舵機控制電路測試設備硬件設計

李政博，劉方，蔡海燕

（南京航空航天大學 電子信息工程學院，南京 210016）

0 引言

舵機控制電路是某型號舵機的配套電路，它的主要功能是接收控制信號與反饋信號從而控制飛行器的飛行軌跡，準確的舵機控制電路是精確制導的前提。

目前對舵機控制電路測試一般采用儀表以手動的方式進行測量，測試效率低下，測試時間長，測試的準確性受人為因素影響較大，而且測試結果很難進行存檔保留,依靠本硬件平臺，可以實現傳統儀器的各項功能，大大提高了測量的自動化程度[1]。

舵機控制電路測試系統用于檢查和測量舵機控制電路的正確性與性能，并為調試電路板提供技術手段。

1 硬件系統構成及工作原理

測試設備硬件由供電單元、計算機系統、信號調理與采集單元、信號發生與通信單元、靜態電阻測試單元、DSP仿真與軟件燒寫單元、二次電源電壓測試單元、信號處理電路測試單元、自檢轉換電路測試單元以及機柜、測試電纜、夾具等部分組成，系統組成如圖1所示。

為了提高系統的可靠性，系統基于PXI總線構建，為了滿足生產線的使用要求，系統具有對外接口與合理的結構布局。

1.1 供電電源監視及告警單元電路設計

該電路用于監視為被測產品供電的信號電源+27V和功率電源±27V的電壓和電流，電路結構如圖2所示。

其中過流過壓保護由兩個環節控制，一是來自電源本身的過流過壓保護，當產品出現故障，供電電源工作到限流限壓模式，保護產品被進一步損壞。二是來自工控機多功能數據采集卡IO端口控制，原理是：電流/電壓變換電路把電路傳感器輸出的電流信號轉變為電壓，通過數據采集卡中的A/D轉換器進行采集，將采集的數值與閾值進行比較，一旦出現過流過壓的情況，立即通過開關量關閉供電電源電路。

對于電流的檢測采用的是霍爾電流傳感器。霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環原理，當原邊電流IP產生的磁通通過高品質磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。

1.2 靜態電阻測試單元電路設計

該電路用于控制板和分組件的靜態電阻測試，把計算機輸出的開關量進行譯碼并驅動，以便控制繼電器陣列動作，電路結構如圖3所示。

計算機通過板卡PXI-6259控制繼電器和開關的自動化工作，PXI-6259一款基于PXI總線的多功能數據采集卡，具有32路單端/16路雙端ADC、4路DAC、48路DIO、2路計數器/定時器[2]。

靜態電阻測試單元的工作原理：工控機通過PXI-6259輸出開關量到5-32譯碼器，經驅動電路后控制32選1繼電器陣列選擇一條線到萬用表的紅表筆端，輸出開關量到2-4譯碼器，經驅動電路后控制4選1繼電器陣列選擇一條線到萬用表的黑表筆，從而實現用萬用表測試兩線之間的靜態電阻的目的[3]。測試結果通過GPIB接口讀入計算機。

繼電器采用觸點式繼電器，以減小接觸電阻，驅動電路采用專門的繼電器驅動芯片MC1413，譯碼器由74系列邏輯電路組成。

圖1 測試系統框圖Fig.1 Test system diagram

圖2 供電電源監視及告警單元電路的結構圖Fig.2 Power supply monitoring and alarm unit circuit of the structure

1.3 二次電源電壓測試單元電路設計

該電路用于控制板二次電源測試，被測產品的二次電源輸出經過調理電路后送到模擬量輸入通道，計算機采集該模擬信號，對其進行算法運算并加以儲存，電路結構如圖4所示。

1/2衰減電路由電阻分壓和射隨器組成，射隨器由運算放大器構成，運算放大器選用低溫漂的直流運算放大器TL084CN，一個芯片中有4個運算放大器。

2 軟件系統的設計與實現

軟件在32位Windows XP操作系統環境下用LabVIEW編程，LabVIEW是基于G語言的革命性的圖形化開發語言，用來進行數據采集和控制、數據分析和數據表達[4]。與用戶的交互方式采用下拉菜單和彈出對話框的方式完成，全中文提示，支持鼠標，測試結果表格以微軟Excel表格格式存儲[5,6]。

測試軟件包括人機操作界面模塊、系統初始化模塊、系統自檢模塊、測試結果分析、查看、保存、顯示、制表和輸出模塊、參數設置模塊、校準模塊、操作提示和聯機幫助模塊等基本模塊。軟件還包括靜態電阻測試模塊、DSP軟件燒寫模塊、控制板測試模塊、分組件測試模塊、數據上傳模塊等功能模塊。

軟件按流程控制測試設備硬件各部分的工作，在進行測試時，同時監視供電電源的電壓、電流，過流過壓時自動切斷電源、斷開控制信號輸出，測試設備脫離被測產品。

測試軟件測試流程：點擊軟件圖標，啟動測試軟件，首先是本地和上傳模式的選擇，本地模式指在不連接服務器的情況下進行本地測試，測試結果生成報表，保存在本地的計算機上，上傳模式指連接服務器，測試結果生成報表并上傳到服務器上，保存預覽。模式選擇成功后，進入登錄界面，根據用戶選擇的不同，將具有不同的用戶權限，登陸成功后，進行設備的自檢，軟件將測試設備所需的儀器儀表進行自檢，設備自檢成功后進入主界面，根據需求，選擇不同的測試模塊進行測試。測試軟件流程圖如圖5所示。

圖3 靜態電阻測試單元電路結構圖Fig.3 Static resistance test unit circuit structure

圖4 二次電源電壓測試單元電路結構圖Fig.4 Secondary power supply voltage test unit circuit structure

圖5 軟件工程總體流程圖Fig.5 The fl ow chart of software engineering overall

3 結束語

本項目主要的技術難點在于對于模擬信號測量。為此軟件設計時采用了一定的算法降低噪聲的影響，對于三用表采集回來的數據也是進行多次采集并擬合，確保測試的準確性。本文所設計的舵機控制電路測試設備可以對控制電路進行性能測試，正在某研究院實際使用。本系統硬件充分考慮測量過程中的可靠性、實時性和安全性，軟件充分考慮了人機交互界面的友好性，從而該系統取得成功應用，得到理想的測試結果[7]。

[1]高智剛,周軍,周鳳岐.基于LabVIEW的舵機虛擬測試系統設計[J].測控技術,2008(7):9-11.

[2]M Series User Manual/NI 622x,NI 625x,and NI 628x Devices[Z].NI公司用戶手冊,2008.

[3]臧春華,鄭步生,劉方.現代電子技術基礎[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

[4]樊強,徐云濤.虛擬儀器測試系統簡介[J].軍事通信技術,2001(01):16-19.

[5]陳樹學,劉萱.LabVIEW寶典[M].北京:電子工業出版社,2011.

[6]肖成勇,雷振山,魏麗.LabVIEW 2010基礎教程[M].北京:中國鐵路出版社,2012.

[7]鄧飛,葉明.基于虛擬儀器的某型舵機控制電路測試設備研制[D].南京:南京航空航天大學,2007.