便攜式發(fā)動機測試設備的研究

摘要：針對現(xiàn)有發(fā)動機狀態(tài)檢測設備體積、重量大，集成度低，導致其靈活性較差的問題，本文提出了一種便攜式發(fā)動機測試設備的研制方案，給出了詳細的硬件和軟件設計。該便攜式發(fā)動機測試設備具有攜帶、使用方便、智能化、集成度高的特點。本文網(wǎng)絡版地址：http：//www.eepw.com. cn/article/145481.htm

關(guān)鍵詞：發(fā)動機測試設備；硬件設計；軟件設計

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.6.011

引言

目前檢測飛機發(fā)動機各狀態(tài)參數(shù)的設備，體積和重量大，集成度很低，導致其靈活性較差，不能很好地滿足現(xiàn)代作戰(zhàn)對發(fā)動機測試的要求，且給地勤人員增加了飛機的維護保障

難度，影響了飛機的保障效率[1，2]。因

此，研制一套功能齊全，智能化、集成度高，使用、攜帶方便的發(fā)動機狀態(tài)原位監(jiān)測設備尤為迫切。

系統(tǒng)總體設計

發(fā)動機狀態(tài)檢測設備總體構(gòu)成如圖1所示，由適配器、信號采集處理模

塊、硬件測試平臺組成。圖中，機載傳感器敏感被測對象發(fā)動機的各種物理量（溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等），并將其轉(zhuǎn)換成電信號。適配器將輸入的電信號通過處理轉(zhuǎn)化為標準電信號送給硬件測試平臺，測試平臺對輸入信號進行相關(guān)運算和處理后、通過顯示器顯示最終的測試結(jié)果；并實時保存測試數(shù)據(jù)，為地勤人員進一步對發(fā)動機進行故障分析與診斷。

硬件設計

設計方案

硬件平臺設計采用嵌入式平臺，它是系統(tǒng)的智能指揮中心，根據(jù)檢測設備總體設計要求，所設計的硬件平臺結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由最小系統(tǒng)和各種外圍擴展電路接口組成。硬件平臺在設計中采用分層結(jié)構(gòu)設計，頂層為最小核心系統(tǒng)層，底層為外圍擴展模塊層。

最小系統(tǒng)層由處理器（S3C2410），64M字節(jié)NAND Flash，兩片64M字節(jié)SDRAM，網(wǎng)口芯片CS8900，Multi-ICE調(diào)試接口和復位模塊組成。底層由LCD模塊，SD卡模塊和電源模塊等組成。

Windows CE系統(tǒng)移植

Windows CE操作系統(tǒng)從體系結(jié)構(gòu)上具有分層結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的特點，可以被裁減和重新配置，具有很強的擴展性。開發(fā)人員使用該系統(tǒng)提供的集成開發(fā)環(huán)境（Platform Builder簡稱PB）可根據(jù)它的提示完成操作系統(tǒng)鏡像的定制、編譯與調(diào)試工作，并可在此環(huán)境中進行應用軟件和驅(qū)動程序的開發(fā)。

當?shù)夭脺p、添加組件，對某些配置文件進行修改；然后封裝所需要的功能模塊，編譯生成OS鏡像文件。設計中，設備要為自己定制目標設備，則需開發(fā)Boot Loader和驅(qū)動程序；最后把鏡像文件下載到目標設備，進行調(diào)試，直到滿足要求后，才完成平臺的創(chuàng)建。完成以上工作后，導出相平臺定制過程如下[4，5]：（1）選擇操作系統(tǒng)的基本配置，并且為特定的平臺選擇相應的微處理器和平臺支持包BSP。本平臺選用三星公司的ARM9 S3C2410作為核心處理器，在PB的BSP列表中，選擇SAMSUNG SMDK2410：ARMV4I作為開發(fā)板支持包。（2）制定平臺。首先完成開發(fā)設備驅(qū)動，適應的SDK（Software Development Kit）軟件開發(fā)工具包，運行后加到EVC中，可在特定的硬件平臺上進行應用程序開發(fā)。SDK包含程序庫、頭文件、示例程序源代碼和庫函數(shù)使用文檔，同時還包括編程指導和API參與設備驅(qū)動工具包（DDK）。（3）通過JTAG仿真器將Windows CE映象文件下載到Flash存儲器中，然后脫機，按下測試系統(tǒng)的電源鍵，屏幕上將會顯示W(wǎng)indows CE開啟畫面，說明Windows CE已經(jīng)成功運行。

本系統(tǒng)采用一般Boot Loader源碼的實現(xiàn)思想，根據(jù)實際硬件平臺將Boot Loader代碼分為NBoot（NAND Flash Boot Loader）和EBoot（Ethernet Boot Loader）兩部分實現(xiàn)。

NBoot啟動代碼是最先執(zhí)行的部分，主要為后面啟動Windows CE內(nèi)核鏡像和下載Windows CE內(nèi)核鏡像準備基本的硬件環(huán)境。

EBoot負責各個設備的初始化、內(nèi)存地址映射、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)驅(qū)動和加載內(nèi)核鏡像的相關(guān)準備工作。EBoot通過串行口為用戶提供控制臺接口，從以太網(wǎng)下載Windows CE的鏡像文件到RAM中，然后再燒寫到Flash中。

驅(qū)動程序開發(fā)

SD卡驅(qū)動設計包括插卡的自動檢測；SD初始化和卡的讀寫操作。本設計采用PB來開發(fā)SD卡流接口驅(qū)動程序。首先在PB里面創(chuàng)建SD驅(qū)動程序工程，然后在該工程中搭建一個簡單動態(tài)鏈接庫，最后將流接口驅(qū)動程序入口函數(shù)添加到動態(tài)鏈接庫，同時編寫該驅(qū)動程序的注冊表部分即可。

應用程序設計

應用程序用于監(jiān)測航空發(fā)動機試車工作狀態(tài)并輔助機務人員維修排故。它可以實時的對發(fā)動機試車過程中溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等多路模擬量和頻率量，以及多路開關(guān)量進行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、報警，并對主要試車性能參數(shù)進行分析，指導機務人員的維修排故。程序功能如圖8所示。

信號設置與標定模塊：實現(xiàn)對所要采集的發(fā)動機信號相關(guān)信息的設置，并對信號進行標定以修正測量通道的誤差；發(fā)動機信號的實時采集處理與顯示模塊：完成發(fā)動機各路信號的實時采集，并對采集的信號進行相關(guān)的處理和運算，同時實時的繪制出信號的時間曲線以便于觀測信號的動態(tài)變化，從而監(jiān)視發(fā)動機在不同時刻的工作狀態(tài)；維修信息的上傳與填寫模塊：實現(xiàn)試車過程中相關(guān)維修信息的數(shù)字化填寫，并上傳到發(fā)動機監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。

結(jié)論

本文設計的便攜式發(fā)動機測試設備綜合運用嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與數(shù)字濾波技術(shù)、FPGA技術(shù)和操作系統(tǒng)移植技術(shù)完成的發(fā)動機參數(shù)原位檢測設備，以某型飛機為應用對象，經(jīng)過長時間使用表明，該測試系統(tǒng)不僅功能齊全，工作可靠穩(wěn)定，智能化、集成度高，使用、攜帶方便，而且降低了地勤人員的維護保障難度，提高了飛機的保障效率。

參考文獻：

[1] 盧建華等，飛機電源與電氣控制[M].海潮出版社，2008-05

[2] 吳曉男，徐慶九，曲東才等.飛機儀表[M].煙臺：海軍航空工程學院出版社，2005：106-132

[3] 徐志軍，徐光暉.CPLD/FPGA的開發(fā)與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002

[4] 慕春棣.嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建[M].北京：清華大學出版社，2004

[5] 陳衛(wèi)東.嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲與交換[D].北京郵電大學，2005[6] 王金明，張雄偉.FIR濾波器的優(yōu)化設計與硬件實現(xiàn).電視技術(shù)[J].2003，（3）：19-21

[7] 齊云.基于Windows CE的嵌入式軍用PDA系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學，2006