基于LabVIEW的飛機座艙照明測控系統開發

岳 敏，黃 娟，周志峰，肖 鵬

（1.上海工程技術大學 機械與汽車工程學院，上海 201620；2.上海工程技術大學 電子電氣工程學院，上海 201620）

0 引言

飛機座艙照明系統是航空電子系統的重要組成部分，產品的質量和性能直接影響飛行員的態勢感知能力[1]，甚至影響飛行員的人身安全[2]。因此，對飛機座艙照明系統的測試變得尤為重要。目前對座艙照明系統的測試主要采用分類測試，但測試類型單一，測試步驟繁瑣、工作量大。

基于Labview的飛機座艙照明測控系統將PXI工控機、多個數據采集卡、適配箱和負載箱全部集成于一體，構建了座艙照明系統仿真試驗平臺。其主要功能是對飛機座艙照明系統進行仿真測試，包括KZH控制器、CGQ傳感器、4路雙模式泛光燈等各個元器件的仿真測試。測控系統通過虛擬旋鈕和開關來仿真各種測試操作開關，通過檢測各個元器件的數字量、模擬量和RS422通訊系統的輸入輸出信號燈來測試各個元器件[3,4]。該系統突出通用性要求，不僅適用于飛機座艙照明子系統（以下簡稱“被測試品”）的測試，并向上兼容現有測試的技術要求，為后續新增功能測試需求預留冗余度。

1 系統的組成

基于Labview的飛機座艙照明測控系統主要由以下幾大功能部件組成：以PXI工控機為核心的測控系統、適配箱、負載箱和外圍輸入輸出設備。各個功能部件之間采用不同型號接口的航空插頭及NI專用電纜連接，具有防插錯功能，所有功能部件全部集成到32U標準機柜內。測控系統組成框圖如圖1所示。

圖1 測控系統組成框圖

被測試品由3種LRU組成，分別是座艙照明KZH控制器、ZCD泛光燈和CGQ傳感器。測控系統不僅可以對系統進行系統聯機測試，還可以對KZH控制器進行LRU單獨測試。

PXI工控機由機箱、控制器和各類功能板卡構成，基于LabVIEW的飛機座艙照明測控系統人機界面運行在PXI工控機操作系統。

適配箱為測控系統和被測試品之間提供信號調理、轉接和電氣交聯關系，其內部主要包括電壓輸入信號調理電路、電流輸入信號調理電路、電壓信號輸出調理電路、地/開信號輸出電平變換電路、高/開信號輸出電平變換電路、系統單測及聯測功能切換電路、RS422/485和ARINC429通信信號轉接電路。

負載箱為被測試品KZH控制器的驅動輸出提供模擬負載。負載箱選用RXG24黃金鋁殼功率電阻模擬被測試品的負載。負載箱前面板并為每路負載設置指示燈、計量端子和負載切斷開關。

2 硬件設計

2.1 PXI工控機硬件設計

PXI工控機選用美國NI公司的NI PXIe-8840控制器和NI PXIe-1065機箱，該工控機采用4核Intel Core i7-5700EQ，并可擴展18個插槽，每個插槽高達1GB/s的專用帶寬和超過3GB/s的系統帶寬，可滿足系統數據采集需求。

測控系統根據測試需求需具有133路繼電器輸出信號、42路數字量輸入信號、224路模擬量輸入信號、21路模擬量輸出信號、3路RS422通信和2路RS485通信，并配置12路ARINC429通信。因此，選用2個NI PXIe-2569的繼電器開關板卡，1個NI PXI-6509數字輸入輸出板卡，3個NI PXI-6225模擬量輸入板卡，1個NI PXI-6738模擬量輸出板卡，1個NI PXI-8431/8 422/485通信板卡和1個PXI429-3U-16 429通信板卡。

2.2 單測和聯測功能切換電路

單測KZH控制器時，由測控箱的模擬量輸出板卡提供模擬電壓給KZH控制器；系統聯測時，由CGQ傳感器提供模擬電壓給KZH控制器，由程控開關實現該處的單測和聯測的選擇，程控開關由DIO板卡控制繼電器開關實現。單測和聯測功能切換原理圖如圖2所示。

圖2 單測和聯測功能切換原理圖

3 數據采集與處理

3.1 數據采集

飛機座艙照明測控系統采用參考地單端(RSE)連續輸入信號，通過NI-DAQmx應用程序編程接口采集各個板卡的數據，該接口均適用于本系統所選板卡。NIDAQmx構架具有多線程性，可同時對多個板卡多通道數據進行采集操作，從而大大提高了多操作應用的性能，極大地簡化了編程[5]。

飛機座艙照明測控系統數據采集采用生產者-消費者架構[6]。其中，主程序根據人機界面顯示內容調用響應的模擬量輸入子程序、數字量輸入子程序，這些子程序作為數據采集生產者，將采集到的數據入隊列，消費者循環中解析并處理從生產者獲得的數據，并賦值給相應的顯示模塊。同時，主程序獲取需要發送的數字量和模擬量，推送給相應的數字量輸出隊列和模擬量輸出隊列進行數據輸出。傳感器模擬量輸入程序框圖如圖3所示。

圖3 傳感器模擬量輸入程序框圖

3.2 RS422通信

飛機座艙照明測控系統可通過RS422與被測試品進行實時通信，通過通信來測試被測試品的性能。測控系統每100ms循環發送各種通信指令給被測試品，被測試品會反饋相應的數據信息。測控系統while主循環通過VISA接口負責各個指令數據的循環發送[7,8]。串口測試流程圖如圖4所示。

圖4 串口測試流程圖

由于反饋數據幀長度各異，各種數據幀長度在60～202字節之間變動，所以為了數據接收的準確性，RS422通信采用生產者-消費者架構，生產者通過VISA接口采集被測試品的數據，消費者對采集的數據進行數據幀和校驗，對和校驗正確的數據幀進行數據解析并賦值顯示。數據幀和校驗及解析程序框圖如圖5所示。

圖5 數據幀和校驗及解析程序框圖

4 測控系統軟件設計

基于LabVIEW的飛機座艙照明測控系統運行在Windows 7系統上，測控系統采用圖形化編程語言LabVIEW 2015進行開發。測控系統人機界面采用虛擬數字儀表顯示各個所測元器件的電壓、電流等數據，通過虛擬旋鈕和開關來仿真各種測試操作開關。復雜的測試模式采用選項卡專用測試模式，并配以過程提示。測控系統人機界面框架圖如圖6所示。

圖6 測控系統人機界面框架圖

測試系統主要由四個功能模塊組成：DAQ數據采集、RS422串口通信、系統自檢和報表打印模塊。各模塊及其包含子模塊的功能劃分如下：

1）DAQ數據采集模塊是測試系統的核心部分，實現具體的測試板卡的數據、算法處理和測試流程執行。該模塊由CGQ-傳感器、ZCD泛光燈、20X導光板、14X信號燈、控制開關和告警燈編碼器等界面組成。該模塊具有對被測試品進行系統聯測、對KZH控制器進行單測的操作控制、數據采集和顯示功能。CGQ-傳感器測控界面如圖7所示。

圖7 CGQ-傳感器測控界面

2）RS422串口通信模塊是通過RS422串口與被測試品進行實時通信，通過發送不同的數據指令，來調控被測試品相應的數值，從而實現對串口通信功能的測試。該模塊是由指令發送、數據接收、自檢狀態及MFL和曲線配置及下載界面組成。RS422串口數據接收界面如圖8所示。

圖8 RS422串口數據接收界面

系統自檢模塊是整個測控系統正常工作的保障。系統在上電后執行系統自檢，針對各個PXI/PXIe板卡進行檢查和測試，及時發現異常情況。如果板塊自檢不通過，該系統無法進入測控系統檢測界面。

報表打印模塊主要是在測控系統檢測完畢后，對測試結果進行可選擇性輸出或打印。用戶根據具體需求進行測試內容選擇和報表格式配置，然后生成所需的報表，報表生成后即可進行打印。

5 系統測試

為了測試飛機座艙照明測控系統的各項功能及測試精度，在某軍工企業現場測試某型號的飛機座艙照明子系統（被測試品），現場測試圖如圖9所示。

圖9 現場測試圖

根據測控系統的實際測試情況，經過多次測量，并統計所測數據，電壓變動范圍為0～30V，電壓的測量誤差與實際值偏差均控制在±0.1V以內，電流變動范圍為0～1A，電流的測量誤差與實際值偏差均控制在±0.01A以內，且RS422通信穩定、可靠，均達到了測控系統的設計要求。

6 結語

本文開發了一種基于LabVIEW的飛機座艙照明測控系統，并分別介紹了測控系統的硬件和軟件設計。經現場系統測試驗證，該測控系統運行可靠穩定，人機界面操作方便，通訊系統數據傳輸可靠穩定、響應快，其功能要求和測試精度均符合設計要求。目前，該測控系統已經投入實際生產，大大提高了飛機座艙照明系統的檢測效率，降低了勞動強度，有效提高產品檢測的準確性、可靠性和穩定性。