唐榮，董坤林

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

航空飛行器在使用一定時(shí)間后，一般需要開展定期維修工作。維修企業(yè)在定期維修裝備時(shí)的飛機(jī)調(diào)試作業(yè)過程中，調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)需要使用具有電腦主機(jī)軟件控制的工控類設(shè)備，生產(chǎn)作業(yè)人員依據(jù)與飛機(jī)連接的工控類設(shè)備反饋的信息以及對(duì)該設(shè)備進(jìn)行控制，同時(shí)結(jié)合在機(jī)上進(jìn)行按動(dòng)開關(guān)及調(diào)節(jié)旋鈕等方式來完成相應(yīng)系統(tǒng)的功能檢測(cè)作業(yè)工序。飛機(jī)調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)中所用設(shè)備多為工作臺(tái)式以及柜式，部分飛機(jī)調(diào)試設(shè)備因體積大、重量大以及與飛機(jī)進(jìn)行線纜連接導(dǎo)致其便攜性差，無法進(jìn)行移動(dòng)化操作。在實(shí)際作業(yè)中，地面設(shè)備需專人控制及時(shí)向機(jī)上作業(yè)人員反饋信息，多人協(xié)作才能完成檢測(cè)作業(yè)工序，而多人協(xié)作及相互溝通不僅需要人員調(diào)配而且易出現(xiàn)溝通錯(cuò)誤情況，給實(shí)際生產(chǎn)帶來諸多不利因素。

為此，利用5G 技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝備調(diào)試作業(yè)過程中對(duì)機(jī)下工控類設(shè)備的遠(yuǎn)程顯示和控制，滿足作業(yè)人員在不同位置實(shí)時(shí)查看與控制設(shè)備的工作需求，提高作業(yè)效率和便捷性。

1 總體設(shè)計(jì)需求

基于5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)裝備調(diào)試設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視控制通用平臺(tái)，預(yù)留有線網(wǎng)絡(luò)連接備用功能；通過對(duì)飛行參數(shù)記錄檢查儀、發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)器地面檢查平臺(tái)等飛機(jī)地面調(diào)試設(shè)備的簡(jiǎn)易改造，并應(yīng)用于調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)中，通過該平臺(tái)的輸出端即可監(jiān)控地面調(diào)試設(shè)備并記錄相應(yīng)的調(diào)試數(shù)據(jù)，從而提高裝配調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的便捷性和及時(shí)性，提高調(diào)試效率，壓縮生產(chǎn)周期。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體方案構(gòu)架如圖1所示，主要包括：數(shù)據(jù)傳輸模塊（數(shù)據(jù)傳輸控制器）、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、飛機(jī)作業(yè)顯控端。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)支持無線、有線的切換，為未來裝備調(diào)試全無線化的應(yīng)用提供基礎(chǔ)，其中無線支持5G 或Wifi 的方式。支持對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備的控制，便于協(xié)同配合使用。通過高速的數(shù)據(jù)采集和 TCPIP 協(xié)議，配合相應(yīng)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高速的視頻和控制信號(hào)傳輸功能，滿足操控響應(yīng)的需求。

圖1 裝備調(diào)試設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)檢測(cè)框圖

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作環(huán)境和情況，考慮作業(yè)人員作業(yè)便捷性，進(jìn)行合理支架設(shè)計(jì)。工作梯固定支架需與機(jī)上顯控端平板牢固配合固定，且與工作梯固定牢靠，不干擾作業(yè)人員進(jìn)出座艙作業(yè)，使用過后可折疊固定至座艙工作梯，根據(jù)其他使用位置，設(shè)計(jì)相應(yīng)的固定方式。

2.2 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

2.2.1 供電要求

工作電壓：220V±10%，50Hz，3A。

2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊部分技術(shù)指標(biāo)

（1）延遲響應(yīng)時(shí)間：不大于15ms；

（2）最大傳輸速率：不小于100Mbps，采用的是5G 和千兆的主機(jī)以太網(wǎng)接口，傳輸速率滿足要求；

（3）傳輸模式（波長(zhǎng)）：多模（850nm）雙芯雙向，單模（1310nm）雙芯雙向（可選）；

（4）脈沖采集處理接口：2 路，可對(duì)0 ～15V 脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；

（5）電壓信號(hào)范圍：0 ～15V，精度：±1%；

（6）通信接口：定制航插接口（可選 LC 接口）；

（7）支持無線和有線切換：采用的5G 是華為的CPE，支持有線和無線功能；

（8）傳輸距離：無線傳輸距離不小于50m，有線傳輸距離不小于30m，采用無線、有線網(wǎng)絡(luò)方式，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)距離滿足要求。

2.2.3 飛機(jī)作業(yè)顯控端部分技術(shù)指標(biāo)

（1）觸摸平板設(shè)計(jì)，采用了保護(hù)套防止碰撞，防撞功能良好；

（2）電容式觸摸屏；（3）體積小，屏幕為12.1 英寸，具有多功能固定支架；（4）屏幕分辨率為1024*768，采用了高清的平板，分辨率可以設(shè)置，并支持設(shè)備主機(jī)分辨率。

2.2.4 其他要求

（1）平臺(tái)可對(duì)所連接設(shè)備的主機(jī)電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及觸控操作。平臺(tái)傳輸延遲低，響應(yīng)時(shí)間15ms 以內(nèi)；傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，無失真，畫面清晰；觸控靈敏，能夠精準(zhǔn)控制；

（2）平臺(tái)具有音頻傳輸功能，實(shí)現(xiàn)控制端與設(shè)備端之間進(jìn)行語音通話。控制端平板與設(shè)備端光纖傳輸盒具有3.5mm 音頻接口，可使用耳麥進(jìn)行接入；

（3）平臺(tái)控制端平板具有固定功能，可牢固固定于飛機(jī)座艙、下設(shè)備艙中飛機(jī)結(jié)構(gòu)支架，便于進(jìn)行操作；

（4）平臺(tái)維修性設(shè)計(jì)，為了便于設(shè)備的拆裝、日常維修及故障定位，根據(jù)功能設(shè)計(jì)獨(dú)立的擴(kuò)展器、采集卡。防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，在后面板上使用的連接器具有不同的鍵位。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

2.3.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊，由一系列硬件組成，通過 VGA 接口和數(shù)據(jù)采集卡，采集地面調(diào)試設(shè)備的顯示到IPC 計(jì)算機(jī)中；通過USB 擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn) IPC 的控制信號(hào)和地面調(diào)試設(shè)備的控制信號(hào)的同時(shí)接入。并且集成硬件的切換功能，從而可以選擇由某一端控制，支持所有端的同時(shí)控制。其次，考慮要求需要5G 網(wǎng)絡(luò)無線連接功能，并兼顧有線網(wǎng)絡(luò)都連接的功能，因此采用基于以太網(wǎng)的TCPIP 協(xié)議進(jìn)行所有的通信連接。在無線模式下，只需要利用5G 網(wǎng)絡(luò)；在有線模式下，只需要1 個(gè)網(wǎng)線即可。

（1）VGA 擴(kuò)展器用于實(shí)現(xiàn)地面調(diào)試主機(jī)設(shè)備的顯示輸出擴(kuò)展，可以給地面顯示器，也可以把顯示信號(hào)同時(shí)輸出到采集卡；

（2）VGA 圖像采集卡將顯示的圖像通過高速采集轉(zhuǎn)換，然后通過高速USB 總線輸出到 IPC 計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)IPC 獲取顯示圖像的功能；

（3）USB 擴(kuò)展器將地面調(diào)試設(shè)備主機(jī)的 USB 口實(shí)現(xiàn)多口擴(kuò)展，便于外接鼠標(biāo)和輸出解碼信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制端信號(hào)的硬件接入功能；

（4）輸出解碼用于將 IPC 的鼠標(biāo)控制信號(hào)通過解碼器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的 USB 協(xié)議，然后輸出到USB 擴(kuò)展器；

（5）IPC 工控機(jī)是本地控制的核心設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集傳輸以及控制信號(hào)的獲取和匯總。

2.3.2 通信連接系統(tǒng)

在無線模式，只需要在數(shù)據(jù)傳輸模塊和飛機(jī)作業(yè)顯控端配置5G 網(wǎng)絡(luò)，方便實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸。無線只涉及到顯控的傳輸，與地面調(diào)試主機(jī)是網(wǎng)絡(luò)隔離的，因此完全不影響地面調(diào)試主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全。有線通信連接采用工業(yè)級(jí)的線纜和接頭，在數(shù)據(jù)傳輸模塊和飛機(jī)顯控端均可以采用抗拉網(wǎng)線插頭，抗拉、抗彎、便于拆裝，工業(yè)級(jí)防護(hù)，完全滿足本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)傳輸需求。

2.3.3 飛機(jī)作業(yè)顯控端

飛機(jī)作業(yè)顯控端，基于一臺(tái)工業(yè)平板，具有觸控功能，以及具有無線和有線的擴(kuò)展接口。在軟件的控制下，可以通過網(wǎng)絡(luò)通信連接到數(shù)據(jù)傳輸模塊，與數(shù)據(jù)傳輸模塊建立連接和控制界面的映射關(guān)系，同步顯示；顯控端的觸摸操作信號(hào)同步通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)傳輸模塊，通過輸出解碼到地面調(diào)試設(shè)備主機(jī)。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

2.4.1 要求

在軟件設(shè)計(jì)上，要求軟件設(shè)計(jì)應(yīng)做到：

（1）具有良好的人機(jī)界面，具有較好的功能要求；

（2）保證軟件中變量、內(nèi)存分配、異常處理的合理性；

（3）軟件易學(xué)、易使用，操作靈活、方便；

（4）具有穩(wěn)定性要求和較好的容錯(cuò)性要求，具有良好的擴(kuò)展性。

2.4.2 方式

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于BS 構(gòu)架的，設(shè)計(jì)出的人機(jī)界面美觀，通過互動(dòng)式圖形化完成系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，可高效的設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示，將采集到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有意義的結(jié)果。遠(yuǎn)程控制傳輸端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸端軟件完成數(shù)據(jù)采集、控制功能，并提供服務(wù)器端作為接入功能接口；顯控端作為客戶端可以通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)端對(duì)接，整體構(gòu)成 BS 構(gòu)架。服務(wù)器端支持多客戶端接入，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)顯控端的功能。

2.4.3 結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)軟件基本可以分為信號(hào)采集與顯示模塊、遠(yuǎn)程顯控服務(wù)器端模塊、控制操作模塊、輸出、顯示解碼模塊、顯示操作客戶端模塊等。軟件結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

（1）信號(hào)采集與顯示模塊：配合采集卡，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與實(shí)時(shí)顯示；

（2）遠(yuǎn)程顯控服務(wù)器端模塊：提供遠(yuǎn)程接入的服務(wù)功能，可以通過用戶名、密碼的方式確保接入安全，接入后通過 TCPIP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)顯示和控制數(shù)據(jù)的雙向傳送，通過壓縮算法提高圖像信息的傳送速度和響應(yīng)的實(shí)時(shí)性；

（3）控制操作模塊：將操作控制指令進(jìn)行采集和傳輸?shù)椒?wù)器端，服務(wù)器通過硬件把操作映射到設(shè)備中；

（4）輸出、顯示解碼模塊：將顯控端的操作轉(zhuǎn)化為輸出接口信號(hào)，用來驅(qū)動(dòng)硬件解碼的輸出和控制功能；將服務(wù)器端傳輸?shù)膱D像信息解碼和顯示成圖像，便于查看；

（5）顯示操作客戶端功能：通過服務(wù)器建立連接和進(jìn)行通信，維護(hù)連接，只要通過瀏覽器就可以打開界面。

3 工程應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)儀器及對(duì)象

試驗(yàn)儀器：裝備調(diào)試設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)（1 套）；試驗(yàn)對(duì)象：地面調(diào)試設(shè)備選擇飛行參數(shù)記錄檢查儀，飛機(jī)飛行參數(shù)記錄器機(jī)上控制電路和控制系統(tǒng)功能。

3.2 準(zhǔn)備工作

設(shè)備準(zhǔn)備。用220V 電源電纜將遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)與電源插座相連，根據(jù)試驗(yàn)要求，將飛行參數(shù)記錄檢查儀分別與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)、飛機(jī)地面準(zhǔn)備板上檢查插座連接。

飛機(jī)準(zhǔn)備。將飛機(jī)上各控制機(jī)構(gòu)、地面控制板的開關(guān)置于初始位置，將空調(diào)車和地面電源連接到飛機(jī)上，啟動(dòng)飛機(jī)電源，接通系統(tǒng)電源開關(guān)、飛參系統(tǒng)工作電源開關(guān)。

3.3 測(cè)試試驗(yàn)

打開裝備調(diào)試設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)、飛行參數(shù)記錄檢查儀電源開關(guān)，平臺(tái)進(jìn)入開機(jī)畫面，等待5 s 后，自動(dòng)進(jìn)入狀態(tài)界面，當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)控狀態(tài)、遠(yuǎn)程信號(hào)均顯示“正?！焙蟊硎酒脚_(tái)已經(jīng)正常工作。

將飛機(jī)作業(yè)顯控端的平板電腦開機(jī)，進(jìn)入鏈接頁(yè)面，直接進(jìn)入地面調(diào)試設(shè)備主機(jī)控制界面，即可操作飛行參數(shù)記錄檢查儀，在測(cè)試界面下，按壓“選擇”按鈕，在主菜單界面中選擇“飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)的自動(dòng)接通功能”選項(xiàng)，按壓“確認(rèn)”按鈕后進(jìn)入飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)的自動(dòng)接通功能檢查測(cè)試界面，完成該項(xiàng)目的測(cè)試。結(jié)合工作需要，依次完成飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)的手動(dòng)接通功能、機(jī)上校準(zhǔn)、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)校準(zhǔn)、氣壓高度校準(zhǔn)等項(xiàng)目的通電檢查。

3.4 結(jié)束工作

關(guān)斷系統(tǒng)電源、裝備調(diào)試設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)、飛行參數(shù)記錄檢查儀工作開關(guān)，斷開飛機(jī)電源，機(jī)上各控制機(jī)構(gòu)置于工作初始位置，收好空調(diào)車和地面電源。

4 結(jié)語

基于5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建裝備地面調(diào)試設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)視控制通用平臺(tái)的測(cè)試是一個(gè)較為復(fù)雜的工程，本文從飛機(jī)裝備調(diào)試設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)需求出發(fā)，搭建了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的總體框架，確定了設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)以及軟硬件設(shè)計(jì)，并完成了工程應(yīng)用，使用更加方便，順應(yīng)了航空維修企業(yè)地面調(diào)試設(shè)備智能化、網(wǎng)絡(luò)化、無線化的大趨勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)地面調(diào)試作業(yè)，便于提高調(diào)試作業(yè)的便捷性和及時(shí)性，提高調(diào)試效率。