基于ETX架構的某武器站檢測裝置的設計

郭雁林,郝 峰,車曉濤,王 瑞

(中國兵器工業第203研究所,西安 710065)

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基于ETX架構的某武器站檢測裝置的設計

郭雁林,郝 峰,車曉濤,王 瑞

(中國兵器工業第203研究所,西安 710065)

為滿足某型武器站日常檢測維修的需要,文中在分析武器站檢測裝置檢測與工作原理的基礎上,采用ETX架構技術,設計了各電路模塊及測試程序,實現了武器站檢測裝置對該型導彈武器站的快速檢測與故障定位。試驗表明:該武器站檢測裝置攜帶輕便、操作簡易、測試準確,滿足武器站的測試需要。

武器站;ETX架構;故障定位

0 引言

現代武器系統,尤其是導彈發射系統是一個復雜龐大的系統,除了導彈本身外,導彈武器站還有各種單體來配合導彈的發射以及維護工作,而如何保證武器站上各單體的正常工作,關系到導彈發射的成敗。在日常的軍事訓練與演習中,導彈部隊需要對導彈系統的武器站提供基層級的維修保障和維護,因此設計一種便攜、操作簡單、快速準確定位的武器站檢測裝置是非常必要的。

構建一臺檢測裝置,可以采用的架構很多,硬件設備可以是各種以PC總線為基礎的內置數據采集卡(PC-DAQ)、通用接口總線(如GPIB)接口卡、VXI[1]總線儀器以及PXI[2]總線儀器等,或者是其他各種可程控的外置測試設備。ETX(embedded technology extended)模塊[3]是非常緊湊、高度整合的單板PC。ETX模塊可在基板上擴展出標準接口與非標準接口,廣泛應用于各種控制領域。基于不同總線架構的測試系統在可靠性、穩定性等方面的性能各不相同,在測試系統架構的選擇上,考慮到一般的總線架構溫度范圍相對較窄,而ETX架構溫度范圍寬,抗振能力較強,其總線(PC104總線)結構和一般計算機的ISA總線、PCI總線完全兼容[4],便于和其他計算機互聯,支持主流的各種操作系統,尤其是嵌入式操作系統。

因此,針對某型導彈武器站,文中所設計的武器站檢測裝置以ETX架構作為核心,設計外圍接口電路和機械結構,并對嵌入式操作系統進行功能剪裁和開發,形成一套完整的嵌入式數據檢測程序,能夠實現對該型導彈武器站上的單體進行快速檢測與故障定位。

1 武器站檢測裝置檢測原理與性能

1.1 武器站檢測裝置檢測原理

將武器站檢測裝置接入武器站CAN總線系統,接收并解析總線數據,實時對武器站全車狀態進行檢測。如果武器站中某單體發生故障,在不拆卸該單體的情況下對故障部位進行快速準確定位。

檢測裝置通過采集多路模擬量以及解讀串口信息來給故障定位。其中幾路A/D信號分別代表被測單體的識別電阻分壓、+26 V、±12 V、+5 V上電電壓信號以及溫度傳感器信號等。同時通過422串口,讀取被測單體的串口信息,根據串口協議解讀,判定故障信息。

圖1是武器站檢測裝置的工作和檢測原理圖,它采用LCD顯示器、嵌入式主控器、適配電路模塊以及識別電路模塊搭建測試平臺,在武器站原位各單體預留的統一檢測接口上在線檢測各單體的特征信號,在對被檢單體施加特定信號條件下,通過嵌入式主控器控制適配電路模塊完成被檢單體特定參數的采集,經檢測軟件處理后形成報表并顯示檢測結果。

圖1 武器站檢測裝置的工作和檢測原理圖

故障定位到板級或可更換單元,對故障單體即時更換電路板等備件,檢測功能正常后,重新投入使用。

1.2 武器站檢測裝置技術性能

為適應戰場需要,武器站綜合檢測裝置需要滿足檢測時間小于3 min,環境溫度在-30℃～45℃范圍內正常工作。

2 武器站檢測裝置設計

2.1 武器站檢測裝置硬件設計

由圖1知武器站檢測裝置主要由嵌入式主控器,適配電路模塊,識別電路模塊以及顯示器等構成,這里主要完成除顯示器外的其他各模塊的設計。

2.1.1 嵌入式主控器設計

嵌入式主控器通過D/A輸出,422串口通信給被檢對象提供激勵,被檢對象的信號經過適配電路模塊的隔離、匹配后,返回主控器,由主控器對采集到的信號分析、處理,最后完成故障定位。

因此首先要完成嵌入式主控器的設計與選型。這里選擇AECDZ-MF0905-01主板為主控器的開發板,AECDZ-MF0905-01是一款多功能的PC104-Plus總線ETX底板,Intel Celeron M處理器1.00 GHz,1GDDR內存,8 G固態硬盤滿足測試數據的存儲。

AECDZ-MF0905-01板卡的主要構成:散熱板、CPU芯片、顯卡芯片、橋芯片、FPGA芯片以及硬盤等。其中FPGA芯片主要完成AD的采集、DA的輸出,雙向數字IO的傳輸,CAN總線的監聽,422總線的串口通信等;CPU芯片則完成FPGA芯片所采集信號的分析處理等。

2.1.2 適配電路模塊設計

適配電路模塊主要由多路獨立的運算放大器及外圍電路,以及由非門、電阻等分立元件構成的數字IO反相電路等組成。由于是為完成AD信號的采集,這里主要介紹適配電路模塊中放大電路的設計,對應AD信號的采集與DA信號的輸出,適配電路模塊中有兩類放大電路。為了實現AD信號的采集,被測對象輸入AD信號到AD信號放大電路完成放大隔離、匹配,然后AD信號進入主控器中FPGA芯片,完成AD信號的采集,最后AD信號經過CPU芯片的分析處理后,判定武器站中所測單體的工作狀態。

(1)

由式(1)[5]以及圖2可知放大電路的放大倍數是由放大電路差分輸入端的電阻R1和R2決定,由于ETX板卡采集電壓范圍為-10～+10 V,而實際電源輸入電壓為+26 V,因此本適配電路模塊采用1/3放大倍數安全隔離采集電壓信號。圖2所示為適配電路模塊中AD信號的放大隔離電路。

圖2 適配電路模塊AD信號的放大隔離電路

DA信號的輸出同樣需要適配電路模塊的調理、匹配后才能輸出,首先主控器中的FPGA芯片發出DA信號,經過適配電路模塊中DA信號調理電路后傳輸到被檢對象,圖3所示為適配電路模塊中DA信號的匹配調理電路。此電路為電壓跟隨器,采用負反饋連接實現電壓信號的穩定輸出,減小負載電阻對電壓輸出的影響,同時避免影響被檢對象,起到安全隔離的作用。

2.1.3 識別電路模塊設計

武器站檢測裝置可以對武器站中5種單體進行檢測。給識別電阻兩端加一個穩定的+10 V直流電壓,通過A/D采集模塊獲得的電壓值來識別被檢對象,識別電路如圖4所示。其中識別電阻為各被檢測單體的固有電阻。

圖3 適配電路模塊中DA信號的匹配調理電路

圖4 識別電路示意圖

2.2 武器站檢測裝置軟件設計

武器站檢測裝置采用Windows XP操作系統,支持C語言編程,其應用軟件在Lab Windows CVI[6]環境下進行開發,擁有基本的操作界面,應用軟件分為檢測裝置自檢軟件和檢測軟件。

在自檢和檢測過程中,軟件處于自動運行狀態,通過對數據的判斷,給出自檢或檢測結果的反饋。

檢測裝置可以通過測量識別電阻主動識別被檢對象,針對不同的被檢對象的工作流程選擇相應的測試流程,從而完成自動檢測,武器站檢測裝置軟件流程圖如圖5所示。

3 武器站檢測裝置試驗

該武器站檢測裝置順利通過了寒區-30℃及海拔4 400 m高原試驗,檢測時間小于3 min。通過外場使用表明,該武器站檢測裝置具有體積小、重量輕、操作簡單、性能穩定、檢測準確、安全性好和工作溫度范圍寬等特點,很好的滿足了實際使用要求。

4 結束語

文中基于ETX架構,對武器站檢測裝置進行了硬件設計;在Lab Windows CVI環境下使用C語言進行了軟件設計。該武器站檢測裝置能夠對某型武器站所屬單體的性能參數進行自動檢測,并能生成測試報告,實現了對各個單體的狀態檢測、故障診斷和快速定位。該武器站檢測裝置現已定型應用于某型導彈武器站的性能檢測。

[1] 劉朝輝, 李寶利, 劉晃春. 基于VXI總線的綜合檢測系統方案設計 [J]. 彈箭與制導學報, 2007, 27(1): 329-331.

[2] 王瑞, 孫虎元, 劉星, 等. 基于PXI總線的導彈火控自動測試系統設計 [J]. 彈箭與制導學報, 2012, 32(6): 45-47.

[3] 李孟華, 欒前進, 高群立, 等. 基于ETX模塊的機載數據處理模塊的設計 [J]. 航空計算技術, 2012, 41(6): 116-118.

[4] 田捷力. 移動衛星通信車載站監控單元的設計與實現 [D]. 西安: 西安電子科技大學, 2009.

[5] 孫肖子. 模擬電子電路及技術基礎 [M]. 西安: 西安電子科技大學出版社, 2008.

[6] 孫曉云. 基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設計與應用 [M]. 北京: 電子工業出版社, 2005.

Design of Weapon Station Detector Based on ETX Architecture Technology

GUO Yanlin,HAO Feng,CHE Xiaotao,WANG Rui

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In order to meet the needs of routine detection and maintenance of weapon station, based on analysis of detecting and working principle of weapon station detector, circuit modules and detecting procedures were designed on ETX architecture technology in this paper, and rapid detection and fault location for the missile weapon station was realized. Experiments show that the weapon station detector can meet the testing needs for its portability, facility of operation and accuracy of testing.

weapon station; ETX architecture; fault location

2013-10-10

郭雁林(1985-)男,山西代縣人,工程師,碩士,研究方向:電氣總體設計,自動測試技術,電磁兼容。

TJ760.6

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