飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備設(shè)計(jì)研究

尹偉，王緯國(guó)，王洪濤

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241000）

某型飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)（UMS）作為機(jī)電系統(tǒng)的控制管理核心，與飛機(jī)各機(jī)電分系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、航電系統(tǒng)均有信息交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的綜合監(jiān)測(cè)、控制和管理，利用機(jī)電系統(tǒng)、航電系統(tǒng)的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)的故障診斷，提高機(jī)電系統(tǒng)的可靠性和維修性，減少LRU數(shù)量。某型飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)由機(jī)電管理計(jì)算機(jī)（UMC）和遠(yuǎn)程接口單元（RIU）及機(jī)電系統(tǒng)總線組成。通過(guò)設(shè)計(jì)機(jī)電管理總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)電管理系統(tǒng)與機(jī)電、航電、動(dòng)力裝置系統(tǒng)的交互總線信息的記錄與顯示。下面對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行論述。

1 總體設(shè)計(jì)

某型飛機(jī)機(jī)電管理系統(tǒng)（UMS）通過(guò)GJB289A（1553B）總線與航電系統(tǒng)綜合任務(wù)處理機(jī)傳輸交換信息。航電系統(tǒng)綜合任務(wù)處理機(jī)為總線控制器（BC），機(jī)電管理計(jì)算機(jī)（UMC）作為遠(yuǎn)程終端（RT）。系統(tǒng)交聯(lián)關(guān)系示意圖如圖1所示。

圖1 UMS系統(tǒng)工作原理示意圖

機(jī)電管理系統(tǒng)通過(guò)RS422A總線與機(jī)電各分系統(tǒng)傳輸交換信息，機(jī)電管理系統(tǒng)通過(guò)HB6096(ARINC429)總線與顯控系統(tǒng)傳輸交換信息。

機(jī)電管理系統(tǒng)總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備導(dǎo)入不同ICD定義后均能完成所有功能，具有通用性，可以同時(shí)監(jiān)控3條總線網(wǎng)絡(luò)（GJB289A“1553B”總線、RS422A總線和HB6096“ARINC429”總線）。自定義設(shè)置BC、RT功能，完成總線傳輸任務(wù)并記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控及顯示功能。支持XML格式的ICD文件導(dǎo)入及自定義ICD數(shù)據(jù)功能。

為滿足外場(chǎng)排故、調(diào)試使用，機(jī)電管理總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備總體設(shè)計(jì)為便攜式，應(yīng)用場(chǎng)景為機(jī)上原位測(cè)試。分析設(shè)備組成包括便攜式加固機(jī)（內(nèi)部安裝總線功能模塊）、斷連盒、信號(hào)采集激勵(lì)設(shè)備以及測(cè)試線纜等。總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備交聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

圖2 總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備交聯(lián)圖

總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備工控機(jī)內(nèi)部安裝 GJB289A（1553B）板卡和HB6096 (ARINC429)板卡、RS422A總線板卡，GJB289A（1553B）板卡通過(guò)專用線纜連接耦合器直接與被測(cè)產(chǎn)品連接進(jìn)行總線測(cè)試，HB6096板卡通過(guò)專用線纜連接到斷連盒，通過(guò)斷連盒連接到被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，RS422A信號(hào)通過(guò)工控機(jī)側(cè)面板預(yù)留串口連接到斷連盒，通過(guò)斷連盒連接到被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試；斷連盒接口為通用接口，可以通過(guò)不同線纜連接產(chǎn)品不同連接器進(jìn)行測(cè)試。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 便攜式加固機(jī)

便攜式加固機(jī)可實(shí)現(xiàn)各類型總線解析、源碼存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)回放等功能，測(cè)試信息顯示和記錄、權(quán)限設(shè)置等。在硬件設(shè)計(jì)上，便攜式加固機(jī)組成包括便攜式機(jī)箱、嵌入式工控機(jī)以及GJB289A、HB6096、RS422A總線模塊。

2.2 斷連盒

斷連盒前面板為信號(hào)輸入接口，方便用戶操作、使用。信號(hào)斷連盒面板布局、斷點(diǎn)板示意圖如圖3所示。

圖3 信號(hào)斷連盒面板布局（左）、斷點(diǎn)板（右）示意圖

將斷連盒接入到機(jī)電管理計(jì)算機(jī)（UMC）輸入輸出信號(hào)端口上，再通過(guò)轉(zhuǎn)接電線，將RS422A、HB6096信號(hào)接入到機(jī)電管理總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)RS422A、HB6096總線的采集和解析。

2.3 信號(hào)采集激勵(lì)設(shè)備

發(fā)出各類模擬、離散、頻率信號(hào)通過(guò)斷連盒輸入機(jī)電管理計(jì)算機(jī)，并采集機(jī)上傳輸?shù)哪M、離散、頻率信號(hào)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖（如圖4所示）

圖4 程序流程圖

首先進(jìn)行程序初始化，從數(shù)據(jù)庫(kù)等配置文件中讀取程序的配置信息、參數(shù)的默認(rèn)值等，完成全局變量的初始化等功能。初始化完成后程序自動(dòng)打開(kāi)主控界面，同時(shí)啟動(dòng)采集線程、IOServer、主控線程、健康線程等線程。

按照功能，將測(cè)試程序劃分為：數(shù)據(jù)采集、IOServer、GJB289A總 線 仿 真、RS422A總 線 仿 真、HB6096總線仿真、主控模塊、健康監(jiān)控等模塊。

（1）數(shù)據(jù)采集模塊

采集模塊主要完成總線信號(hào)的采集和刷新顯示功能，主要通過(guò)采集線程實(shí)現(xiàn)。采集線程采用定時(shí)輪詢的方式，使用Lab windows/CVI的默認(rèn)線程。采集函數(shù)在線程中循環(huán)執(zhí)行，運(yùn)行周期200ms。該線程的正常執(zhí)行，依賴于初始化調(diào)用Get All AIDI FromTable函數(shù)和Initialize AIDI Panel Ctrl函數(shù)，完成所有AI、DI信號(hào)的初始化。在采集線程中，通過(guò)共享數(shù)據(jù)內(nèi)存完成信號(hào)采集及顯示刷新。

（2）IOServer

IOServer即總線通訊中間服務(wù)件，通過(guò)調(diào)用板卡的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)總線仿真卡的通訊功能，通過(guò)共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)據(jù)交互，目前支持GJB289A、RS422A、HB6096等總線通訊功能。

通過(guò)IOServer處理GJB289A總線、RS422A總線、HB6096總線消息時(shí)，需要將總線類型（busID）、消息ID（msgID）、消息長(zhǎng)度（len）、數(shù)據(jù)（data）等傳遞給接口函數(shù)，在通過(guò)接口函數(shù)讀取消息或發(fā)送消息。

（3）GJB289A總線仿真

通過(guò)GJB289A飛行總線維護(hù)接口，將飛行總線接到總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備上，采用總線檢測(cè)模式，解析機(jī)電管理分系統(tǒng)和綜合航電任務(wù)處理機(jī)間總線通訊，并在設(shè)備上顯示和記錄。

使用IOServer實(shí)現(xiàn)GJB289A總線的通訊功能，GJB289A總線仿真模塊主要負(fù)責(zé)應(yīng)用層的功能實(shí)現(xiàn)，包括UI界面交互，消息組包解包等功能。

總線發(fā)送消息的實(shí)現(xiàn)流程是調(diào)用Msg_NewData函數(shù)生成新的指令消息，然后調(diào)用IOServer_BusWrite函數(shù)將消息發(fā)送出去。

總線接收消息的實(shí)現(xiàn)流程是調(diào)用IOServer_BusRead讀消息數(shù)據(jù)，在調(diào)用Msg_SliptOut函數(shù)解析消息并刷新顯示。

（4）RS422A總線仿真

RS422A總線仿真基于IOServer實(shí)現(xiàn)，初始化參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取初始化參數(shù)，在軟件界面可以更改和應(yīng)用配置，可對(duì)通訊端口復(fù)位，總線的協(xié)議存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。發(fā)送和接收消息在子頁(yè)面中分頁(yè)顯示，發(fā)送和接收消息支持2種顯示模式：表格模式和控件模式。發(fā)送消息的值可編輯，發(fā)送消息的默認(rèn)值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)，支持一鍵恢復(fù)默認(rèn)值，支持16進(jìn)制顯示。接收消息不可修改，定時(shí)刷新，刷新周期可調(diào)（最小200ms），支持16進(jìn)制顯示，支持16進(jìn)制源碼導(dǎo)出為txt。

串行總線仿真相關(guān)功能函數(shù)設(shè)計(jì)參見(jiàn)GJB289A總線仿真模塊。

（5）HB6096總線仿真

HB6096總線仿真基于IOServer實(shí)現(xiàn)，初始化參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取初始化參數(shù)，在軟件界面可以更改和應(yīng)用配置，可對(duì)通訊端口復(fù)位，總線的協(xié)議存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。發(fā)送和接收消息在子頁(yè)面中分頁(yè)顯示，發(fā)送和接收消息支持2種顯示模式：表格模式和控件模式。發(fā)送消息的值可編輯，發(fā)送消息的默認(rèn)值存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)，支持一鍵恢復(fù)默認(rèn)值，支持16進(jìn)制顯示。接收消息不可修改，定時(shí)刷新，刷新周期可調(diào)（最小200ms），支持16進(jìn)制顯示，支持16進(jìn)制源碼導(dǎo)出為txt。總線仿真相關(guān)功能函數(shù)設(shè)計(jì)參見(jiàn)GJB289A總線仿真模塊。

（6）主控線程

主控線程主要響應(yīng)用戶在程序界面的操作，比如用戶更改總線消息的值等，主控程序響應(yīng)操作，調(diào)用輸出函數(shù)完成總線消息數(shù)據(jù)更新等。當(dāng)用戶操作軟件界面時(shí)，觸發(fā)控件的響應(yīng)函數(shù)，控件的響應(yīng)函數(shù)中編程實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。主要涉及總線消息發(fā)送等。其中總線消息包括GJB289A總線、HB6096總線和RS422A總線。GJB289A總線、HB6096總線、RS422A總線的消息調(diào)用相關(guān)模塊功能函數(shù)。

（7）界面設(shè)計(jì)

總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備主界面如圖5所示。

圖5 總線監(jiān)控主界面

信號(hào)以控件形式雙屏顯示，按照信號(hào)類型、總線類型分頁(yè)顯示，頁(yè)面的顯示區(qū)域手動(dòng)布置，在顯示區(qū)域中的控件根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)配置由函數(shù)自動(dòng)生成，自動(dòng)賦予默認(rèn)值。

數(shù)據(jù)解析：對(duì)檢測(cè)到的GJB289A數(shù)據(jù)、RS422A數(shù)據(jù)以及HB6096總線數(shù)據(jù)根據(jù)ICD配置的信息進(jìn)行解析，并將解析結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到界面。數(shù)據(jù)顯示包括源碼數(shù)據(jù)顯示、工程數(shù)據(jù)顯示。

源碼數(shù)據(jù)顯示以16進(jìn)制或字符的方式顯示接收到的數(shù)據(jù)塊，顯示界面如圖6所示。

圖6 源碼數(shù)據(jù)顯示界面

4 監(jiān)測(cè)方法

通過(guò)斷連設(shè)備、信號(hào)采集和注入電纜將UMC的輸入輸出信號(hào)引接到總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集并根據(jù)信號(hào)特性和信號(hào)范圍將采集的原始值和解析后的物理值分別在總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備顯示和記錄。總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)需與機(jī)電管理分系統(tǒng)接口電路相匹配，避免干擾機(jī)電管理分系統(tǒng)正常信號(hào)采集和輸出控制功能。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)某型飛機(jī)機(jī)電管理總線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)電管理系統(tǒng)總線交互信息的監(jiān)測(cè)，形成總線故障快速定位能力，極大提高了機(jī)電管理系統(tǒng)總線通訊故障診斷能力，對(duì)于提高飛機(jī)的戰(zhàn)斗力具有非常重要意義。通過(guò)某型飛機(jī)實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明該方法完全適合實(shí)際需要，是實(shí)際可行的，而且通過(guò)修改ICD可擴(kuò)展?jié)M足其他主戰(zhàn)飛機(jī)總線檢查，具有應(yīng)用推廣意義。