飛機座艙空氣調節分系統測試儀設計

應朝龍，楊 凡，宋偉健

（海軍航空工程學院a.基礎實驗部；b.研究生管理大隊；c.科研部，山東煙臺264001）

飛機座艙空氣調節分系統在為飛行員提供舒適和安全的工作環境的同時，也要保障機載電子設備的正常工作。飛機座艙空調分系統的電源、電阻和時間參數能否達到規定的要求，是衡量空氣調節系統性能優劣和工作是否正常的重要指標。因此，對飛機座艙空調分系統工作性能進行測試顯得尤為重要[1]。目前，雖然以自動測試系統（ATS）[2-3]為典型代表的維護保障設備已裝備部隊，但對座艙空氣調節分系統的測試還沒有納入ATS的保障范圍。本文基于單片機和總線技術[4-5]，設計了某型飛機座艙空氣調節分系統測試儀。該儀器能夠很好地完成對分系統多個被測設備工作性能的檢測，滿足飛機維護工作的需求。

1 測試需求分析與硬件電路總體設計

某型飛機座艙空氣調節分系統測試儀（以下簡稱測試儀）主要完成對機上座艙調節分系統及其部附件（以下簡稱被測對象）電源、電阻和時間測試項目的檢測。

主要測試項目包括：完成對被測對象交流供電電源電壓、電流和頻率的檢測；完成對被測對象直流供電電源電壓和電流的檢測；完成對某型渦輪限速控制器在不同高度時的增壓和減壓信號的檢測，主要測試增壓電阻和減壓電阻；完成對2種型號的調壓閥門電動機構從全開到全關和從全關到全開的時間。

針對測試需求，確定測試儀的總體框圖見圖1。圖1中，CPU為本測試儀的控制核心，主要完成人機接口、總線信號采集、信號反饋與測量控制等功能，它采用帶WTD（看門狗）電路的AT89C55WD[6]型單片機。這樣，既可保證其允許可靠性，又因其有20k字節的程序存儲器而方便中文提示信息的顯示。圖1中的程控電阻模塊也隱含著另一個CPU，它也是采用單片機實現的，其型號為AT89C2051。

圖1 測試儀硬件設計總體框圖Fig.1 Block diagram of the tester hardware

采用帶RS485總線的交直流電壓和電流的測量[7]的工業測量儀表來實現，以便提高系統的可靠性和測量精度。為了減少測試儀體積，～115 V/400 Hz的電壓、電流和頻率采用三合一的儀表來測量。

對被測設備增壓和減壓電阻的檢測，主要是要提供一路精密電阻輸出，同時要檢測在不同輸出電阻時的反饋信號，然后確定其狀態轉換點的電阻阻值。為了實現這一功能，在測試儀中配置了帶RS232總線的程控電阻模塊[8]。

對于電動機構的測試，主要是要測量其從全開到全關和從全關到全開的時間，這些項目的測試主要由控制信號輸出電路和反饋信號輸入電路來實現。首先，按照要求給被測對象提供所需的控制信號；然后，檢測反饋回來的信號，通過判別其狀態變化的時間值來完成測試。

整個測試儀的信息提示和結果顯示都用19264型點陣LCD（液晶顯示器）[9]來實現。其測試控制過程和信息輸入則通過4′4鍵盤來實現。

2 測試儀硬件電路設計

除了測量交流電源和直流電源參數以及壓力的工業測量儀表（帶RS485總線）外，測試儀的硬件電路主要包括主控板、程控電阻模塊、反饋信號輸入電路、控制信號輸出電路、RS232/RS485轉換電路、直流穩壓電源、顯示器和鍵盤。其中，后4種電路是電子系統最常用的部件，在許多文獻中都有介紹[10-11]；而由單片機、繼電器和精密電阻構成的程控電阻模塊，也已在機載電子設備的測試中得到了廣泛應用，對這些內容，本文不作贅述。

2.1 主控板設計

主控板是本測試儀的核心部件，主要完成對各個測量和控制電路的控制，其電路原理框圖如圖2所示。

圖2 主控板電路原理框圖Fig.2 Block diagram of the main board

主控板采用AT89C55WD型單片機作為CPU 芯片。為了實現RS232總線通信，采用MAX232芯片實現TTL電平和RS232電平之間的轉換[12]。主控板的外形設計成與19264型LCD顯示器相同大小，并且其固定孔和連接器位置也與LCD直接對應，這樣便于將其與LCD直接固定為一體，從而既可以縮小測試儀的體積，也便于設備維護。

主控板設計的核心問題是CPU的I/O端口的分配問題。

綜合考慮I/O端口特性、管腳位置以及軟件編程方便等因素，設計CPU的I/O資源分配如表1所示。

表1 單片機I/O口資源分配表Tab.1 Microcontroller I/O resource allocation table

從表1可見，測試儀所需的信號數量正好為32個，因而一個單片機即可滿足需要。

2.2 反饋信號輸入電路

被測設備輸入到本測試儀的反饋信號均為“+28 V/懸空”類開關信號，如果將這些信號直接經分壓送給本測試儀的主控板，就會帶來大量的干擾信號，甚至會導致系統出現意外復位等故障現象，尤其是在測試過程中當外部有氣泵運行或停止等動作時，對系統的干擾更大。

為了消除外部信號對本測試儀的影響，本測試儀的所有對外控制信號和輸入進來的反饋信號都要進行光電隔離。

反饋信號輸入電路如圖3所示。圖3中共有4路輸入信號，輸入信號類型為“28 V/懸空”開關信號，經光電隔離和波形整形后，輸出為TTL電平信號。當輸入為+28 V時，輸出為“1”；當輸入為懸空時，輸出為“0”。

圖3 反饋信號輸入電路原理圖Fig.3 Circuit of feedback signal

2.3 控制信號輸出電路

對被測設備的測試需要4路開關量控制信號，其中2路為“+28 V/懸空”類信號，一路為“+12 V/懸空”信號，一路為“通/斷”信號。這些信號通過繼電器隔離和驅動來輸出，以保證電路的可靠運行?？刂菩盘栞敵鲭娐贰^電器輸出板電路原理如圖4所示。

圖4 繼電器輸出板（JDQ）電路原理圖Fig.4 Circuit of relay output（JDQ）

一個繼電器輸出板（JDQ）共有4路，如圖4所示。在繼電器板上，將+5 V 電源、數字地（GND）和4個控制信號連接到一個插頭，作為輸入信號。信號的輸出分成3個部分，分別用3個插頭連接。首先，將2個繼電器的COM11連接到一起再接到+28 V；再將它們的第1路常開點（NO11）作為信號輸出端，共同連接到一個3 芯的輸出插頭上；然后，將第3 和第4個繼電器的公共端COM11 和第1路常開點（NO11）分別用一個2芯的輸出插頭座連接，2個插頭座型號相同，但方向相反，這樣以免插錯。其中，第3 通道用于控制反饋開關，第4 通道用于通過機箱中的輸出繼電器來控制泵的運行，輸出繼電器采用+12 V 電源來驅動。

3 測試儀軟件設計

測試儀要實現預定的功能，必須要有完善的軟件系統支持。測試儀中的人機接口、項目管理、數據處理等程序的設計與其他單片機應用系統的設計非常相似[12]，而其中的測試控制模塊則具有非常鮮明的特色。

3.1 全開和全關時間測試程序設計

有2個被測對象需要測試調壓閥門電動機構從全開到全關和從全關到全開的時間，簡稱為全開時間和全關時間，這2個時間的測試程序框圖如圖5所示。

圖5 全開和全關時間測試程序框圖Fig.5 Flow chart of the open and close time test

圖5中，全開和全關信號的檢測在主程序中進行，而0.1 s時間的延時則由定時器中斷產生，因而能保證很高的延時精度。在測試過程中，時間顯示以0.1 s為遞進單位，顯示屏上可以動態地顯示時間測試過程。

3.2 供電電壓和電流測試程序

各個被測對象都需要測試其直流供電電壓和消耗的電流。其中，2個調壓閥門的電壓測量和電流測量需要進行較復雜的處理，其測試程序框圖如圖6所示。測試電壓和電流原只要直接讀取總線式電壓表和電流表的數據就可以了，但在測試2個調壓閥門時，由于其消耗電流值需要測試其在閥門動作過程中的值而非靜態時的值，因而本程序的關鍵就是要讓閥門動起來再測電壓和電流。因為閥門的原始狀態不明，所以程序上就要通過檢查全開信號和全關信號的狀態來控制閥門的運動。

圖6 調壓閥門的電壓和電流測量程序框圖Fig.5 Flow chart of the voltage and current test of the valve

4 結束語

本測試儀以解決部隊實際使用需要為出發點，著力提高設備的實用性和可靠性。實際使用表明，本測試儀能夠完成對被測對象的各項指標的精確測試，并且具有電纜連接快捷、人機界面友好、操作使用方便、性能穩定可靠等優點，完全可以滿足對某型飛機空氣調節分系統多個被測對象的工作性能檢測的要求。目前，測試儀樣機已通過驗收并交付某部使用。

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