嵌入式采集系統的應用研究

李太平，韓春永，陳 亮（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

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嵌入式采集系統的應用研究

李太平，韓春永，陳 亮
（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

摘要：本文以某型雷達試飛為背景，設計搭建了嵌入式采集系統測試方案，用于采集多路ARINC429總線及開關量信號，并以慣導、被試設備仿真系統為信號源，對嵌入式采集系統采集記錄功能進行了仿真測試，并在雷達試飛中進行飛行驗證，通過仿真測試和飛行驗證，嵌入式采集系統能夠完成機載設備試飛數據采集記錄。

關鍵詞：嵌入式采集系統；試飛；ARINC429總線

0　引言

隨著電子技術的飛速發展，嵌入式、小型化、便攜式實時航空總線采集系統在造價、功耗、實時性等方面顯現出了巨大的優勢，并逐步成為數據采集的主流發展趨勢。

本文以某雷達試飛為應用背景，采用嵌入式ARINC429總線及開關量采集器為硬件平臺，設計了嵌入式采集系統測試方案，并通過實驗室聯試、飛行試驗驗證基于嵌入式的多路ARINC429總線及開關量的采集技術。

1 測試方案設計

課題組分析了雷達試飛需求，需對被試雷達、基準雷達、慣導系統、大氣機共計4路ARINC429數據以及告警信號1路開關量進行采集，由此設計了測試方案如圖1。

圖1中慣導、被試雷達、基準雷達、大氣機系統為429總線，均直接送入采集器，告警信號為28V，開關量調節器將告警信號調節電壓后送至采集器。采集器采集各分系統的429數據和開關量信號，其中 429數據通過以太網轉發送至ARINC429總線實時監控系統，監控系統選取部分重要參數對其進行實時監控。B碼發生器系統為采集器和ARINC429總線實時監控系統授時。

圖1　 測試方案設計框圖

圖2中嵌入式ARINC429總線及開關量采集器為基于Linux的嵌入式硬件系統，可同時記錄4路429總線數據和4路5V的I/O信號，外形如圖2所示，其體積小、重量輕，由28V電源供電，功耗較低，記錄容量為8GB，能接收IRIG-B信號，提供高速數據下載等功能，滿足寬溫抗震的要求，可用于機上復雜環境的測試。

圖2　采集器外形圖

2　測試軟件設計框架

2.1測試軟件組成

根據嵌入式采集系統測試方案，設計了測試軟件框架， 測試軟件分為429總線監控軟件、429總線和開關量數據預處理軟件兩部分。429總線監控軟件監控不同通道的數據并分開來顯示，需要監控的參數由配置文件提供，配置文件由上位機配置軟件生成，429總線數據也通過選擇相應配置文件進行預處理。

2.2上位機配置軟件

嵌入式采集器記錄的數據格式如表1所示，開關量數據格式和429數據格式類似，不同的是14字節最低4位用來表示4個開關量通道的狀態位。

表1　采集器記錄數據格式說明

通常429總線數據文件的預處理每次需根據ICD文件， 重新定義數據結構并修改程序， 工作重復， 我們分析了429數據的特點， 提出配置文件的思想， 對于不同系統可以將該系統429數據的label號、數據最低位以及最低位分辨率輸入生成配置文件， 在進行429數據處理時， 選擇對應的配置文件即可。這種配置文件的思想具有通用性， 為數據處理帶來極大方便。

2.3ARINC429總線監控軟件

為了監控采集器記錄的429數據狀態，我們選擇了部分關鍵參數進行監控，監控參數通過配置文件設定，圖3為飛行監控畫面。

2.4ARINC429總線解析軟件

429總線數據解析畫面如圖4所示，選擇需要處理的429總線數據源文件，然后選擇對應的配置文件進行處理。

3　實驗室仿真及飛行試驗驗證

結合試飛任務，按照預先設計的測試方案搭建了實驗室仿真平臺，其示意圖如圖5：

圖3　飛行監控畫面

圖4　429總線數據解析畫面

試飛過程中被試雷達、基準雷達、大氣機和慣導系統都是采用429數據傳輸，實驗室采用慣性導航模擬器模擬4路高速429數據，來代替真實飛行過程中的試飛數據，告警信號采用28V直流電源提供，ARINC429總線實時監控系統通過網絡映射到采集器的磁盤存儲空間里。通過對一般的慣導系統特性的分析與了解，系統采用研華工控機配置EXCALIBUR ARINC429總線采集板卡實現慣性導航系統模擬器的設計，實現界面如圖6所示。在發送模式系統可按給定周期發送慣導參數，并將發送的參數進行實時記錄用于與記錄數據比對。

實驗室里采用模擬的4路高速429信號源，主要進行4通道滿負荷條件下的記錄功能測試、時統功能測試以及接收延時測試。通過試驗表明，嵌入式采集器接收到外界時統時間并為接收到的429數據打上精確時標，能夠準確無誤的記錄所有數據，沒有出現數據堆積和丟數據現象，滿負荷記錄的情況下，記錄數據延時有效控制在1ms以內。

以運八載機為試飛平臺進行雷達試飛。通過了多次飛行試驗驗證，嵌入式ARINC429總線及開關量采集器能準確采集來自多路429數據和開關量數據，預處理軟件能正確處理各分系統數據，滿足該雷達任務需求。

4　結論

本文搭建了嵌入式采集測試系統，經過實驗室仿真測試、飛行試驗，驗證了該測試系統能滿足多路429總線和開關量的測試需求。與傳統的工控機加采集板卡的模式比較，具有體積小、重量輕、功耗低、通用性強、人工干預少、可靠性高等優點，相信在未來它機試飛項目中將逐步取代傳統的采集模式，發揮更重要的作用。

參考文獻

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［3］張鳳均.LabWindows/CVI開發入門和進階.北京航空航天大學出版社.2001.12.

Research on the application of embedded acquisition system

Li Taiping，Han Chunyong，Chen Liang
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：This paper to a certain type of radar test as the background，design and construction of the embedded acquisition system test plan，for the acquisition of multi-channel ARINC429 Bus and switch quantity signal，and by sins，test equipment simulation system as the source signal and the embedded acquisition acquisition and recording system function to carry out the simulation test，and flight test in the radar field test，through simulation test and flight test，the embedded data acquisition system can complete the airborne equipment test data acquisition and recording.

Keywords：embedded acquisition system；flight test；ARINC429 bus

作者簡介

李太平（1982-），男，湖北宜昌人，工程師，主要從事綜合航電系統試飛工作。

韓春永（1983-），男，內蒙古赤峰人，工程師，主要從事綜合航電系統試飛工作。

圖5　實驗室仿真平臺示意圖

圖6　慣性導航系統模擬器界面