某型飛機航空火箭彈發控系統檢測儀設計

張兵，劉向東，曹建平，王玉剛

（1.海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041；2.海軍北海艦隊航空兵航空儀器計量站，山東青島266041）

某型飛機航空火箭彈發控系統檢測儀設計

張兵1，劉向東2，曹建平1，王玉剛1

（1.海軍航空工程學院青島校區，山東青島266041；2.海軍北海艦隊航空兵航空儀器計量站，山東青島266041）

在現有的維修基礎之上，改進目前使用的航空火箭彈發控系統檢查儀，進一步提高航空火箭彈發控系統的維護效率和質量。

航空火箭彈；火箭彈發控系統；單片機

0 引言

航空火箭彈是一種常用的對地攻擊武器，在我國的各型殲擊機、殲擊轟炸機乃至教練機上都有裝備，且在訓練中經常使用。隨著實戰化訓練、實戰化保障要求的提出，各類型航空軍械裝備的保障工作都面臨著更高的工作標準和更快的工作節奏要求。設計開發了一種低成本、高可靠性、功能完善、便攜式的航空火箭彈發控系統一線檢測設備，經機上試用證明，該檢測儀很好地滿足了以上需求。

1 總體設計

檢測儀的方案設計考慮了2種總體方案。

（1）使用NATIONAL INSTRUMENTS的PXI總線結構搭建檢測儀，其總體系統結構框圖，圖1。

圖1 PXI總線方案結構框圖

目前的PXI技術已經非常成熟、應用非常廣泛，硬件模塊和軟件開發包都比較豐富，具有軟硬件開發周期短的特點，且功能全面，可以檢測各種高低頻模擬信號、數字信號，并且具備較為完善的串行總線通信能力和數字、模擬控制量輸出能力，還具備實時的電流/電壓檢測能力。但缺點是硬件體積大、結構復雜，造成其便攜性差、可靠性不佳；另外，其開發成本也比較高。因此，不選用這種方案。

（2）采用了STC單片機控制器的方案，其總體系統結構框圖，圖2。

圖2 單片機控制器方案結構框圖

該方案具有體積小、硬件成本低的優點，制作出的檢測儀可以實現小型化，方便外場一線使用。MCU的可靠性也很高，完全可以滿足大電流、強輻射條件的工作。缺點是為了實現小型化，硬件上需要自行設計電路板，軟件上沒有通用的開發包，從底層的硬件驅動，到頂層的應用軟件均需要自行開發，開發成本比較高和周期比較長。

綜合考慮各方面的因素，最終筆者選用了方案（2），所制作的檢測儀的外觀圖，圖3。

2 硬件設計

檢測儀的硬件選用3塊STC軍品級MCU作為控制器，分別用于自檢、采樣和輸入輸出的控制。整個系統的硬件由信號隔離調理電路、采樣電路、I/O電路和自檢電路組成。

2.1 信號隔離調理電路

信號隔離調理模塊結構框圖，圖4。為了確保火箭彈不被意外點火，設計了32路運放隔離電路，確保檢測儀內部的大電流不會竄入火箭發控電路。

2.2 采樣電路

圖3 檢測儀外觀圖

采樣電路結構框圖，圖5。采樣電路內設1個獨立A/D轉換器（轉換速率為3 MSa/s），控制32個模擬通道，因此，在最多32通道同時輸入狀態下仍可保持每通道10 kSa/s的采樣率。外部輸入的模擬信號經過通道隔離及信號調理后，進入核心器件A/D轉換器轉換為數字量后存入FIFO中。由于外部輸入為32通道，采樣電路具有單次采樣、單通道掃描、重復周期掃描、多通道輪詢掃描等多種工作模式，在MCU1內設軟序列發生器，其功能就是實現這些不同的工作方式，它根據本次的工作需要，設置ADC的工作方式，并按照一定的時序切換不同的通道。

2.3 I/O電路

I/O電路原理，圖6。其中，LED驅動電路使用8050三極管直接驅動面板上的16個高亮度集成LED燈管，可保證在外場烈日下清晰可見；LCD驅動電路使用RA8835A驅動一個寬溫單色LCD點陣屏，使用溫度范圍為-10～70℃；鍵盤驅動電路采用中斷控制，由MCU2的中斷服務程序負責處理按鍵事件。

2.4 自檢電路

自檢電路使用一個獨立的MCU2，模擬機上發控線路產生的脈沖，直接并聯加載在運放隔離調理電路中，這個模擬信號會通過整個電路。這樣設計自檢電路的好處是，如果電路中的任何一個環節出現了問題，自檢電路都可以發現。

3 軟件設計

測試系統的軟件采用KEIL μVision4 C51開發環境，配合STC調試軟件和仿真器進行開發。51系列單片機的軟件開發資料比較多，因此本文不做過多的討論，只就本系統中一些自行設計的比較有特點的軟件結構進行一個羅列。

3.1 任務調度系統設計

軟件系統的核心為一個自行設計開發的STC MCU任務調度系統。這個調度系統可以實現一個小型的時間分片式實時任務系統的基本功能，它將所有的任務分為實時任務和非實時任務兩大類，分別由實時任務中斷管理系統和非實時任務調度系統負責管理調度。3個MCU的任務調度系統結構基本相同。MCU2的任務管理調度系統結構圖，圖7。

實時任務采用中斷的形式調度運行，區分不同的任務優先級，保證高優先級任務的響應時間在需求指標范圍內；非實時任務由一個任務調度函數負責統一調度，采用8051 MCU的通用計時器0方式0進行計時。

3.2 系統工作模式轉換

整個軟件系統的工作采用了“基于狀態”的管理方式，將系統從開機到關機的所有工作狀態抽象為幾個“模式”，系統的狀態在各個“模式”之間切換。當前系統的“模式”是且只能是一個“模式”，因而進一步抽象了系統的邏輯概念。有3個優點。

（1）減少了代碼編輯過程中的人為差錯。

（2）提高了代碼的可讀性和可維護性。

（3）為將來進一步擴充系統功能提供了空間，如果需要加入新的功能，只需將其作為一種模式加入即可。

系統中MCU2的系統工作狀態轉換圖，圖8。

調度系統根據一定的轉換條件將系統的工作狀態在“等待模式”、“查詢模式”、“內檢模式”、“檢完模式”、“自檢模式”5種狀態之間來回切換，實現了整個系統工作邏輯的統一控制。

圖4 信號隔離調理模塊結構框圖

圖6 I/O電路結構框圖

4 結束語

筆者設計制作了某型飛機航空火箭彈發控系統檢測儀，重點討論了系統的總體設計、硬件結構和軟件設計等方面的問題。在外場的實際應用中證明，它能在確保安全的前提下，自動完成多種型號飛機火箭發控線路的電性能測試，并給出測試結論以及故障診斷結果，很好地滿足了實際工作需要，能明顯地提高機上火箭發控線路的測試效率以及維修水平，降低了系統的維護使用成本。

圖7 MCU2系統工作模式轉換圖

圖8 MCU2系統工作模式轉換圖

［1］王培源，王廣龍，李戍，周明進.某型導彈發射裝置自動檢測平臺設計［J］.微計算機信息，2007，23（4）:24-26.

［2］J.L.Anderson Jr High Performance Missile Testing［A］.In:Autotest Con（C）.St.Louis，MO，USA:IEEE，2003.19-20.

［3］William A.Ross.The Impact of Next Generation Test Technology on Aviation Maintenance［A］.In:Autotest Con（C）.St.Louis，MO，USA: IEEE，2003.2-3.

［4］喬相信，等.航空火箭彈研制和發射可靠性設計與分析［J］.火力與指揮控制，2008，33（4）:107-110.

［5］張國鵬;張春.基于生物視覺的碰撞預警傳感器［J］.傳感器與微系統，2016（3）:10-13.

［6］羅彪，李彬，張岱峰，梅亮.基于Android系統的無線多點測溫系統設計［J］.傳感器與微系統，2016（3）:50-52.

〔編輯 王永洲〕

E237

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.53