基于PC104的某型相機操縱器檢測系統

趙育良 趙宏強 王淑娟

(海軍航空工程學院，青島 266041)

1 引 言

某型航空相機改型后，作為新型偵察設備的代表，大量采用了計算機控制技術和總線技術，成功與飛機總線數據交聯，實現了自動曝光、自動調焦及自動速高比引入等功能，其自動化水平及技術性能指標較傳統設備有明顯的提升，從信號采集、傳輸到執行機構的驅動控制都較原相機復雜的多，對日常維護使用的要求也高的多。該型相機操縱器是其重要的核心部件之一，可實現總線數據引入、機身操控及機身信息交互等功能，而原有的相機檢測儀無法按維護規程的要求和內容維護相機，使相機的性能參數得不到及時校準，出現故障不容易判斷和排除。為了實現該型操縱器的總線數據端口、串口信號及操控信號的檢測，研制了該型綜合檢測設備。

2 系統總體設計

航空相機操縱器主要用于設定相機工作參數，完成相機狀態顯示，采集操縱人員的操作動作并轉換成操縱指令送入相機，并通過總線數據接口板，完成ARINC429及ARINC407總線數據的采集，將時間、經緯度、高度及速度等信息送入相機，并由相機主控系統分發給數據記錄系統、自動調焦系統及像移補償系統等，完成相機的各項工作。本型相機與飛機慣導及大氣系統的通訊主要是通過ARINC429和ARINC407總線完成的，與相機機身的通訊則是通過串口差分信號完成的。因此，對操縱器的綜合檢測，主要涵蓋串口端口、總線數據接口及數據顯示等內容?；诖耍到y以PC104單板機為核心，利用RS232接口結合串口差分數據調理板，實現對操縱器故障信息及指令信號的采集，利用Arinc429-104Plus板及ARINC407總線數據模擬板，實現飛機總線數據模擬，在地面即可實現對操縱器總線數據接口板及端口檢測。系統主軟件是基于Visual C++平臺進行開發的，該軟件實現了串口數據的模擬發送與接收(與操縱器及407板)、DI/DO口的驅動及ARINC429數據的發送[1,2]。系統總體設計原理框圖如圖1所示。

3 接口數據模擬設計與實現

3.1 串口差分數據模擬

為了提高傳輸距離和抗干擾性能，操縱器利用8031單片機串口經MC3487四路差分后，與相機機身完成通信，因此檢測系統需模擬機身的四路差分信號，并設置適當的波特率，才能實現操縱器相關信息的采集。由于單片機RS422標準的TTL電平與PC104工控機的RS232串口電平特性有所差別，為了使之能正常通信，系統采用MAX232芯片進行電平轉換，完成電平轉換后的RXD、TXD信號，再利用AM26LS31和AM26LS32芯片進行四路差分，并通過操縱器通訊端口送入模擬信號，為了滿足與操縱器的通訊時序，系統還利用PC104PL2360A轉換卡的I/O端口，給操縱器發送通訊請求信號，串口差分電路原理圖如圖2所示。

串口數據的模擬是利用MSComm控件設計實現的。MSComm是微軟提供的串行通訊編程ActiveX控件，它為應用程序提供了通過串行口收發數據的方法。

MSComm 可通過事件驅動法和查詢法實現端口數據通訊。對于事件驅動法，優點是程序響應及時，可靠性高，該方法每當有新字符到達、端口狀態改變或發生錯誤時， OnComm 事件將被觸發，應用程序通過檢查 MSComm 控件的CommEvent 屬性獲取信息并采取相應的操作。而查詢法則適合于較小的應用程序，每當應用程序執行完某一串行口操作后，將不斷查詢 MSComm 控件的 CommEvent 屬性，以檢查執行結果或某一事件是否發生。

系統依據操縱器預設的串行通訊協議，利用上述Setting方法初始化串行通訊參數，結合MSComm提供的相應方法，采用事件驅動法經過握手后實現串行信號的收發，程序流程圖如圖3所示。

3.2 ARINC429總線數據模擬

ARINC429總線通過雙絞屏蔽線傳輸數據[3～5]，數據采用雙極性歸零碼調制。ARINC429總線有兩種傳輸速率：一種為低速的12.5Kb/s；一種為高速的100Kb/s。所傳輸的每偵數據由32位組成，字與字之間加上4位零電平靜寂間隔時間。因此，每個數據字有32位，它們被分為5組, 如圖4所示。

相機系統利用操縱器交聯數據接口板與機載慣導設備交聯，以記錄拍照的經緯度、速度等信息，并通過速率為12.5K的ARINC429總線實現數據采集。為了能夠在地面即實現對接口板的測試，檢測設備需模擬ARINC429總線數據，并按照相關協議定時向操縱器發送。

系統利用雙通道的ZHHK429-PC104-Plus板卡[6]實現對總線數據實現模擬，通過工控機主程序，設置包括經度、緯度等在內的ARINC429數據，通過軟件編碼后，利用PC104板卡轉換成雙級歸零信號發送至操縱器總線數據接口板。

ZHHK429-PC104-Plus板卡采用的是雙通道ARINC429數據發送和接收卡[7]，其硬件結構如圖5所示，板卡采用PC104-Plus接口，提供標準的DLL，支持多語言開發平臺。板卡使用前，需要通過跳線手動配置基地址。

ZHHK429-PC104-Plus板卡驅動程序提供了豐富的接口函數，涵蓋了ARINC429所有的基本操作。在軟件的開發過程中，需引用ARINC429.dll及相應的頭文件ARINC429.h。通過提供的ARINC429_Open、ARINC429_Reset、RX_Configure、TX_Configure等函數實現總線數據的模擬發送，程序流程圖如圖6所示。

3.3 ARINC407總線數據模擬

飛機上裝備的AZ-242大氣數據計算機輸出的氣壓高度信號所采用的是自整角機信號，輸出三線同步器模擬量，自整角機將機械角位移轉換成電信號，轉換精度高，工作穩定可靠。相機系統正是利用操縱器的總線數據接口板得到ARINC407三線同步信號，從而獲取高度數據。檢測系統設計了專用的ARINC407總線數據接口板，并利用上述串口將預設高度數據傳輸至接口板。接口板則通過AT89C51單片機，利用74HC373鎖存輸入12數字量，采用12SZZ數字/自整角機轉換器輸出三線同步器旋變信號表示氣壓高度，即滿量程為4096，對應高度135 000英尺，相當1個量化值對應10.04m。ARINC407總線數據模擬電路原理如圖7所示。

4 上位機軟件功能實現

上位機軟件是通過VC++實現的，軟件驅動相關板卡模擬機載慣導及大氣機總線數據，送入操縱器總線數據交聯端口，通過串行端口并進行養分，完成數據的收發，主程序還實現測試功能的引導及數據解析功能。用戶檢查檢測電纜連接正確并開機進入主界面，如圖8左圖所示，通過功能選擇開關選擇測試方式，即進入操縱器檢測參數設置對話框，如圖8右圖所示，用戶分別在檢測端及操縱器端設置相應參數后，按下【開始檢測】按鈕，完成檢測，系統自動彈出檢測結果，如圖9所示。

5 系統測試

利用該綜合檢測系統對某型相機操縱器進行通電檢測，檢測內容主要包括以下幾點：

(1)操縱器設置狀態參數，檢測設備利用串口差分信號接收；

(2)利用檢測設備模擬兩類航空總線數據，操縱器通過接口板接收后，通過串口送至檢測設備；

(3)利用PC104PL2360A轉換卡的I/O端口，采集操縱器的按鍵信息，檢測操縱器按鍵是否有效；

(4)檢測設備向操縱器模擬發送相機狀態，利用操縱器顯示面板觀察狀態顯示。

綜合檢測系統對兩部操縱器進行了檢測，完成上述四項檢測的同時，成功檢測出其中一臺的ARINC429總線數據接口故障。經測試，檢測設備可靠、有效。

6 結束語

利用該系統對某型相機操縱器進行了通電檢測實驗，結果證明，該檢測設備仿真的總線數據準確，可實現對操縱系統機載總線數據接口狀態的實時檢測，并可利用串口實現系統狀態信息收集，監控診斷操縱器狀態，按維護規程要求實現對操縱器性能的全面檢測，滿足設計要求。

[1] 趙育良，張國棟. 基于ARINC429總線的某型CCD航空相機總線數據接口板[J]. 兵工自動化，2008.27(8).

[2] 范秀英，范鵬飛，谷峰等. 基于ARINC429總線接口卡的航空相機綜合控制系統[J]. 兵工自動化，2010,1(1).

[3] 劉曉劍. ARINC429總線數據收發裝置研究[D]. 西安：西北工業大學，2004.

[4] 支超有. 機載數據總線技術及其應用 [M]. 北京 : 國防工業出版社，2009.

[5] ARINC Specification 429. Digital Information Transfer System[S]. America: ARINC，1991：52～80.

[6] ZHHK429-PC104-Plus用戶使用手冊[S]. 陜西正鴻航科有限公司，2015.

[7] 廖治宇. 通用ARINC429總線分析測試儀的軟件設計[D]. 電子科技大學，2013.