基于PC-104和虚拟仪器的某机载电台检测控制器

蒋国峰，丁 洁

（1.空军第一航空学院 航空电子工程系，河南 信阳 464000；2.商丘职业技术学院 河南 商丘 476000）

航空电子技术的发展使航空电子设备由分离式控制逐步变为集中式控制，集中式控制系统的典型结构即是多个航空电子设备共用显示和控制终端，通过总线连接成为一个分布式的网络系统。对航空电子设备进行离线测试是保持其处于良好状态的一种必备手段，若将集中式控制系统中的某一个航空电子设备从飞机上拆除进行离线测试，其便失去了进行正常工作的信号环境，若将所有航空电子设备进行拆除用于在地面进行某一个设备的检测，不方便、不经济、也不现实。因而根据航空电子设备的离线检测控制需求，为其设计专用的检测控制设备，模拟机上的显示、控制、激励、响应等信号环境是比较普遍的做法。PC-104是一种开放的高可靠性的工业规范，是设计嵌入式系统的理想产品，利用PC-104构建系统具有体积小、扩展性强、系统设计简便、软件资源丰富等优点。

1 机载电台检测控制需求

机载电台是一种航空无线电通信设备，担负着空中与空中、空中与地面之间的通信功能，在机上采用1553B总线结构的集中式控制方式，其控制信息绝大部分都是通过1553B总线进行传输的，除此之外，其控制信号还包括电源信号和离散接口信号。

1）电源接口

该电台采用115 V/400 Hz单相交流电源和+27 V直流电源，由于电台在发射过程中消耗电流较大，为保证电台在检测过程中的安全性，需要随时对电源电压和消耗电流进行监控。

2）离散接口

离散接口包括电源的开关、收发转换控制、照明控制等信号，其中电源开关信号为+27 V有效，平时悬空；收发转换控制信号为接地有效，平时悬空；照明控制信号为+27 V有效，平时悬空。

3）1553B 总线接口

1553B总线接口是机载电台与其它设备进行信息交互的主要通道，控制信息包括电台工作模式、工作频率、工作方式等，电台通过1553B总线返回给显示控制设备的信息主要包括电台的工作状态、自检结果、信息传输的有效性等。

2 检测控制器硬件设计

检测控制器硬件电路组成如图1所示，以PC-104为数据处理和控制核心，1553B卡、数字IO和AD接口卡是PC-104与外部进行信息和数据交换的桥梁，其中1553B卡用于和被测电台进行1553B总线信息的交互，是检测控制器和电台之间的主要的数据通信通道；数字IO用于采集面板开关信息，产生系统工作时信号通道所需的控制信号，以及产生被测电台所需的离散激励控制信号；AD接口卡用于采集27 V和115 V电源的电压和电流信息，组成电源实时监控电路，保证系统工作安全，确保工作过程的安全。信号适配电路用于对PC－104控制系统和被测电台之间的信号进行调理和匹配，按照系统检测要求，动态建立和撤销测试信号通道。各种电压或电流互感器用于实时探测相应的，输出与相应电压或电流成比例的0～5 V直流信号；27 V分压电路将27 V电压进行分压，使其输出能满足AD转换器采集信号的量程要求。电源及控制电路用于将输入的220 V交流电压转换成+12 V、+5 V直流供系统各电路使用，并按照系统的供电关系需求，统一控制系统的供电。

图1 硬件电路组成Fig.1 Block diagram of hardware

3 检测控制器软件设计

软件是电台检测控制器的重要组成部分，直接决定了系统功能的实现和操作性能的好坏，软件系统设计包括人机界面设计和测试流程设计，软件平台包括操作平台和测试程序开发平台。为保证软件开发的便捷性与实用性，操作平台选用WINDOWS XP，测试程序开发平台选用NI公司的虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI 8.0，虚拟仪器具有功能扩展性强、设计、修改方便的特点，是测试仪器技术的发展趋势。

3.1 人机界面设计

人机界面是操作者与检测控制器之间的交互接口，操作者通过人机界面向检测控制器输入相应操作指令，相应的检测控制器通过人机界面向操作者提供设备的工作状态信息，人机界面设计的好坏直接决定了检测控制器的操作性和功能。在设计人机界面时，在基于系统功能需求的前提下，还必须考虑到操作者的素质和特点，检测控制器的主界面如图2所示，包括27 V、115 V工作电压和消耗电流实时监测单元，用于向操作者实时提供系统的电源工作状况，当超出正常工作范围时，系统自动断电，并向操作者提供醒目的指示信息，以保证整个检测过程的安全。工作模式/状态/频率指示窗口，主要是向操作者提供系统的工作状态信息、电台的工作模式和工作频率信息。工作模式选择开关主要用于控制电台的AM、USB、LSB、ALE或HOP等模式；音量控制旋钮用于控制电台的音量，分10级调整；静噪等级调整旋钮用于控制电台的静噪等级。开关用于控制电台的电源启动；自检用于控制电台的自检工作状态启动；收发按钮用于控制电台处于接收或发射工作状态；退出用于系统的退出操作。

图2 操作主界面Fig.2 Operation main interface

3.2 软件流程设计

根据软件的功能需求和系统的硬件特点[5]，并保证程序的可移植性和可维护性，软件设计采用层次化结构、模块化设计和程序嵌套技术；其主程序流程如图3所示，包括系统初始化自检、电压电流实时监测、面板数据采集、指令数据形成发送、状态信息接收指示等子程序。

在主程序流程中，首先进行初始化自检，包括系统、各种板卡和适配器的自检，自检通过则进行面板信息采集，并将采集到的数据按照被测件激励信号的需求格式形成相应的1553B总线控制数据、离散控制信号和信号控制矩阵，形成指令数据向被测件发送；同时接收显示被测件回传的状态信息，在整个工作过程中，AD转换器实时采集电源电压和电流消耗数据，并通过虚拟仪器表头进行显示。

图3 主程序流程图Fig.3 flow chart of main program

图4 状态信息接收指示子程序Fig.4 Subroutine of state information receive and indication

状态信息接收指示子程序是1553B总线接口卡按照规定的数据协议提取被测件的状态信息，并进行相应的判断后进行输出显示，在接收被测件回传信息时，首先按照1553B总线协议判断数据是否有效，若无效，则显示输出错误数据，若有效，则按照被测件的数据位定义，显示输出相应的指示信息。

4 结束语

以PC104和虚拟仪器构建的电台检测控制器，具有可靠性高、开放性好、交互性强、开发便捷等特点[6]。该设备不仅可以应用到部队的二线检测，还可以应用到大修厂和设备的研制生产调试部门。通过扩展与信号源和测试仪器之间的程控连接，可方便的实现对被测件的自动测试，通过开发相应的故障诊断程序，可方便的实现对被测件的故障诊断。通过调整相应接口，开发相关控制程序，可方便的扩展到对其它相应型号的电台进行测试，具有广泛的推广应用前景，目前该设备已作为某电台的大修级检测设备推广应用到多个大修厂，取得了显著的军事效益和经济效益。

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