,由于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)采集到的冗余信息較多,數(shù)據(jù)處理通信模塊應(yīng)對(duì)這些信息進(jìn)行加工、分類、打包等整合處理,并根據(jù)采集信息的類型進(jìn)行分析計(jì)算,最后得出最優(yōu)化的結(jié)果。

2.3 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)客戶端模塊 本系統(tǒng)采用web+安卓平臺(tái)組合的形式設(shè)計(jì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)客戶端模塊,該模塊可為用戶提供基于手持智能移動(dòng)設(shè)備的人機(jī)交互控制平臺(tái),具體的設(shè)計(jì)思路為:底層無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)采集到的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)CC2530處理后傳輸給上位機(jī)監(jiān)控中心,監(jiān)控中心系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后,將結(jié)果打包發(fā)送給web服務(wù)器,用戶客戶端安卓系統(tǒng)可實(shí)時(shí)調(diào)動(dòng)上web服務(wù)器上的冊(cè)數(shù)數(shù)據(jù),通過(guò)解析運(yùn)算數(shù)據(jù)獲取航空系統(tǒng)各電子部件的測(cè)試信息和分析結(jié)果,相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果以可視化界面的形式呈現(xiàn)給用戶。具體設(shè)計(jì)中基于Myeclipse平臺(tái)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和安卓客戶端程序,客戶端APP包括登錄界面和控制界面兩部分,其中登錄界面包含用戶名、密碼輸入框和登錄按鈕等控件;控制界面為各電子部件監(jiān)測(cè)的詳細(xì)界面,用戶可在界面中對(duì)監(jiān)控過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行控制操作。

3 系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)

3.1 ZigBee數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)平臺(tái) 系統(tǒng)選用IAREmbedded Workbench平臺(tái)作為ZigBee數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)工具,具體完成各電子部件運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和處理分析開(kāi)發(fā)。以航空系統(tǒng)電子部件中的傳感器運(yùn)行狀態(tài)分析為例,運(yùn)用IAR AVR匯編器和C/C++編譯器編寫傳感器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)程序,運(yùn)用IAR XAR庫(kù)創(chuàng)建器創(chuàng)建檢測(cè)程序數(shù)據(jù)庫(kù),并運(yùn)用IAR XLINK Linker建立起檢測(cè)程序與CC2530芯片之間的通訊鏈接。此外,在IAR Embedded Workbench平臺(tái)上應(yīng)編寫各航空電子部件功能性節(jié)點(diǎn)的采集鏈路,通過(guò)Zig Bee2007協(xié)議棧將采集鏈路協(xié)議移植到IAR開(kāi)發(fā)環(huán)境中,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)采集信號(hào)的使用和開(kāi)發(fā)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器路由軟件平臺(tái) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)路由器軟件平臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)的中心,負(fù)責(zé)對(duì)航空電子部件測(cè)試數(shù)據(jù)的傳輸和分享,設(shè)計(jì)的思路為:首先,系統(tǒng)初始化后建立ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其次,網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器路由開(kāi)始掃描是否有新的航空電子部件數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)接入,并為待接入的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)分配網(wǎng)絡(luò)地址,之后,實(shí)時(shí)掃描路由平臺(tái)是否接收到各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),一旦接收到數(shù)據(jù)便進(jìn)行處理分析,完成之后上傳給上位機(jī)監(jiān)控中心。此外,平臺(tái)搭載傳感器節(jié)點(diǎn),依托Zstack協(xié)議棧中的條件編譯實(shí)現(xiàn)對(duì)航空系統(tǒng)各電子傳感設(shè)備的選擇和分析。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件模塊設(shè)計(jì)思路的分析,初步確定了系統(tǒng)研發(fā)的方向,為實(shí)物系統(tǒng)的深入研究和應(yīng)用提供了可行性方案。后續(xù)研究中還需要解決測(cè)試系統(tǒng)傳感部件選型、ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)搭建等問(wèn)題,以使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用更為科學(xué)有效。