某裝備測發控系統設計

李永軍，扈金銳

(河北科技大學 機械工程學院，河北 石家莊 050000)

0 引言

某裝備測發控系統是對該裝備的各設備和系統的性能及相互間信號的協調配合性實施測試，對該裝備進行發射條件檢查和準備，對檢查合格的裝備按命令進行發射的系統[1]。

隨著現代武器制造技術的不斷提高，武器系統的生存難度不斷加大，為了能夠適應現代高技術戰爭的需求，提高裝備測試準確性和可靠性，有必要研制、建立一個高靈活性、操作簡單的測發控系統[2]。目前，加固型CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)總線結構在我國軍用車載系統中普遍使用，采用基于模塊化的CPCI總線[3]設計的測發控系統具有結構簡單、測試精度高、通用性好等特點，其較高的自動化程度能夠有效提升武器裝備的準確性，為裝備成功發射提供了保障。本文設計的測發控系統與傳統測發控系統相比，具有更高的靈活性，操作簡單。

1 地面測發控系統功能及組成

1.1 測發控系統功能

采用CPCI總線的測發控系統各組成部分在整合系統主板的統一控制下協調工作，共同完成該裝備的測試和發射任務，其主要功能如下：

(1) 測試功能。系統需要完成對裝備的綜合測試、射前測試、射前檢查等測試任務。通過數字I/O模塊、A/D模塊配合測試適配器完成系統的狀態檢測。本系統能夠給被測對象施加激勵信號，包括直流電壓、直流電流、交流電壓、交流調制信號、階躍信號等；能夠采集被測對象輸出信號，并對其進行測量、分析和處理，包括直流電壓參數、交流電壓參數、電阻值、時間串、脈寬、脈寬差；并可進行通訊測試。

(2) 自檢功能。為保證該裝備測試系統各個板卡到通用測試接口間信號傳輸的可靠性和通用測試接口上資源的可用性，需要對測試和激勵的通道和功能進行自檢，判斷測試系統能否正常進行測試工作。測試系統通電后，由測發控系統自檢模塊自動對測試系統本身進行自我檢查，主要判斷電源輸出值、數字I/O接口和通信通道等是否正常。系統自檢需要測試適配器配合，依靠系統激勵設備、信號控制和信號測試設備完成。

(3) 控制功能。測發控系統發出各種指令，完成裝備的供電、諸元裝訂、激活、斷電、點火等發射任務。該項功能是由數字I/O模塊、測試適配器的電源控制與激活控制模塊配合信號調理隔離模塊完成的。

1.2 測發控系統總體結構設計

地面測發控系統在主機的控制下完成對該裝備以及等效器的測試。通過分析各個總線的特點[4-6]，最后選用CPCI總線技術,選用CPCI總線接口系統，通過選擇合理的外購設備與自研板卡共同組建該系統[7]。

該裝備測發控系統硬件包括主機箱、測試適配器、外圍設備、電源、BD衛星接收機及測試線纜等。其中，主機箱包括CPCI主板、DIO卡、AD/DA卡和串口卡，主要用來完成裝備測試時的模擬量輸出、數字量信號的采集以及總線通信任務。測試適配器通過測試線纜與主機箱連接，起到了重要的紐帶作用。外圍設備包括狀態顯示/操作面板、鼠標、鍵盤等，主要完成輸入輸出的數據顯示以及操作的功能。測試系統硬件組成示意如圖1所示。

1.3 測試適配器的結構設計

測試適配器為自研板卡，根據對該裝備的任務需求，適配器需要完成與主機之間的信號轉換、放大、通信過渡轉換等。測試適配器包括電源控制模塊、模擬信號調理隔離模塊、指示燈模塊、激活控制模塊以及自檢模塊，其結構框圖如圖2所示。

2 系統主要模塊電路的設計

2.1 電源控制模塊

電源控制模塊主要是通過對繼電器的控制，完成該裝備及裝備上舵機的供電。當輸入28 V功率電時，對裝備進行供電；當輸入56 V功率電時，對裝備上舵機進行供電。該模塊電路通過控制DIO卡由DO_0輸出低電平，通過驅動器SN74LS06驅動繼電器RLY-DPDT觸點閉合，從而完成對裝備供電。當負載電流突然變化或減少時，為了防止繼電器兩端發生突變電壓，損壞其他器件，電路中并聯一個續流二極管D112，可以讓電流比較平緩地變化，避免突波電壓的發生。電源控制電路如圖3所示。

圖1 測發控系統組成示意圖

圖2 測發控測試適配器結構框圖

2.2 模擬信號調理隔離模塊

模擬量信號調理隔離電路主要完成衰減、電容濾波、隔離等。為了實現電路的隔離作用，本次設計的電路采用線性光耦器件HCNR201,相比普通光耦的單發單收模式增加了一個用于反饋的光接收電路，雖然兩個光接收電路都是非線性的，但兩個電路的非線性特性又都一樣，這樣就可以通過反饋電路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達到線性隔離的目的。HCNR201的1、2引腳作為隔離信號的輸入接到控制回路，3、4引腳用于反饋作用，將產生的輸出電流再反饋到1、2端的LED上，從而對輸入信號進行反饋作用，5、6引腳用于輸出。模擬信號調理隔離電路如圖4所示。

當接通28 V電源后，電壓信號通過跟隨器U5A由1端輸出，通過放大器U5B將信號放大后將電流由5、6端輸出。由于HCNR201器件的功能，3、4端電流與5、6端輸出電流幾乎相同。電阻R15與R17阻值相等，通過相同的電流，使得輸入輸出的電壓信號相同，最后完成信號采集。

圖3 電源控制電路

圖4 模擬信號調理隔離電路

2.3 激活控制模塊

激活控制模塊完成對該裝備上電池的激活功能。激活裝備的1號電池，將激活保險S打開，激活信號經過三級管Q3.1放大后驅動繼電器RELAY-DPDT1觸點閉合，完成裝備上1號電池的激活。裝備上2號電池激活電路與1號電路激活過程相同。激活控制電路如圖5所示。

2.4 自檢模塊

本次設計的自檢模塊有三種，分別為串口自檢、通用IO口自檢、AD自檢。其中串口自檢電路如圖6所示，通過控制DIO卡由DO1_7口輸出信號，經三極管Q3放大后驅動繼電器觸點閉合，開始工作，將串口輸入輸出口接入電路，讓串口自發自收，判斷接口傳輸是否可用。IO自檢電路通過SN74ALS541驅動器與DIO卡的輸入輸出口連接，利用傳遞的信號判斷各個IO口是否可靠。AD自檢通過AD卡采集5 V的電源電壓，通過結果判斷AD采集功能是否正常。

3 測發控系統軟件設計

測發控軟件是整個測發控系統的重要組成部分，是裝備試驗成敗的關鍵之一。通過軟件將計算機硬件資源和外圍硬件融為一體，利用計算機的處理及分析能力，完成該設備的測試、控制、數據傳輸、信息管理、自檢等功能[8-11]。測發控軟件用于實現制導控制組件射前諸元裝訂和裝備的制導控制，對衛星定位數據進行數據融合等綜合處理，輸出組合導航參數，根據制導方程完成制導計算，根據姿態控制規律完成姿態控制計算，通過綜合運算，給出舵控指令。

該裝備測發控系統軟件在Microsoft公司Windows 7操作系統平臺上，采用NI公司的Labwindows/CVI軟件開發平臺進行開發。設計的該制導控制軟件包括控制模式和測試模式兩種工作模式，由監控模塊、測試模塊、裝訂模塊、組合導航模塊和制導控制(模飛)模塊五個部分組成，制導控制軟件模塊間流程如圖7所示。主要完成以下功能：①完成軟件、硬件初始化，完成各分系統通信功能；②能與地面測發控系統配合完成綜合測試、射前測試、射前檢查、發射控制等工作；③飛行中正確進行導航、穩定控制和制導解算，完成制導控制功能；④具有用戶應用軟件原位升級功能。

圖5 激活控制電路

圖6 串口自檢電路

由于系統的復雜性，測試項目繁多，測試參數量大，因此系統軟件采用分層、模塊化的設計方法，按照流程逐一編寫，獨立運行。

4 結束語

本次設計的某裝備測發控系統采用CPCI結構設備和CPCI總線標準，通過選擇合理的外購設備和自研模塊共同搭建。本系統具有可靠性高、操作簡單、測

試準確性高等特點。由于系統采用模塊化的設計，使得拆除維修更加方便，提高了測試系統的可維修性。

圖7 制導控制軟件模塊間流程