音頻控制面板5145-1-XX 系列測試臺的設計與實現

■ 李鈺歌 史健康/法荷航空附件服務（上海）有限公司

0 引言

隨著民航運輸業的快速發展，國內部附件維修企業的維修業務量不斷攀升，其中包括音頻控制面板的送修。國內的主流中大型客機為波音和空客機型，波音客機裝備的音頻控制面板5145-1-XX 系列因其穩定優秀的性能沿用至今，該系列音頻控制面板在維修市場擁有巨大的體量。

音頻控制面板（ACP）是飛機音頻控制系統的人機交互接口，其可靠性直接與空地通信和機組間通信質量相關聯。因此，在ACP 送修量加大的情況下保證維修質量和增強部件維修的可靠性具有現實意義，其中的關鍵是解決ACP 的測試問題。

由于傳統的手動測試臺使用原廠提供的電路圖設計，測試步驟繁瑣，操作較多。隨著ACP 送修量加大，幾百個測試數據都需要手動操作和記錄，大大增加了部件維修人員的工作量，容易導致出錯。此外，傳統測試臺僅僅局限于對ACP 開關功能的測試，無法復現因ACP 其他部分損壞導致的很多間歇性故障，這對于復雜故障的排除非常不利，容易導致ACP 的短小時拆換。

因此提出設計并制作一種全新的滿足CMM 手冊測試需求的ACP 自動測試設備，一方面可以提高ACP 的測試效率和排故效率，實現無法由手動測試臺實現的眾多功能，另一方面可以積累設計經驗，透徹理解該系列音頻控制面板的工作原理。

1 ACP 功能和工作原理簡介

圖1 為PN：5145-1-64 ACP 的外觀展示。該型ACP 與REU（遙控電子組件）協作管理進出飛行機組的音頻信號，飛行機組使用ACP 控制通信和導航系統的音頻。ACP 的功能包括音頻的選擇呼叫功能、接收器的音頻調節功能、無線電與內話模式的PTT 選擇功能、音頻過濾選擇功能、應急/正常模式的切換功能以及BOOM-MASK 選擇功能，部分5145 系列的ACP 還有衛星通話的相關選擇功能。

圖1 音頻控制面板5145-1-64外觀圖

根據ACP 相關CMM 手冊提供的電路原理圖和REU 相關電路原理圖可知，REU 工作時需要給ACP 提供一個連續的時鐘信號，ACP 的多路復用電路將REU 提供的時鐘信號和BCD 計數器初始化，ACP 發送給REU 的5 位字在兩個多路復用器之間進行比較，隨著地址的變化，多路復用器將逐步掃描每路輸入信號。每個前面板的控制器在每個掃描周期內單獨采樣，此時的多路復用器輸入端電壓是每個控制器直接的電平狀態。圖2 所示為ACP 輸出的典型波形，表1 是ACP 輸出波形每個數據位對應的具體通道位置。

表1 數據位位置和分配

圖2 ACP輸出典型波形

2 ACP 測試臺的設計與制作

從上述分析可知，ACP 與REU 之間的通信方式更類似于一種復用與解復用的關系。REU 給ACP 提供一個時鐘信號，ACP 通過不斷掃描獲得各個控制器通道的電平，并將這些電平打包成一串可由REU 識別的模擬脈沖信號，REU 接收信號后通過解復用的方式獲得所有通道的具體電平信息，ACP 與REU 之間通過該過程即可實現控制信號的發送與接收。

因此，設計ACP 測試臺也要從該信號的特征入手，所設計的測試臺不僅需要模擬REU 輸出信號，還要接收并分析ACP 輸出的脈沖信號串。

2.1 ACP 時鐘信號產生

對原廠測試臺電路原理圖進行模擬與仿真發現，ACP 工作所需的輸入信號頻率較低，但輸入信號電平較高，因此可以使用單片機輸出適當頻率的方波信號，配合NPN 三極管組成開關電路產生時鐘信號，具體電路如圖3 所示。

圖3 ACP時鐘信號產生電路

2.2 ACP 輸出信號檢測

對REU 測試臺進行多次實際測量發現，ACP 輸出的波形信號可以通過單片機AD 采樣獲得各個通道的具體值。考慮到ACP 輸出波形的脈沖寬度較小，需要一種AD 采樣速率較快的單片機用于輸出波形的采樣。

因此，選用ATMEGA2560-16AU 芯片作為測試臺的主要控制芯片，在輸出時鐘信號的同時，通過ADC 采樣解碼ACP 輸出的波形信號。ATMEGA2560-16AU 芯片有10 位精度的ADC 功能，AD 轉換速度為13 ～260μs，可以滿足該信號的采樣要求。此外，該型單片機ADC 可以選用兩種外置的電壓參考基準，這對于提高AD 采樣的準確性有很大作用。

2.3 ACP 測試臺基本架構

ACP 測試臺的基本架構如圖4 所示。

圖4 ACP測試臺基本架構圖

硬件層由電源管理模塊、ACP 測試主控模塊和ACP 接口模塊組成。其中，電源管理模塊包括交直流電源轉換單元、DCDC 電源轉換單元、DCDC 電源顯示與保護單元，用于ACP 供電和測試臺的基本供電；ACP 測試主控模塊包括開關主控單元和MCU 主控單元，開關主控單元用于將手動測試臺開關電子化，實現程控開關的功能，兼具ACP輸入輸出信號的電平轉換功能，MCU主控模塊用于測試臺硬件層測試程序實現，包括時鐘信號的產生和ACP 輸出脈沖信號的解碼。開關主控單元電路圖如圖5 所示。

圖5 ACP_MCB電路圖

通信層使用常用的RS-232 串行通信方式，預留RS-422 通信接口，可在需要時啟用。

軟件層使用C#語言編程。該編程語言是微軟公司發布的由C 和C++衍生的面向對象的編程語言，是一種運行于.NET Framework 和.NET Core（完全開源，跨平臺）之上的高級程序設計語言，可以很好地設計并調試ACP 測試臺軟件，與C++、C 之間具有很強的類似性，容易學習和使用。測試臺軟件層功能包括手工測試功能、自動測試功能、測試報告生成功能、測試報告打印功能、測試臺自檢功能。軟件部分人機交互界面圖如圖6 所示。

圖6 測試臺人機交互界面

從整個ACP 測試臺系統的角度出發，應用層分為ACP 功能性測試、ACP機載功能模擬和ACP 故障大數據分析。其中，ACP 功能性測試是基本功能應用，依據CMM 手冊測試相關章節進行適當的自動或手動測試；ACP 機載功能模擬用于復現常規測試臺難以復現的部分故障，ACP 測試臺可以模擬REU 功能實現ACP 部分機載功能的車間模擬；ACP 故障大數據分析基于ACP 自動測試報告的積累并通過CMM 手冊提供的排故指引實現故障“發現即排除”，同時，通過對測試數據的分析可以發現ACP的隱性故障，幫助維修人員快速排故，提高維修質量。

3 ACP 測試臺功能驗證

根據民航規章對該類設備的要求，需要對此類設備進行相關性驗證測試，記錄試驗結果并分析該設備是否與OEM 設備等效。

本文使用傳統的手動測試臺，依據CMM 手冊23-51-23 的測試部分對ACP（PN：5145-1-64，SN：6645）進行功能測試并記錄所有測試結果，然后使用研發的自動測試臺對該ACP 進行5 次循環測試，得到5 次循環測試的結果，進行相關性分析，部分試驗結果如圖7所示。

圖7 相關性驗證部分結果

通過相關性驗證可以確定，該測試臺測試結果完全符合CMM 手冊23-51-23 測試要求，可以很好地完成件號5145-1-64 的ACP 的功能測試，測試效率也因自動測試功能軟件的優化設計得到大幅提高。

為了更好地支持其他5145-1-XX 系列的ACP，該測試臺針對其他件號ACP進行了多次軟件適配工作，目前該測試臺已能支持6 個件號的ACP，正在進行波音737MAX 飛機上新型ACP 的軟件適配工作，并取得了實質進展。

4 總結

本文介紹了一種新型5145-1-XX 系列ACP 測試臺的設計與制作，相較于傳統的手動測試臺，該型測試臺從ACP輸出信號處理的角度提供了一種新的設計思路。通過大面積的電子開關的應用，實現了所有原測試臺傳統開關的有效程控；通過研究CMM 手冊測試步驟，研發了符合CMM 手冊測試規范的自動測試軟件，有效減少了傳統測試過程的操作步驟，提高了測試效率。經過多次試驗與測試驗證，該型測試臺能夠很好地滿足CMM 手冊的測試要求，為部附件行業手動測試臺的改進提供了新的思路。