基于ETX架构的某武器站检测装置的设计

郭雁林,郝 峰,车晓涛,王 瑞

(中国兵器工业第203研究所,西安 710065)



基于ETX架构的某武器站检测装置的设计

郭雁林,郝 峰,车晓涛,王 瑞

(中国兵器工业第203研究所,西安 710065)

为满足某型武器站日常检测维修的需要,文中在分析武器站检测装置检测与工作原理的基础上,采用ETX架构技术,设计了各电路模块及测试程序,实现了武器站检测装置对该型导弹武器站的快速检测与故障定位。试验表明:该武器站检测装置携带轻便、操作简易、测试准确,满足武器站的测试需要。

武器站;ETX架构;故障定位

0 引言

现代武器系统,尤其是导弹发射系统是一个复杂庞大的系统,除了导弹本身外,导弹武器站还有各种单体来配合导弹的发射以及维护工作,而如何保证武器站上各单体的正常工作,关系到导弹发射的成败。在日常的军事训练与演习中,导弹部队需要对导弹系统的武器站提供基层级的维修保障和维护,因此设计一种便携、操作简单、快速准确定位的武器站检测装置是非常必要的。

构建一台检测装置,可以采用的架构很多,硬件设备可以是各种以PC总线为基础的内置数据采集卡(PC-DAQ)、通用接口总线(如GPIB)接口卡、VXI[1]总线仪器以及PXI[2]总线仪器等,或者是其他各种可程控的外置测试设备。ETX(embedded technology extended)模块[3]是非常紧凑、高度整合的单板PC。ETX模块可在基板上扩展出标准接口与非标准接口,广泛应用于各种控制领域。基于不同总线架构的测试系统在可靠性、稳定性等方面的性能各不相同,在测试系统架构的选择上,考虑到一般的总线架构温度范围相对较窄,而ETX架构温度范围宽,抗振能力较强,其总线(PC104总线)结构和一般计算机的ISA总线、PCI总线完全兼容[4],便于和其他计算机互联,支持主流的各种操作系统,尤其是嵌入式操作系统。

因此,针对某型导弹武器站,文中所设计的武器站检测装置以ETX架构作为核心,设计外围接口电路和机械结构,并对嵌入式操作系统进行功能剪裁和开发,形成一套完整的嵌入式数据检测程序,能够实现对该型导弹武器站上的单体进行快速检测与故障定位。

1 武器站检测装置检测原理与性能

1.1 武器站检测装置检测原理

将武器站检测装置接入武器站CAN总线系统,接收并解析总线数据,实时对武器站全车状态进行检测。如果武器站中某单体发生故障,在不拆卸该单体的情况下对故障部位进行快速准确定位。

检测装置通过采集多路模拟量以及解读串口信息来给故障定位。其中几路A/D信号分别代表被测单体的识别电阻分压、+26 V、±12 V、+5 V上电电压信号以及温度传感器信号等。同时通过422串口,读取被测单体的串口信息,根据串口协议解读,判定故障信息。

图1是武器站检测装置的工作和检测原理图,它采用LCD显示器、嵌入式主控器、适配电路模块以及识别电路模块搭建测试平台,在武器站原位各单体预留的统一检测接口上在线检测各单体的特征信号,在对被检单体施加特定信号条件下,通过嵌入式主控器控制适配电路模块完成被检单体特定参数的采集,经检测软件处理后形成报表并显示检测结果。

图1 武器站检测装置的工作和检测原理图

故障定位到板级或可更换单元,对故障单体即时更换电路板等备件,检测功能正常后,重新投入使用。

1.2 武器站检测装置技术性能

为适应战场需要,武器站综合检测装置需要满足检测时间小于3 min,环境温度在-30℃～45℃范围内正常工作。

2 武器站检测装置设计

2.1 武器站检测装置硬件设计

由图1知武器站检测装置主要由嵌入式主控器,适配电路模块,识别电路模块以及显示器等构成,这里主要完成除显示器外的其他各模块的设计。

2.1.1 嵌入式主控器设计

嵌入式主控器通过D/A输出,422串口通信给被检对象提供激励,被检对象的信号经过适配电路模块的隔离、匹配后,返回主控器,由主控器对采集到的信号分析、处理,最后完成故障定位。

因此首先要完成嵌入式主控器的设计与选型。这里选择AECDZ-MF0905-01主板为主控器的开发板,AECDZ-MF0905-01是一款多功能的PC104-Plus总线ETX底板,Intel Celeron M处理器1.00 GHz,1GDDR内存,8 G固态硬盘满足测试数据的存储。

AECDZ-MF0905-01板卡的主要构成:散热板、CPU芯片、显卡芯片、桥芯片、FPGA芯片以及硬盘等。其中FPGA芯片主要完成AD的采集、DA的输出,双向数字IO的传输,CAN总线的监听,422总线的串口通信等;CPU芯片则完成FPGA芯片所采集信号的分析处理等。

2.1.2 适配电路模块设计

适配电路模块主要由多路独立的运算放大器及外围电路,以及由非门、电阻等分立元件构成的数字IO反相电路等组成。由于是为完成AD信号的采集,这里主要介绍适配电路模块中放大电路的设计,对应AD信号的采集与DA信号的输出,适配电路模块中有两类放大电路。为了实现AD信号的采集,被测对象输入AD信号到AD信号放大电路完成放大隔离、匹配,然后AD信号进入主控器中FPGA芯片,完成AD信号的采集,最后AD信号经过CPU芯片的分析处理后,判定武器站中所测单体的工作状态。

(1)

由式(1)[5]以及图2可知放大电路的放大倍数是由放大电路差分输入端的电阻R1和R2决定,由于ETX板卡采集电压范围为-10～+10 V,而实际电源输入电压为+26 V,因此本适配电路模块采用1/3放大倍数安全隔离采集电压信号。图2所示为适配电路模块中AD信号的放大隔离电路。

图2 适配电路模块AD信号的放大隔离电路

DA信号的输出同样需要适配电路模块的调理、匹配后才能输出,首先主控器中的FPGA芯片发出DA信号,经过适配电路模块中DA信号调理电路后传输到被检对象,图3所示为适配电路模块中DA信号的匹配调理电路。此电路为电压跟随器,采用负反馈连接实现电压信号的稳定输出,减小负载电阻对电压输出的影响,同时避免影响被检对象,起到安全隔离的作用。

2.1.3 识别电路模块设计

武器站检测装置可以对武器站中5种单体进行检测。给识别电阻两端加一个稳定的+10 V直流电压,通过A/D采集模块获得的电压值来识别被检对象,识别电路如图4所示。其中识别电阻为各被检测单体的固有电阻。

图3 适配电路模块中DA信号的匹配调理电路

图4 识别电路示意图

2.2 武器站检测装置软件设计

武器站检测装置采用Windows XP操作系统,支持C语言编程,其应用软件在Lab Windows CVI[6]环境下进行开发,拥有基本的操作界面,应用软件分为检测装置自检软件和检测软件。

在自检和检测过程中,软件处于自动运行状态,通过对数据的判断,给出自检或检测结果的反馈。

检测装置可以通过测量识别电阻主动识别被检对象,针对不同的被检对象的工作流程选择相应的测试流程,从而完成自动检测,武器站检测装置软件流程图如图5所示。

3 武器站检测装置试验

该武器站检测装置顺利通过了寒区-30℃及海拔4 400 m高原试验,检测时间小于3 min。通过外场使用表明,该武器站检测装置具有体积小、重量轻、操作简单、性能稳定、检测准确、安全性好和工作温度范围宽等特点,很好的满足了实际使用要求。

4 结束语

文中基于ETX架构,对武器站检测装置进行了硬件设计;在Lab Windows CVI环境下使用C语言进行了软件设计。该武器站检测装置能够对某型武器站所属单体的性能参数进行自动检测,并能生成测试报告,实现了对各个单体的状态检测、故障诊断和快速定位。该武器站检测装置现已定型应用于某型导弹武器站的性能检测。

[1] 刘朝辉, 李宝利, 刘晃春. 基于VXI总线的综合检测系统方案设计 [J]. 弹箭与制导学报, 2007, 27(1): 329-331.

[2] 王瑞, 孙虎元, 刘星, 等. 基于PXI总线的导弹火控自动测试系统设计 [J]. 弹箭与制导学报, 2012, 32(6): 45-47.

[3] 李孟华, 栾前进, 高群立, 等. 基于ETX模块的机载数据处理模块的设计 [J]. 航空计算技术, 2012, 41(6): 116-118.

[4] 田捷力. 移动卫星通信车载站监控单元的设计与实现 [D]. 西安: 西安电子科技大学, 2009.

[5] 孙肖子. 模拟电子电路及技术基础 [M]. 西安: 西安电子科技大学出版社, 2008.

[6] 孙晓云. 基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2005.

Design of Weapon Station Detector Based on ETX Architecture Technology

GUO Yanlin,HAO Feng,CHE Xiaotao,WANG Rui

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In order to meet the needs of routine detection and maintenance of weapon station, based on analysis of detecting and working principle of weapon station detector, circuit modules and detecting procedures were designed on ETX architecture technology in this paper, and rapid detection and fault location for the missile weapon station was realized. Experiments show that the weapon station detector can meet the testing needs for its portability, facility of operation and accuracy of testing.

weapon station; ETX architecture; fault location

2013-10-10

郭雁林(1985-)男,山西代县人,工程师,硕士,研究方向:电气总体设计,自动测试技术,电磁兼容。

TJ760.6

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