基于PC/104的某型火箭控制盒檢測儀的設計與實現

沈密娜

（海凱迪克航空工程技術有限公司，上海 200443）

0 引言

對于飛機火控系統而言，火箭控制盒是其中一個十分關鍵的組成部分。要想在飛機飛行的過程中確保安全及穩定性能，那么針對這一配件組成開展相應的檢驗測量工作是十分必要的。就當前的檢測工作開展情況來看，通常所運用的檢測設備元器件眾多，電路較復雜，實時性較差，數據信息傳遞穩定性能較差，一部分功能作用無法實際完成，并且因為長時間的操作運用造成設備老化，給檢測工作的開展帶來一定困擾。當前科學技術水平的提升，在設備檢測領域也實現了全新的突破，之前所使用的檢測儀器逐漸被先進的智能技術所取代。PC/104 嵌入式計算機系統，以其優良的品質、高可靠性及模塊化，已經受到了技術操作者愈發廣泛的注重，在檢測工作開展的過程中也有了更多的運用，所以借助現在十分常見的嵌入式計算機系統對檢測技術加以完善與提升成為擺在眼前的現實性問題。

1 硬件平臺構建

1.1 技術指標

火箭控制盒是做用于火箭彈發射過程中的操控的一種設備。一般而言，火箭控制盒在工作開展的時候，所采取的形式有三種。處于三種差異性的工作形勢中，火箭控制盒把脈沖電流按順序傳遞到電點火具位置處，讓火箭彈遵循輸出脈沖的順序完成發射工作，并且在整個發射的過程中，還要將相關的動態信息完整的回饋反映在電子屏幕上。按照火箭控制盒所具備的性能不同，在檢測工作中所需要針對的是下面幾個問題：

①直流電壓： 電壓的值在0V 到30V 之間，電壓值要精確到±0.1V。②直流電流：電流的值在0.1A 到2A 之間，電流值要精確到±0.01A。③離散量：主要指的是12 路離散信號的收集工作和開關量控制信號的產生。④脈沖信號： 主要針對頻率低于100Hz 的脈沖信號，對其周期及寬度加以測量，數值要精確到±1ms。

1.2 檢測系統的組織結構

要想完成對數據信息的收集工作，檢測系統的組織結構需要為：PC/104 嵌入式計算機系統、應用軟件、數據采集卡、信號調理板、硬件接口、連接電纜以及需要接受檢測的對象。這些結構里邊，PC/104 嵌入式計算機系統能夠給軟件的開發平臺創造所需的適應條件，火箭控制盒輸出檢測信號，該信號通過二極管、電阻、電容簡單濾波后，其上升沿觸發JK 觸發器使數據保持與鎖存，脈沖信號的低狀態經過數據保持與鎖存觸發器，把兩次鎖存信號進行門電路操作，就是輸出脈沖的脈寬，隨后對輸出的12個脈沖疊加。由數據采集卡在軟件的控制下采集經過調理的信號，再通過狀態轉換送給PC/104 嵌入式計算機系統加以保存或處理。

圖1 檢測儀原理框圖

1.3 信號調理板

該檢測系統中信號調理板需要解決兩個方面的信號處理問題：(1)解決模擬量與數據采集板卡之間的電平匹配問題，火箭控制盒的工作電壓是27V，而ADT700 數據采集模塊能采集到的最大輸入電壓為5V，因此需要先將工作電壓通過信號調理板進行降壓，才能實現數據的采集。(2)火箭控制盒的脈沖輸出信號是一個非常不規則的信號，電火花與尖峰電壓頻繁，其有效部分必須進行整形才能被識別。

1.3.1 電平匹配和RC 整形

火箭脈沖的電壓幅值是27V，經過分壓電阻R2 和R3，信號幅值降為4.5V，不同電容值的C1、C2 和C3 使信號加以抑制或使其急劇衰減，得到相對平滑的波形。當有尖峰電壓時，檢測端A 的幅值會跳變，二極管D2 和電阻R1 使檢測端A 的幅值限制在4.5V。二極管D1 使火箭控制盒的地信號不能輸出到檢測儀。

圖2 電平匹配和RC 濾波電路

1.3.2 脈沖波形保持與鎖存

觸發器是在輸入信號消失以后，能將獲得的新狀態保存下來。經RC 濾波電路處理后的脈沖波形A，送到JK 觸發器進行狀態修正。

觸發器A 的時鐘端CP 接收到脈沖波形A 的上升沿，因為J端置H 高電平，K 端置L 低電平，所以輸出端Q 保持為高電平，如圖3 狀態A 所示。如果脈沖波形A 存在干擾信號，觸發器只接收第一個上升沿，并對其狀態保持為高電平，這樣保證了狀態的穩定，不會因為存在干擾信號的原因而改變狀態。

觸發器B 的復位端R 接收脈沖波形A 的低狀態，當有低狀態時輸出端Q 保持為低電平，如圖3 狀態B 所示。

狀態A 接收上升沿，狀態B 接收低電平，但是狀態A 與狀態B 有時序差，如圖3 的時序所示。把兩次鎖存信號狀態A 和狀態B 進行邏輯與操作就是輸出脈沖的脈寬，如脈沖波形B。

圖3 波形保持與鎖存

1.4 數據采集卡功能

檢測儀的外圍硬件選用的是盛博公司的數據采集卡ADT700，通過堆棧與CPU 模塊連接。

數據采集卡ADT700 提供了32 路模擬量輸入通道，支持雙極性的模擬信號輸入，采樣頻率可達100kHz，12 位分辨率，確保了實時信號不間斷的采集。通過檢測軟件對ADT700 數據采集模塊的控制，可以在檢測畫面中對各種信號實時監測，以檢測輸入的工作電壓是否符合精度要求，工作電流是否正常反應了火箭控制盒的工作狀況。

2 軟件數據采集

2.1 開發軟件的選擇

在硬件基礎確定的條件下，PC/104 嵌入式計算機系統的關鍵在于選擇合適的軟件開發。該檢測系統選用專門為工程技術人員開發的語言——C 語言，同時運行在DOS 操作系統下。

2.2 人機操作界面

C 語言軟件開發平臺可以編寫方便、 直觀的圖形化操作界面，根據檢測界面下方提示，按[ENTER]鍵，[ESC]鍵，[↓]鍵和[↓]鍵，選擇不同的檢測項目，就可以完成火箭控制盒的檢測任務。

2.3 軟件編寫

圖4 檢測儀軟件流程圖

檢測儀的軟件設計基于PC/104 嵌入式計算機系統的CPU模塊，整個系統軟件所選擇的是模塊化的設計方案，這樣一來所有功能就能夠更加細致的劃分。這樣，軟件在升級性能問題上就得到有效增強，同時在檢測的時候也更為便利。軟件是通過C 語言編程方式來實現完成的，軟件結構所遵循的是前后臺系統的原則，其中主程序屬于死循環的框架，借助函數調用以及子程序來完成參數的輸送工作。脈沖寬度和周期的測量是采取定時器停止工作的方法來解決的。

系統軟件模塊包括：主程序、初始化子程序、A/D 轉換子程序、火箭脈沖將初始位置信號的條件判讀子程序、模擬量采集子程序、火箭彈發射方式子程序、發射狀態子程序、離散量采集子程序、中斷定時子程序和脈沖寬度與周期測量子程序等。

2.3.1 模擬量的采集

借助觀察畫面上所顯示的信息能夠完成對電壓與電流的隨時掌控，所涉及到的信息獲取都是借助ADT700 來完成的。

2.3.2 離散量的采集

當對火箭控制盒進行檢測的時候，我們必須要對各個通道的離散信號信息加以收集獲取。在這里能夠把這一工作環節設立成子函數，然后再相對的通道上就能夠完成每一通道信號的獲取工作。

2.3.3 脈沖寬度測量

火箭控制盒工作時產生的脈沖寬度以及脈沖周期是其主要性能參數，因此必須檢測其是否符合技術要求。在傳統檢測方法中，我們需要外接示波器來實現脈沖信號的采集，并通過一一比較的方法找出12 路脈沖信號中的最小脈沖寬度。而在該檢測儀中我們通過ADT700 數據采集模塊和軟件來實現這一功能。

在這里我們第一步要做的就是借助選擇檢測項目，按[ENTER] 鍵把一組開關量控制信號送達ADT700 的一路DO 端口，這樣一來就能夠把工作電壓連接到火箭控制盒，當接收到該高電平時計數器卡ADT700 開始計時，直到該高電平消失。在計數工作之后把最終數據輸送到顯示屏處進行顯示，就可以知道每一路脈沖的寬度具體值，然后采取比較字函數最小值的方法，就能夠獲取最終的檢測數據。這樣能夠有效的增加了檢測的精度，更提高了工作效率。

3 可靠性設計

檢測儀采用的是最簡化的結構設計，PC/104 嵌入式計算機系統模塊采用堆棧連接，同時功能模塊與PC/104 嵌入式計算機系統模塊也采用堆棧連接。檢測儀的輸入輸出信號進行隔離、輸出信號進行極性保護，確保信號安全性，進一步保護檢測設備和被試設備的安全。

4 結論

基于PC/104 嵌入式計算機系統的該火箭控制盒檢測儀操作界面友好、抗干擾強、性能穩定可靠、可以更加便利高效地實現這一產品所有性能的檢測工作，并且可以給未來研發工作帶來重要的參照依據。

本產品已經在委內瑞拉、玻利維亞、巴基斯坦、蘇丹、緬甸等國的項目中應用，實踐證明性能穩定，并得到了用戶的好評。

[1]梁越，李剛，王曉陵.基于PC/104 的多串口通訊的設計[J].應用科技，2004(3):28-29.

[2]童詩白.模擬電子技術基礎清華大學電子學教研組第2版.