音頻控制面板5145-1-XX 系列測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

■ 李鈺歌 史健康/法荷航空附件服務(wù)（上海）有限公司

0 引言

隨著民航運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)部附件維修企業(yè)的維修業(yè)務(wù)量不斷攀升，其中包括音頻控制面板的送修。國(guó)內(nèi)的主流中大型客機(jī)為波音和空客機(jī)型，波音客機(jī)裝備的音頻控制面板5145-1-XX 系列因其穩(wěn)定優(yōu)秀的性能沿用至今，該系列音頻控制面板在維修市場(chǎng)擁有巨大的體量。

音頻控制面板（ACP）是飛機(jī)音頻控制系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，其可靠性直接與空地通信和機(jī)組間通信質(zhì)量相關(guān)聯(lián)。因此，在ACP 送修量加大的情況下保證維修質(zhì)量和增強(qiáng)部件維修的可靠性具有現(xiàn)實(shí)意義，其中的關(guān)鍵是解決ACP 的測(cè)試問題。

由于傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試臺(tái)使用原廠提供的電路圖設(shè)計(jì)，測(cè)試步驟繁瑣，操作較多。隨著ACP 送修量加大，幾百個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)都需要手動(dòng)操作和記錄，大大增加了部件維修人員的工作量，容易導(dǎo)致出錯(cuò)。此外，傳統(tǒng)測(cè)試臺(tái)僅僅局限于對(duì)ACP 開關(guān)功能的測(cè)試，無法復(fù)現(xiàn)因ACP 其他部分損壞導(dǎo)致的很多間歇性故障，這對(duì)于復(fù)雜故障的排除非常不利，容易導(dǎo)致ACP 的短小時(shí)拆換。

因此提出設(shè)計(jì)并制作一種全新的滿足CMM 手冊(cè)測(cè)試需求的ACP 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，一方面可以提高ACP 的測(cè)試效率和排故效率，實(shí)現(xiàn)無法由手動(dòng)測(cè)試臺(tái)實(shí)現(xiàn)的眾多功能，另一方面可以積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，透徹理解該系列音頻控制面板的工作原理。

1 ACP 功能和工作原理簡(jiǎn)介

圖1 為PN：5145-1-64 ACP 的外觀展示。該型ACP 與REU（遙控電子組件）協(xié)作管理進(jìn)出飛行機(jī)組的音頻信號(hào)，飛行機(jī)組使用ACP 控制通信和導(dǎo)航系統(tǒng)的音頻。ACP 的功能包括音頻的選擇呼叫功能、接收器的音頻調(diào)節(jié)功能、無線電與內(nèi)話模式的PTT 選擇功能、音頻過濾選擇功能、應(yīng)急/正常模式的切換功能以及BOOM-MASK 選擇功能，部分5145 系列的ACP 還有衛(wèi)星通話的相關(guān)選擇功能。

圖1 音頻控制面板5145-1-64外觀圖

根據(jù)ACP 相關(guān)CMM 手冊(cè)提供的電路原理圖和REU 相關(guān)電路原理圖可知，REU 工作時(shí)需要給ACP 提供一個(gè)連續(xù)的時(shí)鐘信號(hào)，ACP 的多路復(fù)用電路將REU 提供的時(shí)鐘信號(hào)和BCD 計(jì)數(shù)器初始化，ACP 發(fā)送給REU 的5 位字在兩個(gè)多路復(fù)用器之間進(jìn)行比較，隨著地址的變化，多路復(fù)用器將逐步掃描每路輸入信號(hào)。每個(gè)前面板的控制器在每個(gè)掃描周期內(nèi)單獨(dú)采樣，此時(shí)的多路復(fù)用器輸入端電壓是每個(gè)控制器直接的電平狀態(tài)。圖2 所示為ACP 輸出的典型波形，表1 是ACP 輸出波形每個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的具體通道位置。

表1 數(shù)據(jù)位位置和分配

圖2 ACP輸出典型波形

2 ACP 測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作

從上述分析可知，ACP 與REU 之間的通信方式更類似于一種復(fù)用與解復(fù)用的關(guān)系。REU 給ACP 提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，ACP 通過不斷掃描獲得各個(gè)控制器通道的電平，并將這些電平打包成一串可由REU 識(shí)別的模擬脈沖信號(hào)，REU 接收信號(hào)后通過解復(fù)用的方式獲得所有通道的具體電平信息，ACP 與REU 之間通過該過程即可實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的發(fā)送與接收。

因此，設(shè)計(jì)ACP 測(cè)試臺(tái)也要從該信號(hào)的特征入手，所設(shè)計(jì)的測(cè)試臺(tái)不僅需要模擬REU 輸出信號(hào)，還要接收并分析ACP 輸出的脈沖信號(hào)串。

2.1 ACP 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生

對(duì)原廠測(cè)試臺(tái)電路原理圖進(jìn)行模擬與仿真發(fā)現(xiàn)，ACP 工作所需的輸入信號(hào)頻率較低，但輸入信號(hào)電平較高，因此可以使用單片機(jī)輸出適當(dāng)頻率的方波信號(hào)，配合NPN 三極管組成開關(guān)電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，具體電路如圖3 所示。

圖3 ACP時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路

2.2 ACP 輸出信號(hào)檢測(cè)

對(duì)REU 測(cè)試臺(tái)進(jìn)行多次實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，ACP 輸出的波形信號(hào)可以通過單片機(jī)AD 采樣獲得各個(gè)通道的具體值。考慮到ACP 輸出波形的脈沖寬度較小，需要一種AD 采樣速率較快的單片機(jī)用于輸出波形的采樣。

因此，選用ATMEGA2560-16AU 芯片作為測(cè)試臺(tái)的主要控制芯片，在輸出時(shí)鐘信號(hào)的同時(shí)，通過ADC 采樣解碼ACP 輸出的波形信號(hào)。ATMEGA2560-16AU 芯片有10 位精度的ADC 功能，AD 轉(zhuǎn)換速度為13 ～260μs，可以滿足該信號(hào)的采樣要求。此外，該型單片機(jī)ADC 可以選用兩種外置的電壓參考基準(zhǔn)，這對(duì)于提高AD 采樣的準(zhǔn)確性有很大作用。

2.3 ACP 測(cè)試臺(tái)基本架構(gòu)

ACP 測(cè)試臺(tái)的基本架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 ACP測(cè)試臺(tái)基本架構(gòu)圖

硬件層由電源管理模塊、ACP 測(cè)試主控模塊和ACP 接口模塊組成。其中，電源管理模塊包括交直流電源轉(zhuǎn)換單元、DCDC 電源轉(zhuǎn)換單元、DCDC 電源顯示與保護(hù)單元，用于ACP 供電和測(cè)試臺(tái)的基本供電；ACP 測(cè)試主控模塊包括開關(guān)主控單元和MCU 主控單元，開關(guān)主控單元用于將手動(dòng)測(cè)試臺(tái)開關(guān)電子化，實(shí)現(xiàn)程控開關(guān)的功能，兼具ACP輸入輸出信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換功能，MCU主控模塊用于測(cè)試臺(tái)硬件層測(cè)試程序?qū)崿F(xiàn)，包括時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生和ACP 輸出脈沖信號(hào)的解碼。開關(guān)主控單元電路圖如圖5 所示。

圖5 ACP_MCB電路圖

通信層使用常用的RS-232 串行通信方式，預(yù)留RS-422 通信接口，可在需要時(shí)啟用。

軟件層使用C#語言編程。該編程語言是微軟公司發(fā)布的由C 和C++衍生的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，是一種運(yùn)行于.NET Framework 和.NET Core（完全開源，跨平臺(tái)）之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可以很好地設(shè)計(jì)并調(diào)試ACP 測(cè)試臺(tái)軟件，與C++、C 之間具有很強(qiáng)的類似性，容易學(xué)習(xí)和使用。測(cè)試臺(tái)軟件層功能包括手工測(cè)試功能、自動(dòng)測(cè)試功能、測(cè)試報(bào)告生成功能、測(cè)試報(bào)告打印功能、測(cè)試臺(tái)自檢功能。軟件部分人機(jī)交互界面圖如圖6 所示。

圖6 測(cè)試臺(tái)人機(jī)交互界面

從整個(gè)ACP 測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)的角度出發(fā)，應(yīng)用層分為ACP 功能性測(cè)試、ACP機(jī)載功能模擬和ACP 故障大數(shù)據(jù)分析。其中，ACP 功能性測(cè)試是基本功能應(yīng)用，依據(jù)CMM 手冊(cè)測(cè)試相關(guān)章節(jié)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)或手動(dòng)測(cè)試；ACP 機(jī)載功能模擬用于復(fù)現(xiàn)常規(guī)測(cè)試臺(tái)難以復(fù)現(xiàn)的部分故障，ACP 測(cè)試臺(tái)可以模擬REU 功能實(shí)現(xiàn)ACP 部分機(jī)載功能的車間模擬；ACP 故障大數(shù)據(jù)分析基于ACP 自動(dòng)測(cè)試報(bào)告的積累并通過CMM 手冊(cè)提供的排故指引實(shí)現(xiàn)故障“發(fā)現(xiàn)即排除”，同時(shí)，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)ACP的隱性故障，幫助維修人員快速排故，提高維修質(zhì)量。

3 ACP 測(cè)試臺(tái)功能驗(yàn)證

根據(jù)民航規(guī)章對(duì)該類設(shè)備的要求，需要對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證測(cè)試，記錄試驗(yàn)結(jié)果并分析該設(shè)備是否與OEM 設(shè)備等效。

本文使用傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試臺(tái)，依據(jù)CMM 手冊(cè)23-51-23 的測(cè)試部分對(duì)ACP（PN：5145-1-64，SN：6645）進(jìn)行功能測(cè)試并記錄所有測(cè)試結(jié)果，然后使用研發(fā)的自動(dòng)測(cè)試臺(tái)對(duì)該ACP 進(jìn)行5 次循環(huán)測(cè)試，得到5 次循環(huán)測(cè)試的結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)性分析，部分試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 相關(guān)性驗(yàn)證部分結(jié)果

通過相關(guān)性驗(yàn)證可以確定，該測(cè)試臺(tái)測(cè)試結(jié)果完全符合CMM 手冊(cè)23-51-23 測(cè)試要求，可以很好地完成件號(hào)5145-1-64 的ACP 的功能測(cè)試，測(cè)試效率也因自動(dòng)測(cè)試功能軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)得到大幅提高。

為了更好地支持其他5145-1-XX 系列的ACP，該測(cè)試臺(tái)針對(duì)其他件號(hào)ACP進(jìn)行了多次軟件適配工作，目前該測(cè)試臺(tái)已能支持6 個(gè)件號(hào)的ACP，正在進(jìn)行波音737MAX 飛機(jī)上新型ACP 的軟件適配工作，并取得了實(shí)質(zhì)進(jìn)展。

4 總結(jié)

本文介紹了一種新型5145-1-XX 系列ACP 測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作，相較于傳統(tǒng)的手動(dòng)測(cè)試臺(tái)，該型測(cè)試臺(tái)從ACP輸出信號(hào)處理的角度提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。通過大面積的電子開關(guān)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了所有原測(cè)試臺(tái)傳統(tǒng)開關(guān)的有效程控；通過研究CMM 手冊(cè)測(cè)試步驟，研發(fā)了符合CMM 手冊(cè)測(cè)試規(guī)范的自動(dòng)測(cè)試軟件，有效減少了傳統(tǒng)測(cè)試過程的操作步驟，提高了測(cè)試效率。經(jīng)過多次試驗(yàn)與測(cè)試驗(yàn)證，該型測(cè)試臺(tái)能夠很好地滿足CMM 手冊(cè)的測(cè)試要求，為部附件行業(yè)手動(dòng)測(cè)試臺(tái)的改進(jìn)提供了新的思路。