基于PXI總線架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)仿真設(shè)備研究

劉源 趙小勇 周宇辰

摘 要：針對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的調(diào)試、試驗(yàn)、驗(yàn)收及外場(chǎng)聯(lián)試等需求，設(shè)計(jì)基于PXI總線架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)仿真設(shè)備。本文以發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)為描述對(duì)象，從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面開展工作，對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行介紹，并給出相關(guān)實(shí)現(xiàn)結(jié)果，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集；PXI；LabVIEW

發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)主要用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力、滑油溫度、旋翼轉(zhuǎn)速的等系統(tǒng)參數(shù)信息；采集發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、告警盒相關(guān)數(shù)據(jù)；記錄發(fā)動(dòng)機(jī)歷程參數(shù)，并能進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)功率檢查；將采集的參數(shù)處理后送給綜合顯示器、飛行參數(shù)采集記錄器及發(fā)參顯示器[1]。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)內(nèi)部交聯(lián)信號(hào)較多且復(fù)雜，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，同時(shí)提高產(chǎn)品的研發(fā)能力、縮短調(diào)試周期、便于開展外場(chǎng)試驗(yàn)和軟件測(cè)試工作，本文以某型發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器為實(shí)際被控對(duì)象，開發(fā)一套基于PXI總線的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)仿真設(shè)備，并對(duì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于PXI總線架構(gòu)的仿真設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)組成如圖1所示，主要包括PXI工控機(jī)、信號(hào)調(diào)理箱、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器等。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器通過調(diào)試線纜與信號(hào)調(diào)理箱連接，通過調(diào)理箱對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后，送入工控機(jī)內(nèi)的各采集板卡，各采集板卡通過PXI總線與總線控制器交互通訊[2]，在操作系統(tǒng)界面運(yùn)行測(cè)試軟件模擬發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、綜合顯示器、飛行參數(shù)記錄器、發(fā)參顯示器及告警盒等數(shù)據(jù)，仿真整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)。

2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

仿真設(shè)備硬件平臺(tái)主要由工控機(jī)、采集板卡、信號(hào)調(diào)理箱組成。

2.1 工控機(jī)

工控機(jī)采用SIC15124i73U機(jī)箱作為仿真設(shè)備控制承載體；四核TP462作為控制器，采用PXI（cPCI）總線工業(yè)板卡，安裝在SIC15124i73U機(jī)箱內(nèi)，用于支持發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的硬件接口資源交互，運(yùn)行操作系統(tǒng)，加載仿真軟件。

2.2 采集板卡

2.2.1 A/D數(shù)據(jù)采集卡

選用A/D掃描采集板卡AECADCPCI32M，該板卡提供32通道單端或16通道差分模擬量輸入，具備16bit分辨率和高達(dá)250kHz A/D轉(zhuǎn)換速率，可編程增益包括1、2、4、8四種及兩種A/D觸發(fā)模式，板載FIFO 可到32MB，其強(qiáng)大的功能能夠滿足不同用戶的工業(yè)測(cè)量和自動(dòng)化控制需求，良好的兼容性適用于各類系統(tǒng)配置。

2.2.2 數(shù)字I/O卡

離散量輸入選用采集卡CPCI1105A，該板卡基于32位/33MHz CPCI 總線規(guī)范，提供96路離散量信號(hào)采集，輸入具有滯回比較及保護(hù)功能，提高抗干擾能力，每個(gè)通道可軟件設(shè)置為28V/開（28V/地）或地/開采集兩種采集模式。

離散量輸出選用板卡CPCI1101A，該板卡基于32位/33MHz CPCI 總線規(guī)范，提供96路離散量輸出信號(hào)，每個(gè)通道可手動(dòng)設(shè)置為電源/電源斷或電源地/電源地?cái)噍敵?，可用于各類工業(yè)測(cè)量。

2.2.3 ARINC429板卡

ARINC429通訊選用板卡型號(hào)為AEC429CPCI1616，該板卡為CPCI數(shù)據(jù)接口總線，32位總線接口，共16路發(fā)送通道，16路接收通道，波特率100K，50K、12.5K可自選設(shè)置，并帶自檢功能。

2.2.4 串口通訊卡

串口通訊選用AECRSCPCI16/Z串口卡實(shí)現(xiàn)交互功能。該串口卡采用標(biāo)準(zhǔn)32位33MHz的CPCI總線接口；具備16路RS232/RS422/RS485串行通訊接口，電平模式硬件選擇；波特率及數(shù)據(jù)格式軟件可編程；支持中斷和查詢兩種數(shù)據(jù)讀取模式，每路發(fā)送緩沖容量為2047×8Bit，每路接收緩沖容量為4M×8Bit，滿足系統(tǒng)需求。

2.3 信號(hào)調(diào)理箱

信號(hào)調(diào)理箱主要完成工控機(jī)、采集板卡與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器信號(hào)調(diào)理、分類及交聯(lián)工作。調(diào)理箱前面板可提供被測(cè)產(chǎn)品的信號(hào)斷連及調(diào)試開關(guān)，方便調(diào)試排故；調(diào)理箱后面板用于設(shè)備交聯(lián)，采用防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，提供設(shè)備使用的安全性、可靠性。

3 軟件設(shè)計(jì)

仿真軟件采用NI公司的LabVIEW平臺(tái)開發(fā)。LabVIEW和basic、labWINDOWS/ CVI一樣，是一種程序開發(fā)環(huán)境，其最大區(qū)別是使用了圖形化編程語言 G語言，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，是一個(gè)面向最終用戶的工具，同時(shí)，其自帶的函數(shù)庫可以用于數(shù)據(jù)采集、GPIB 和串行設(shè)備的控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集的便捷途徑[3]。

仿真軟件主要包括接口測(cè)試軟件和系統(tǒng)仿真軟件兩部分組成，接口測(cè)試軟件用于完成發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的接口的手動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試功能；系統(tǒng)仿真軟件通過模擬發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、綜合顯示器、飛行參數(shù)記錄器、發(fā)參顯示器及告警盒等設(shè)備，完成與發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的數(shù)據(jù)交互，模擬整個(gè)參數(shù)采集系統(tǒng)；并同時(shí)提供設(shè)備自檢、用戶數(shù)據(jù)管理和設(shè)備校準(zhǔn)等功能。

3.1 設(shè)備校準(zhǔn)軟件

設(shè)備校準(zhǔn)是提供仿真設(shè)備信號(hào)校準(zhǔn)的方法。將校準(zhǔn)結(jié)果保存到資源配置庫中對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。編寫校準(zhǔn)軟件之前，在資源配置庫中填寫校準(zhǔn)配置表。校準(zhǔn)軟件界面顯示校準(zhǔn)通道的信號(hào)名稱、斷點(diǎn)號(hào)、接口定義，信號(hào)范圍等信息。模擬量校準(zhǔn)按照兩級(jí)校準(zhǔn)方式，根據(jù)調(diào)理比例系數(shù)、軟件界面輸出值與參考信號(hào)范圍，經(jīng)比例系數(shù)換算后，再通過軟件公式校準(zhǔn)一次，作為結(jié)果輸出，校準(zhǔn)軟件界面如圖2所示。

3.2 接口測(cè)試軟件

接口測(cè)試軟件包括手動(dòng)、自動(dòng)測(cè)試兩部分，可手動(dòng)或自動(dòng)完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的離散量輸入/輸出接口檢測(cè)、模擬量輸入/輸出接口檢測(cè)、頻率量輸入接口檢測(cè)、通訊接口檢測(cè)等組成，接口測(cè)試界面如圖3所示。

3.3 系統(tǒng)仿真軟件

系統(tǒng)仿真軟件用于模擬發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，仿真界面如圖4所示，發(fā)參采集器采集調(diào)理箱模擬送出的發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓力、滑油溫度、主減滑油溫度、主減滑油壓力等模擬量信號(hào)，旋翼轉(zhuǎn)速、自由渦輪轉(zhuǎn)速等轉(zhuǎn)速信號(hào)，輪載、放氣活門等離散量信號(hào)，并通過ARINC429總線接收仿真軟件模擬端的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、告警盒的輸出參數(shù)，通過采集器自身解析、組包后，由RS422總線發(fā)送給仿真軟件上模擬端的綜合顯示器、發(fā)參顯示器、飛行參數(shù)記錄器，并接收綜合顯示器的控制命令，完成整個(gè)參數(shù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互及仿真。

4 總結(jié)

本文提出了一種基于PXI總線架構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)仿真設(shè)備的研究，并從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、仿真軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面介紹了仿真設(shè)備的具體實(shí)現(xiàn)方案。經(jīng)過實(shí)際使用，該仿真設(shè)備能較好的完成發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集器的接口測(cè)試工作，并能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)的仿真要求，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)、調(diào)試、試驗(yàn)周期，具有較好的工程實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉源，孫東亞，于正同.基于ARM的民機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信，2017（08）：4344.

[2]李迎.基于PXI的實(shí)時(shí)仿真測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，2013（12）：2324.

[3]劉源，張曉斌，高楠，吳小華.基于LabVIEW的機(jī)載28V直流用電設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011 （19）：13351337.

作者簡(jiǎn)介：劉源（1987），男，山東日照人，碩士，工程師，計(jì)算機(jī)應(yīng)用。