一款組合接收設備綜合測試儀的設計研究

江萍

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

組合接收設備屬于無線電導航系統，接收地面航向臺、下滑臺、MLS地面臺信號，獲得飛機相對于預置航道的航向、下滑偏離偏差信息，并正確引導飛機按預置航向角、下滑角進行飛機精準著陸，組合接收設備正常與否，直接影響飛機是否安全著陸。

為了實現組合接收設備技術性能檢測，開展組合接收設備綜合測試儀設計研究，并配合儀表模擬器、微波模擬器，實現組合接收設備性能測試，完成組合接收設備狀態確認、及時故障排除，恢復產品正常工作狀態，提高產品的使用可靠性，具有重要意義。

組合接收設備綜合測試儀核心為標準的嵌入式計算機（PC104），根據各模塊的工作方式及完成的功能，同時考慮電磁兼容問題，測試儀內部分為電源單元、中央控制單元（包括主板、液晶顯示卡、鼠標、鍵盤、CF卡）、內部接口與控制單元、429總線控制單元、1553B總線控制單元、數據采集處理單元（A/D單元）、模擬信號前端處理單元、總線板、耳機、威圖標準機箱等；安裝Windows2000操作系統；測試儀為整個測試儀提供一個標準的軟硬件支持平臺，在此基礎上開發測試儀的檢測控制程序，完成整個綜合測試儀的研制，如圖1所示。

圖1 組合接收設備綜合測試儀原理框圖

2 開發環境

綜合測試系統采用嵌入式計算機、操作系統采用Windows2000、軟件采用C++Builder5.0開發軟件。

2.1 多線程編程

綜合測試儀系統中同時可用多個應用程序運行，每個應用程序都有唯一的一個主線程，每個應用程序還可啟動其它線程，所有的線程共享進程的地址并能訪問處理器分成很短的時間片，在每個時間片內只有一個線程在執行，操作系統按一定的優先級輪流執行各線程。

PC104單元作為主控制單元實現整個綜合測試儀的協調工作，系統運行時自動建立一個主線。為了提高系統的實時性，在主線程和輔助線程共同作用，完成對被測設備的測試。

2.2 多線程編程實現異步串行通信

利用Windows2000的多線程編程技術，編程創建輔助線程實時監視串口通信狀態，并由串口通信監視線程根據通信狀態向主線程發射相應的消息，由主線程分析處理。多線程串行通信具有接收數據自主覺察能力，一旦輔助通信監視線程查詢到數據已發送到串行口上，輔助線程自動接收數據，并向主線程發送數據接收到的消息，應用程序可根據該消息來處理通信串口傳送過來的數據，并采用通信監視線程還不占用CPU時間。

3 組合接收設備綜合測試儀硬件設計

3.1 中央控制單元

中央控制單元通過RS232總線通知內部接口控制實現對被測設備的加/斷電控制。中央控制單元采用PC104總線與429板通信實現對采用429總線通信的被測產品控制和數據顯示。中央控制單元采用PC104總線與1553B板通信實現對采用1553B總線通信的被測產品的控制和數據顯示。中央處理單元采用PC104總線實現對A/D板通信實現對被測產品輸出模擬量的測試與顯示。

3.2 內部控制與控制單元

顯控單元采用PC104處理器作為主控制器，所用操作只需用鼠標和鍵盤就可完成，系統前面板上設置了36個按鍵，用于組合接收機參數設置，這些按鍵與標準PC鍵盤的功能基本上一致，供電電源5V±5%、3A。其所需供電電源為5V±5%、1A。將信息進行識別、判斷、分組、打包，發送給總線接口單元，依據相應操作和數據通訊協議，對接口單元進行控制，形成429總線、1553B總線命令，以控制組合接收機工作；同時接收429口、1553B總線回傳的組合接收機數據，通過顯示器顯示。

3.3 1553B總線控制單元

綜合測試儀的1553B總線控制單元采用SCP-1553B板卡實現，SCP-1553B是一款基于PC104結構的1553B總線通訊控制模塊。模塊上集成了智能處理器、雙口共享存儲器、1553B通信控制器、隔離變壓器、程序存儲器、譯碼控制電路、總線耦合器等組成。

1553B總線控制單元是一種智能化、通用化和標準化特征的1553B多了傳輸總線通信接口模塊，該模塊采用PC104總線標準，總線的波特率為預置速率。可與PC104總線的主機棧接，提供1553B標準通信接口。

1553B總線控制單元接收工控機下發的數據，形成1553B總線控制命令，以控制組合接收設備的工作；同時接收被測組合接收設備返回1553B數據，經處理后顯示在屏顯上，完成飛機組合接收設備與綜合測試儀間數據交換。

1553B總線控制單元具有上電自檢功能，并將自檢結果上傳并顯示。

1553B總線數據編碼如圖2所示。

圖2 1553B數據編碼格式

3.4 429總線控制單元

綜合測試儀429總線控制單元采用SEM/A429模塊實現429總線信號的收發，其內部含有兩個數據接收通道和一個數據發送通道。該模塊通過16位總線與外部進行數據交換，可通過棧接總線直接與PC104模塊連接，為嵌入式系統提供429信號收發功能。429總線控制單元接收工控機指令形成429數據，控制組合接收設備，同時接收組合接收設備輸出的429數據，完成組合接收設備與檢測儀間429數據處理。

429總線控制單元具有預設定的數據傳輸速率、奇/偶校驗可選擇、發送與接收電路完全隔離、可選擇重點或查詢方式接收數據。

429數據電壓波形如圖3所示。

圖3 電平轉換電路圖

其中：

3.5 模擬信號前端處理

被測設備輸出的模擬信號直流電壓高達幾十伏，有的只有毫伏級，對這些信號無法送到A/D板直接處理，必須對信號進行電平轉換，達到A/D板測試量程范圍內，電平轉換電路，如圖4所示。將超過A/D板測試量程的直流電壓進行分壓，經數模轉換后再由軟就按比例還原，電平轉換關系為V0=Ra/(Ra+Rb)·VI，對弱信號通過運放進行適當放大，再送A/D板進行處理。

圖4 電平轉換電路圖

3.6 總線板

總線板主要完成電源的加/端電控制、內/外離散量控制轉換、內/外429總線控制功能轉換、模擬表圖的驅動。總線板各功能動作受控于PC104,PC104通過ISA總線以RS232串行通信方式向總線板發送指令，總線板采用單片機及其他店里出來PC104總線信號。總線板框圖如圖5所示。

圖5 總線硬件框圖

3.7 數據采集處理單元

主要完成模擬信號轉換為數字信號，通過PC104送中央處理單元。綜合測試儀是一個具有PC104擴展槽，提供16位AD轉換能力。被測組合接收設備輸出的模擬信號經過模擬信號前端處理后，轉換為AD單元進行處理，通過模擬多路開關、采樣保持電路、AD轉換等轉換為數字信號，通過PC104總線接口傳輸到計算機進行處理顯示。數據采集處理單元原理框圖，如圖6所示。

圖6 AD控制原理框圖

4 組合接收設備綜合測試儀軟件設計

檢測儀軟件包括顯控軟件、429總線軟件、鎖存器軟件、1553B總線軟件。

顯控軟件為PC104軟件，采用C++Builder5.0編程，以WINDOWS操作系統作為整個檢測儀軟件的支持平臺。主要完成通過采集面板鍵盤、鼠標的操作，將控制參數（工作波道、模式等）進行采集、匯編，通過串口（COM1）下發給接口單元以規定總線信號控制組合接收機的工作，同時在測試界面上顯示組合接收機控制參數；顯控單元接收接口單元回傳的組合接收機TTL電平信號，將組合接收機的數據顯示在測試界面上，以實現組合接收機的檢測功能。

主要實現檢測儀與ARINC429總線接口和1553B總線接口的雙向通信。

429總線軟件為單片機軟件，以C語言編程，主要完成429總線數據的處理，接收工控機的TTL控制命令，按組合接收機429數據控制協議進行編碼，發給429轉換電路形成429控制數據A、B。接收回傳的塔康429數據，按組合接收機429數據協議解算發給控制機進行顯示，和顯控軟件的通信采用RS232接口進行。

鎖存器軟件為CPLD軟件，以lattice為開發環境，采用VHDL語言編寫。主要完成429、1553B總線軟件所用單片機的接口擴展功能。

1553B總線軟件為單片機軟件，以C語言編程，主要完成1553B總線數據的處理，和顯控軟件的通信采用RS232接口進行。

5 結語

本方案充分考慮測試的需求，采用總線化、模塊化的測試技術組建自動測試平臺。本測試平臺能夠滿足某型飛機組合接收設備性能測試，以此形成產品的測試能力和故障排查能力，保證飛機組合接收設備的修理質量，提升工廠飛機修理產量和經濟效益。