基于5G 技術的裝備調試設備遠程監控平臺設計及應用研究

唐榮，董坤林

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

航空飛行器在使用一定時間后，一般需要開展定期維修工作。維修企業在定期維修裝備時的飛機調試作業過程中，調試現場需要使用具有電腦主機軟件控制的工控類設備，生產作業人員依據與飛機連接的工控類設備反饋的信息以及對該設備進行控制，同時結合在機上進行按動開關及調節旋鈕等方式來完成相應系統的功能檢測作業工序。飛機調試現場中所用設備多為工作臺式以及柜式，部分飛機調試設備因體積大、重量大以及與飛機進行線纜連接導致其便攜性差，無法進行移動化操作。在實際作業中，地面設備需專人控制及時向機上作業人員反饋信息，多人協作才能完成檢測作業工序，而多人協作及相互溝通不僅需要人員調配而且易出現溝通錯誤情況，給實際生產帶來諸多不利因素。

為此，利用5G 技術實現裝備調試作業過程中對機下工控類設備的遠程顯示和控制，滿足作業人員在不同位置實時查看與控制設備的工作需求，提高作業效率和便捷性。

1 總體設計需求

基于5G 網絡設計裝備調試設備遠程監視控制通用平臺，預留有線網絡連接備用功能；通過對飛行參數記錄檢查儀、發動機自動調節器地面檢查平臺等飛機地面調試設備的簡易改造，并應用于調試現場中，通過該平臺的輸出端即可監控地面調試設備并記錄相應的調試數據，從而提高裝配調試現場作業的便捷性和及時性，提高調試效率，壓縮生產周期。

2 設計方案

2.1 設計思路

根據項目總體設計需求設計系統總體方案構架如圖1所示，主要包括：數據傳輸模塊（數據傳輸控制器）、網絡通信系統、飛機作業顯控端。遠程監控平臺支持無線、有線的切換，為未來裝備調試全無線化的應用提供基礎，其中無線支持5G 或Wifi 的方式。支持對多個遠端設備的控制，便于協同配合使用。通過高速的數據采集和 TCPIP 協議，配合相應的軟件系統實現高速的視頻和控制信號傳輸功能，滿足操控響應的需求。

圖1 裝備調試設備遠程監控平臺檢測框圖

結構設計上要充分結合現場實際工作環境和情況，考慮作業人員作業便捷性，進行合理支架設計。工作梯固定支架需與機上顯控端平板牢固配合固定，且與工作梯固定牢靠，不干擾作業人員進出座艙作業，使用過后可折疊固定至座艙工作梯，根據其他使用位置，設計相應的固定方式。

2.2 設備技術指標

2.2.1 供電要求

工作電壓：220V±10%，50Hz，3A。

2.2.2 數據傳輸模塊部分技術指標

（1）延遲響應時間：不大于15ms；

（2）最大傳輸速率：不小于100Mbps，采用的是5G 和千兆的主機以太網接口，傳輸速率滿足要求；

（3）傳輸模式（波長）：多模（850nm）雙芯雙向，單模（1310nm）雙芯雙向（可選）；

（4）脈沖采集處理接口：2 路，可對0 ～15V 脈沖進行計數；

（5）電壓信號范圍：0 ～15V，精度：±1%；

（6）通信接口：定制航插接口（可選 LC 接口）；

（7）支持無線和有線切換：采用的5G 是華為的CPE，支持有線和無線功能；

（8）傳輸距離：無線傳輸距離不小于50m，有線傳輸距離不小于30m，采用無線、有線網絡方式，標準以太網距離滿足要求。

2.2.3 飛機作業顯控端部分技術指標

（1）觸摸平板設計，采用了保護套防止碰撞，防撞功能良好；

（2）電容式觸摸屏；（3）體積小，屏幕為12.1 英寸，具有多功能固定支架；（4）屏幕分辨率為1024*768，采用了高清的平板，分辨率可以設置，并支持設備主機分辨率。

2.2.4 其他要求

（1）平臺可對所連接設備的主機電腦進行實時顯示及觸控操作。平臺傳輸延遲低，響應時間15ms 以內；傳輸數據準確，無失真，畫面清晰；觸控靈敏，能夠精準控制；

（2）平臺具有音頻傳輸功能，實現控制端與設備端之間進行語音通話。控制端平板與設備端光纖傳輸盒具有3.5mm 音頻接口，可使用耳麥進行接入；

（3）平臺控制端平板具有固定功能，可牢固固定于飛機座艙、下設備艙中飛機結構支架，便于進行操作；

（4）平臺維修性設計，為了便于設備的拆裝、日常維修及故障定位，根據功能設計獨立的擴展器、采集卡。防差錯設計，在后面板上使用的連接器具有不同的鍵位。

2.3 硬件設計

2.3.1 數據傳輸模塊

數據傳輸模塊，由一系列硬件組成，通過 VGA 接口和數據采集卡，采集地面調試設備的顯示到IPC 計算機中；通過USB 擴展，實現 IPC 的控制信號和地面調試設備的控制信號的同時接入。并且集成硬件的切換功能，從而可以選擇由某一端控制，支持所有端的同時控制。其次，考慮要求需要5G 網絡無線連接功能，并兼顧有線網絡都連接的功能，因此采用基于以太網的TCPIP 協議進行所有的通信連接。在無線模式下，只需要利用5G 網絡；在有線模式下，只需要1 個網線即可。

（1）VGA 擴展器用于實現地面調試主機設備的顯示輸出擴展，可以給地面顯示器，也可以把顯示信號同時輸出到采集卡；

（2）VGA 圖像采集卡將顯示的圖像通過高速采集轉換，然后通過高速USB 總線輸出到 IPC 計算機，實現IPC 獲取顯示圖像的功能；

（3）USB 擴展器將地面調試設備主機的 USB 口實現多口擴展，便于外接鼠標和輸出解碼信號，實現多個控制端信號的硬件接入功能；

（4）輸出解碼用于將 IPC 的鼠標控制信號通過解碼器轉換為標準的 USB 協議，然后輸出到USB 擴展器；

（5）IPC 工控機是本地控制的核心設備，實現數據的采集傳輸以及控制信號的獲取和匯總。

2.3.2 通信連接系統

在無線模式，只需要在數據傳輸模塊和飛機作業顯控端配置5G 網絡，方便實現無線網絡信號的傳輸。無線只涉及到顯控的傳輸，與地面調試主機是網絡隔離的，因此完全不影響地面調試主機的網絡安全。有線通信連接采用工業級的線纜和接頭，在數據傳輸模塊和飛機顯控端均可以采用抗拉網線插頭，抗拉、抗彎、便于拆裝，工業級防護，完全滿足本項目的數據傳輸需求。

2.3.3 飛機作業顯控端

飛機作業顯控端，基于一臺工業平板，具有觸控功能，以及具有無線和有線的擴展接口。在軟件的控制下，可以通過網絡通信連接到數據傳輸模塊，與數據傳輸模塊建立連接和控制界面的映射關系，同步顯示；顯控端的觸摸操作信號同步通過網絡傳輸到數據傳輸模塊，通過輸出解碼到地面調試設備主機。

2.4 軟件設計

2.4.1 要求

在軟件設計上，要求軟件設計應做到：

（1）具有良好的人機界面，具有較好的功能要求；

（2）保證軟件中變量、內存分配、異常處理的合理性；

（3）軟件易學、易使用，操作靈活、方便；

（4）具有穩定性要求和較好的容錯性要求，具有良好的擴展性。

2.4.2 方式

本系統設計基于BS 構架的，設計出的人機界面美觀，通過互動式圖形化完成系統控制和結果顯示，可高效的設計出數據采集和控制、數據分析和數據顯示，將采集到的原始數據轉換成有意義的結果。遠程控制傳輸端系統、數據傳輸端軟件完成數據采集、控制功能，并提供服務器端作為接入功能接口；顯控端作為客戶端可以通過網絡與服務端對接，整體構成 BS 構架。服務器端支持多客戶端接入，從而實現多個顯控端的功能。

2.4.3 結構

本系統軟件基本可以分為信號采集與顯示模塊、遠程顯控服務器端模塊、控制操作模塊、輸出、顯示解碼模塊、顯示操作客戶端模塊等。軟件結構見圖2。

圖2 軟件結構圖

（1）信號采集與顯示模塊：配合采集卡，實現信號的采集與實時顯示；

（2）遠程顯控服務器端模塊：提供遠程接入的服務功能，可以通過用戶名、密碼的方式確保接入安全，接入后通過 TCPIP 協議實現顯示和控制數據的雙向傳送，通過壓縮算法提高圖像信息的傳送速度和響應的實時性；

（3）控制操作模塊：將操作控制指令進行采集和傳輸到服務器端，服務器通過硬件把操作映射到設備中；

（4）輸出、顯示解碼模塊：將顯控端的操作轉化為輸出接口信號，用來驅動硬件解碼的輸出和控制功能；將服務器端傳輸的圖像信息解碼和顯示成圖像，便于查看；

（5）顯示操作客戶端功能：通過服務器建立連接和進行通信，維護連接，只要通過瀏覽器就可以打開界面。

3 工程應用

3.1 試驗儀器及對象

試驗儀器：裝備調試設備遠程監控平臺（1 套）；試驗對象：地面調試設備選擇飛行參數記錄檢查儀，飛機飛行參數記錄器機上控制電路和控制系統功能。

3.2 準備工作

設備準備。用220V 電源電纜將遠程監控平臺與電源插座相連，根據試驗要求，將飛行參數記錄檢查儀分別與遠程監控平臺、飛機地面準備板上檢查插座連接。

飛機準備。將飛機上各控制機構、地面控制板的開關置于初始位置，將空調車和地面電源連接到飛機上，啟動飛機電源，接通系統電源開關、飛參系統工作電源開關。

3.3 測試試驗

打開裝備調試設備遠程監控平臺、飛行參數記錄檢查儀電源開關，平臺進入開機畫面，等待5 s 后，自動進入狀態界面，當運行狀態、監控狀態、遠程信號均顯示“正常”后表示平臺已經正常工作。

將飛機作業顯控端的平板電腦開機，進入鏈接頁面，直接進入地面調試設備主機控制界面，即可操作飛行參數記錄檢查儀，在測試界面下，按壓“選擇”按鈕，在主菜單界面中選擇“飛行參數記錄系統的自動接通功能”選項，按壓“確認”按鈕后進入飛行參數記錄系統的自動接通功能檢查測試界面，完成該項目的測試。結合工作需要，依次完成飛行參數記錄系統的手動接通功能、機上校準、發動機參數校準、氣壓高度校準等項目的通電檢查。

3.4 結束工作

關斷系統電源、裝備調試設備遠程監控平臺、飛行參數記錄檢查儀工作開關，斷開飛機電源，機上各控制機構置于工作初始位置，收好空調車和地面電源。

4 結語

基于5G 網絡技術搭建裝備地面調試設備與遠程監視控制通用平臺的測試是一個較為復雜的工程，本文從飛機裝備調試設備遠程監控平臺的設計需求出發，搭建了遠程監控平臺的總體框架，確定了設備主要技術指標以及軟硬件設計，并完成了工程應用，使用更加方便，順應了航空維修企業地面調試設備智能化、網絡化、無線化的大趨勢，可廣泛應用于飛機地面調試作業，便于提高調試作業的便捷性和及時性，提高調試效率。