某型飛機(jī)懸掛物管理系統(tǒng)接口組件檢測儀研制

某型引進(jìn)飛機(jī)裝有懸掛物管理系統(tǒng)，用于管理和控制所攜帶的武器和相關(guān)懸掛投放裝置。接口組件是該型懸掛物管理系統(tǒng)的核心部件，用于懸掛物管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與飛機(jī)前艙的系統(tǒng)控制機(jī)構(gòu)、發(fā)動機(jī)防喘系統(tǒng)、起落架終點(diǎn)位置電門和加油管伸出位置終點(diǎn)電門等信息交聯(lián)，并可完成外掛武器的應(yīng)急發(fā)射（投放）和航炮的應(yīng)急射擊等功能，是系統(tǒng)信息交聯(lián)的樞紐。對該接口組件的測試由隨機(jī)配備的測試設(shè)備完成，測試步驟需人工逐步操作并判讀，測試效率低,且只進(jìn)行組件的性能測試，故障定位難。因此，為了提高測試效率和故障定位深度，設(shè)計(jì)了基于工控計(jì)算機(jī)架構(gòu)、模塊化軟件編程和窮舉測試法故障定位的接口組件檢測儀[1]。

1 被測對象分析

該接口組件實(shí)現(xiàn)ARINC429總線信號與開關(guān)量信號的相互轉(zhuǎn)換，接口信號包括總線信號、開關(guān)量輸入信號和開關(guān)量輸出信號。

總線信號包括： (1)1路ARINC429總線發(fā)送信號；
(2)1路ARINC429總線接收信號。
開關(guān)量輸入信號包括：(1)61路“27 V/OPEN”開關(guān)量輸入；(2)3路“GND/OPEN”開關(guān)量輸入；(3)9路“+5 V/GND”開關(guān)量輸入。
開關(guān)量輸出信號包括：(1)88路“27 V/OPEN”開關(guān)量輸出；(2)20路“GND/OPEN”開關(guān)量輸出；(3)3路“+5 V/GND”開關(guān)量輸出。

2 總體方案設(shè)計(jì)

通過對被測對象分析可知，接口組件檢測中共涉及111路開關(guān)量輸入、73路開關(guān)量輸出和ARINC429總線信號輸入輸出各1路，開關(guān)量輸入/輸出包含“27 V/OPEN”、“GND/OPEN”和“+5 V/GND”。接口組件的檢測原理是：檢測儀向接口組件發(fā)送“ARINC429總線信號/開關(guān)量信號”，同時(shí)接收輸出的“開關(guān)量/ARINC429總線信號”，將接收到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，進(jìn)行檢測和診斷。

根據(jù)接口組件的電氣特征和檢測儀所要完成的測試任務(wù)，對被測對象的屬性、輸入輸出對應(yīng)關(guān)系等進(jìn)行分析歸類，在考慮設(shè)備可靠性、維修性及擴(kuò)展兼容能力的基礎(chǔ)上，架構(gòu)了以工控計(jì)算機(jī)為控制核心的測試設(shè)備，設(shè)備總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。


3 硬件設(shè)計(jì)

測試設(shè)備硬件主要由工控計(jì)算機(jī)、ARINC429總線信號收發(fā)板、信號調(diào)理板、開關(guān)量輸入板、開關(guān)量輸出板和電源模塊等組成[2-3]。

3.1 工控計(jì)算機(jī)

主板采用研祥的FSC-1718VN主板，CPU為Pentium 4，800 MHz主頻，配備2條DDR 266/333/400雙通道DIMM插槽，可支持最大2 GB系統(tǒng)存儲器，1個(gè)RJ-45接口，2個(gè)SATA IDE接口，4個(gè)USB接口以及ISA和PCI總線接口等功能。其電源由主板的電源總線提供。ISA總線和PCI總線構(gòu)成了主板的控制總線，工控計(jì)算機(jī)通過控制總線對各個(gè)功能板進(jìn)行控制，完成對被測件的檢測。

3.2 ARINC429總線信號收發(fā)板

ARINC429總線數(shù)據(jù)傳輸是一種串行通信。其數(shù)據(jù)信息通過一對單向、差分耦合、雙絞屏蔽線傳輸[4]。在傳輸信息時(shí)，ARINC429數(shù)據(jù)總線的碼型為32 bit雙極性歸零碼， 如圖2所示,發(fā)送的脈沖有三個(gè)電平： 高電平(+6.5~ +13 V)、低電平(-13~-6.5 V)、零電平(-2.5~+2.5 V)，分別對應(yīng)邏輯1、邏輯0和本身的時(shí)鐘脈沖。該板卡的主要功能是在ARINC429總線與PCI總線之間起到橋梁作用，實(shí)現(xiàn)ARINC429總線信號與計(jì)算機(jī)數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換。它既能接收ARINC429總線信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)，又能將計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為ARINC429總線信號輸出。


3.3 信號調(diào)理板

信號調(diào)理板包括輸出信號調(diào)理模塊和輸入信號調(diào)理模塊。輸出信號調(diào)理模塊將開關(guān)量輸出板輸出的12路“27 V/OPEN”信號調(diào)理為3路“GND/OPEN”信號和9路“+5 V/GND”信號，輸出到接口組件的開關(guān)量輸入端。輸入調(diào)理模塊接收接口組件開關(guān)量輸出端的20路“GND/OPEN”和3路“+5 V/GND”開關(guān)量信號，并將其調(diào)理為23路“27 V/OPEN”信號輸出到開關(guān)量輸入板。圖3電路將“+5 V/GND”信號調(diào)理為“27 V/OPEN”信號，ULN2803反相驅(qū)動器對接口組件輸出的“+5 V/GND”信號進(jìn)行功率放大。


3.4 開關(guān)量輸入板

開關(guān)量輸入板(原理框圖如圖4)用于接收接口組件和信號調(diào)理板送來的“27 V/OPEN”開關(guān)量，進(jìn)行電阻分壓和電平轉(zhuǎn)換，將“27 V/OPEN”開關(guān)量轉(zhuǎn)換為TTL電平(如圖5所示)，經(jīng)地址鎖存送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。


3.5 開關(guān)量輸出板

開關(guān)量輸出板（原理框圖如圖6）用于向接口組件和信號調(diào)理板發(fā)送“27 V/OPEN”開關(guān)量。繼電器驅(qū)動電路主要完成73路單刀單擲繼電器的驅(qū)動,此部分電路采用達(dá)林頓管來實(shí)現(xiàn)TTL電平到“27 V/OPEN”的轉(zhuǎn)換。


3.6 電源模塊

電源模塊將輸入的220 V/50 Hz交流電源通過線性穩(wěn)壓電路變換為多路直流電源，以供接口組件和檢測設(shè)備使用。

4 軟件設(shè)計(jì)

檢測儀的軟件設(shè)計(jì)是在Windows XP操作系統(tǒng)和VC6.0編程開發(fā)環(huán)境支持下完成的[5]，軟件測試流程如圖7所示。

接口組件測試分為兩個(gè)通道分別進(jìn)行，“總線信號發(fā)送-開關(guān)量接收”通道測試和“開關(guān)量發(fā)送-總線信號接收”通道測試。“總線信號發(fā)送-開關(guān)量接收”通道測試原理是通過測試軟件控制ARINC429總線信號收發(fā)板發(fā)送ARINC429總線信號，經(jīng)過接口組件的功能變換，ARINC429總線信號轉(zhuǎn)換為開關(guān)量，同時(shí)，測試軟件控制開關(guān)量輸入板和信號調(diào)理板接收開關(guān)量數(shù)據(jù)，將開關(guān)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障診斷分析。同理，“開關(guān)量發(fā)送-總線信號接收”通道測試原理是通過測試軟件控制開關(guān)量輸出板和信號調(diào)理板發(fā)送開關(guān)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過接口組件的功能變換，開關(guān)量轉(zhuǎn)換為ARINC429總線信號，同時(shí)，測試軟件控制ARINC429總線信號收發(fā)板接收總線信號，并送入工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障診斷分析。

該接口組件的功能是實(shí)現(xiàn)總線信號與開關(guān)量的相互轉(zhuǎn)換，且存在一一對應(yīng)關(guān)系，因此，測試過程中采用窮舉測試法[6]進(jìn)行故障定位。窮舉測試法是指在被測電路的輸入端輸入所有可能的測試碼，觀察電路輸出是否與標(biāo)準(zhǔn)值一致。以“開關(guān)量發(fā)送-總線信號接收”通道測試為例,可將此通道分為73路獨(dú)立的測試單元進(jìn)行窮舉測試,若計(jì)算機(jī)接收的73組總線數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對均正確，則該測試通道正常；否則，故障可定位到相應(yīng)的測試單元。如果兩個(gè)通道均測試正常，則該接口組件工作正常。

實(shí)際應(yīng)用表明：該檢測儀設(shè)計(jì)合理，工作穩(wěn)定可靠，操作維護(hù)方便，所有測試內(nèi)容均自動完成，無需人工參與，可完成原引進(jìn)測試儀的所有功能，且故障可定位到獨(dú)立測試單元，故障定位準(zhǔn)確，有效地提高了檢測和診斷效率。