基于PC-104和虛擬儀器的某機載電臺檢測控制器

蔣國峰，丁 潔

（1.空軍第一航空學院 航空電子工程系，河南 信陽 464000；2.商丘職業技術學院 河南 商丘 476000）

航空電子技術的發展使航空電子設備由分離式控制逐步變為集中式控制，集中式控制系統的典型結構即是多個航空電子設備共用顯示和控制終端，通過總線連接成為一個分布式的網絡系統。對航空電子設備進行離線測試是保持其處于良好狀態的一種必備手段，若將集中式控制系統中的某一個航空電子設備從飛機上拆除進行離線測試，其便失去了進行正常工作的信號環境，若將所有航空電子設備進行拆除用于在地面進行某一個設備的檢測，不方便、不經濟、也不現實。因而根據航空電子設備的離線檢測控制需求，為其設計專用的檢測控制設備，模擬機上的顯示、控制、激勵、響應等信號環境是比較普遍的做法。PC-104是一種開放的高可靠性的工業規范，是設計嵌入式系統的理想產品，利用PC-104構建系統具有體積小、擴展性強、系統設計簡便、軟件資源豐富等優點。

1 機載電臺檢測控制需求

機載電臺是一種航空無線電通信設備，擔負著空中與空中、空中與地面之間的通信功能，在機上采用1553B總線結構的集中式控制方式，其控制信息絕大部分都是通過1553B總線進行傳輸的，除此之外，其控制信號還包括電源信號和離散接口信號。

1）電源接口

該電臺采用115 V/400 Hz單相交流電源和+27 V直流電源，由于電臺在發射過程中消耗電流較大，為保證電臺在檢測過程中的安全性，需要隨時對電源電壓和消耗電流進行監控。

2）離散接口

離散接口包括電源的開關、收發轉換控制、照明控制等信號，其中電源開關信號為+27 V有效，平時懸空；收發轉換控制信號為接地有效，平時懸空；照明控制信號為+27 V有效，平時懸空。

3）1553B 總線接口

1553B總線接口是機載電臺與其它設備進行信息交互的主要通道，控制信息包括電臺工作模式、工作頻率、工作方式等，電臺通過1553B總線返回給顯示控制設備的信息主要包括電臺的工作狀態、自檢結果、信息傳輸的有效性等。

2 檢測控制器硬件設計

檢測控制器硬件電路組成如圖1所示，以PC-104為數據處理和控制核心，1553B卡、數字IO和AD接口卡是PC-104與外部進行信息和數據交換的橋梁，其中1553B卡用于和被測電臺進行1553B總線信息的交互，是檢測控制器和電臺之間的主要的數據通信通道；數字IO用于采集面板開關信息，產生系統工作時信號通道所需的控制信號，以及產生被測電臺所需的離散激勵控制信號；AD接口卡用于采集27 V和115 V電源的電壓和電流信息，組成電源實時監控電路，保證系統工作安全，確保工作過程的安全。信號適配電路用于對PC－104控制系統和被測電臺之間的信號進行調理和匹配，按照系統檢測要求，動態建立和撤銷測試信號通道。各種電壓或電流互感器用于實時探測相應的，輸出與相應電壓或電流成比例的0～5 V直流信號；27 V分壓電路將27 V電壓進行分壓，使其輸出能滿足AD轉換器采集信號的量程要求。電源及控制電路用于將輸入的220 V交流電壓轉換成+12 V、+5 V直流供系統各電路使用，并按照系統的供電關系需求，統一控制系統的供電。

圖1 硬件電路組成Fig.1 Block diagram of hardware

3 檢測控制器軟件設計

軟件是電臺檢測控制器的重要組成部分，直接決定了系統功能的實現和操作性能的好壞，軟件系統設計包括人機界面設計和測試流程設計，軟件平臺包括操作平臺和測試程序開發平臺。為保證軟件開發的便捷性與實用性，操作平臺選用WINDOWS XP，測試程序開發平臺選用NI公司的虛擬儀器開發平臺LabWindows/CVI 8.0，虛擬儀器具有功能擴展性強、設計、修改方便的特點，是測試儀器技術的發展趨勢。

3.1 人機界面設計

人機界面是操作者與檢測控制器之間的交互接口，操作者通過人機界面向檢測控制器輸入相應操作指令，相應的檢測控制器通過人機界面向操作者提供設備的工作狀態信息，人機界面設計的好壞直接決定了檢測控制器的操作性和功能。在設計人機界面時，在基于系統功能需求的前提下，還必須考慮到操作者的素質和特點，檢測控制器的主界面如圖2所示，包括27 V、115 V工作電壓和消耗電流實時監測單元，用于向操作者實時提供系統的電源工作狀況，當超出正常工作范圍時，系統自動斷電，并向操作者提供醒目的指示信息，以保證整個檢測過程的安全。工作模式/狀態/頻率指示窗口，主要是向操作者提供系統的工作狀態信息、電臺的工作模式和工作頻率信息。工作模式選擇開關主要用于控制電臺的AM、USB、LSB、ALE或HOP等模式；音量控制旋鈕用于控制電臺的音量，分10級調整；靜噪等級調整旋鈕用于控制電臺的靜噪等級。開關用于控制電臺的電源啟動；自檢用于控制電臺的自檢工作狀態啟動；收發按鈕用于控制電臺處于接收或發射工作狀態；退出用于系統的退出操作。

圖2 操作主界面Fig.2 Operation main interface

3.2 軟件流程設計

根據軟件的功能需求和系統的硬件特點[5]，并保證程序的可移植性和可維護性，軟件設計采用層次化結構、模塊化設計和程序嵌套技術；其主程序流程如圖3所示，包括系統初始化自檢、電壓電流實時監測、面板數據采集、指令數據形成發送、狀態信息接收指示等子程序。

在主程序流程中，首先進行初始化自檢，包括系統、各種板卡和適配器的自檢，自檢通過則進行面板信息采集，并將采集到的數據按照被測件激勵信號的需求格式形成相應的1553B總線控制數據、離散控制信號和信號控制矩陣，形成指令數據向被測件發送；同時接收顯示被測件回傳的狀態信息，在整個工作過程中，AD轉換器實時采集電源電壓和電流消耗數據，并通過虛擬儀器表頭進行顯示。

圖3 主程序流程圖Fig.3 flow chart of main program

圖4 狀態信息接收指示子程序Fig.4 Subroutine of state information receive and indication

狀態信息接收指示子程序是1553B總線接口卡按照規定的數據協議提取被測件的狀態信息，并進行相應的判斷后進行輸出顯示，在接收被測件回傳信息時，首先按照1553B總線協議判斷數據是否有效，若無效，則顯示輸出錯誤數據，若有效，則按照被測件的數據位定義，顯示輸出相應的指示信息。

4 結束語

以PC104和虛擬儀器構建的電臺檢測控制器，具有可靠性高、開放性好、交互性強、開發便捷等特點[6]。該設備不僅可以應用到部隊的二線檢測，還可以應用到大修廠和設備的研制生產調試部門。通過擴展與信號源和測試儀器之間的程控連接，可方便的實現對被測件的自動測試，通過開發相應的故障診斷程序，可方便的實現對被測件的故障診斷。通過調整相應接口，開發相關控制程序，可方便的擴展到對其它相應型號的電臺進行測試，具有廣泛的推廣應用前景，目前該設備已作為某電臺的大修級檢測設備推廣應用到多個大修廠，取得了顯著的軍事效益和經濟效益。

[1]李永明.國外標準化通用航空電子自動測試設備現狀和發展[J].計算機測量與控制，2004（12）:1－2.LI Yong-ming.About standard avionics ATE of overseas[J].Computer Measurement&Control，2004（12）:1－2.

[2]孫傳友.測控系統原理與設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[3]阮德生.自動測試技術與計算機儀器系統設計 [M].北京：航空航天大學出版社，1999.

[4]于勁松.下一代自動測試系統體系結構與關鍵技術[J].計算機測量與控制，2005（1）:3－4.YU Jin-song.The next generation automatic test system architecture and key technologies[J].Computer Measurement&Control，2005（1）:3－4.

[5]王瑞.基于PC104架構的某系列計算機通用測試平臺的設計與實現[J].電子技術，2011（3）：9－10.WANG Rui.A series of computer universal test platform design and Implementation based on PC104[J].Electronic Technology，2011（3）：9－10.

[6]呂強.基于LabWindows/CVI和DSC的數據采集系統[J].單片機與嵌入式系統應用，2009（2）：78－79.LV Qiang.Based on the LabWindows/CVI and DSC data acquisitionsystem[J].SingleChipMicrocomputerandEmbedded System Application，2009（2）：78－79.