某型飞机武器控制系统计算机检测仪的设计与实现

欧阳寰,王超勇,韩兆福,黎子芬

(海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041)

某型飞机武器控制系统计算机检测仪的设计与实现

欧阳寰,王超勇,韩兆福,黎子芬

(海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041)

为解决某型飞机武器控制系统计算机检测仪检测技术老旧且故障频发，不能满足作战和训练要求的问题，设计了一种新型的检测仪；基于该型飞机武器控制系统计算机的功能结构和维护保障规程，首先分析了该型计算机检测仪的功能需求；然后提出了基于Compact RIO平台和触摸屏式计算机的检测仪总体结构；最后设计了检测仪的硬件结构和匹配的软件设计思路；检测仪的硬件主要包括4个模块：控制模块、测量模块、显示模块和电源模块；软件实现采用LabVIEW图形化系统设计软件，设计过程分成开发模式和运行模式两阶段;该检测仪能够对武器控制系统中机载计算机的输入输出信号进行精确测量和分析，技术先进，且显示直观，能较好地提高维修保障效率。

武器控制系统；计算机检测仪； Compact RIO平台

0 引言

某型飞机武器控制系统的机载计算机是机载武器的控制核心，对全机武器系统工作的可靠性起着重要作用。其主要功能是按照准备和发射(投放)武器弹丸的各种方式程序对各机载武器弹丸实施逻辑运算控制。在机载计算机内，以程序方式完成对武器控制系统各部件的控制，同时还实现与空对地火控系统、空对空火控系统的信息交换。该装备为引俄装备，原有的检测仪技术老旧且故障频发，不能满足保障该型飞机遂行各种作战和训练任务的要求，因此急需设计采用新技术且能够完成武器控制系统计算机检测功能的检查仪。

1 机载计算机功能结构

武器控制系统机载计算机由1个中央处理器模块、1个一次性指令模块、3个串行交换模块、2个扩展槽和供电系统等模块构成，机载计算机的所有模块通过系统总线相连。

各外部接口通过机载计算机的整体连接器与相应交换模块连接。系统总线线路配置在机载计算机的配线板上，其功能结构如图1所示。

图1 机载计算机功能结构框图

机载计算机各模块间的信息交换是通过系统总线实现的。系统总线是地址和数据线分开的、异步的。数据位数为32。最大传输能力为40 MB/s。系统总线地址区总容量为16 MB。机载计算机系统总线无仲裁[1]。

2 计算机检测仪功能分析

该型飞机武器控制系统机载计算机检查仪主要用于设备故障或定检时对武器控制系统中机载计算机的输入输出信号进行测试和校验，在分析其维护规程的基础上，机载计算机检测仪需要完成如下功能：

1)为机载计算机提供交流115 V/400 Hz和直流27 V电源，保证机载计算机的正常上电启动和工作的功耗需要；

2)模拟机载计算机的总线负载，实时采集、显示武器控制系统计算机的总线信号，并判断信号输出通道数据通讯的正确性；

3)实时采集、显示机载计算机的27 V模拟量电压信号，并判断给出输入输出线的切断电阻和接通电流的超差结果；

4)实时采集、显示机载计算机的一次性指令信号，并判断给出一次性指令输入线、输出线在有无指令时的供电电压、切断电阻和负载电流的超差结果；

5)实时采集、显示机载计算机的“故障”输出线信号、 “扩展检查”输入线和 “有检测设备的自检”线路，并判断给出在有无信号时的供电电压、切断电阻和负载电流的超差结果；

6)提供检测数据的回放、保存、查询功能。

3 总体结构设计

武器控制系统机载计算机检查仪是一个基于Compact RIO平台[2]和触摸屏式计算机TPC[3]的测量系统，其总体结构如图2所示，两者通过网线连接构成对等的局域网，主要包括硬件和应用软件两部分。

图2 武器控制系统计算机检查仪总体结构

其中，运行时的硬件主要包括Compact RIO系统平台、触摸屏式计算机、显示控制面板和传感器等，开发阶段的硬件还有开发机。应用软件包括测量应用软件和显示应用软件两部分，都是在开发机上编程实现，测量应用软件下载在嵌入式控制器中，显示应用软件下载在触摸屏式计算机中。所有的显示和操作都是通过触摸屏式计算机的触摸屏进行的。

4 硬件设计

4.1 硬件设计原则

根据使用方的要求，采用新技术的基础上，在硬件设计上主要依据下面三条原则：1)能够完成维护规程要求的所有功能，基本不改变操作方法；2)改变面板显示方法，用液晶显示屏显示ARINC429、多路交换、一次性指令、二次电源及设备良好的检测信息；3)不改变安装架、电缆及连接关系。

4.2 技术难点

4.2.1 开关量控制

由于原开关量信号中有直流27 V、交流115 V两种，另外信号是多路的，要求开关量控制模块有不同的耐压值。

通过比较分析，直流27 V开关量控制将采用NI 9485，该模块属于固态继电器，耐压值为直流60 V。原检测设备中需要13路27 V开关量，而9485只有8路并行开关，所以在设计中采用了2块NI 9485控制直流27 V开关量。

交流115 V开关量控制采用NI 9481，该模块属于电磁型继电器，耐压值为250 V。原检测设备中需要10路交流115 V开关量，而9481只有4路并行开关，所以在设计中采用了3块NI 9485控制交流115 V开关量。

4.2.2 被测信号测量

对于被测信号的采集测量将采用9403 IO模块。9403属于TTL电平数字信号采集器，如果要对直流27 V、交流400 Hz 115 V、交流400 Hz 36 V被测量进行采集，就需要将这些被测量进行信号调理、隔离，以满足数字IO接口要求以及设备的安全需求。图3为交流信号调理电路，而直流信号调理电路在此基础上仅去掉整流滤波。

图3 交流信号调理电路

4.3 硬件组成

武器控制系统计算机检查仪的硬件主要由控制模块、测量模块、显示模块和电源模块等4部分组成，如图4所示。

图4 武器控制系统计算机检查仪的硬件组成框图

检查仪可同时对数字量通道、开关量通道和模拟量通道进行检测。其中控制模块包括嵌入式控制器、嵌入式机箱、数字输入模块、数字输出模块和触摸屏的触摸；测量模块包括电流传感器和采集模块；显示模块包括触摸屏式计算机；电源模块包括直流转换模块。控制模块和测量模块构成检查仪的核心部分。

5 软件设计

硬件平台的选择决定了软件开发平台的选择，Compact RIO的硬件平台只能采用NI的配套软件进行匹配开发设计。硬件系统的结构决定了应用软件的架构形式，检查仪的双计算机架构需要两个应用软件的开发和支持。

5.1 软件开发平台的选择

针对不同的硬件，需要相应的软件模块进行开发，检查仪的软件开发平台主要包括LabVIEW开发系统、LabVIEW RT开发环境、LabVIEW FPGA开发环境和LabVIEW触摸屏模块。使用LabVIEW图形化系统设计软件，可在同一个环境中编写人机界面(HMI)和可编程自动化控制器(PAC)，这样可将开发成本降到最小[4]。

5.2 软件开发总体思路

由于硬件系统主要包括Compact RIO和触摸屏式计算机TPC两部分，组成一个对等的局域网，两者分别包含各自的应用软件。根据检查仪研制的不同阶段，软件可分为开发模式阶段和运行模式阶段，具体形态如图5所示，两者的区别是开发模式依赖于开发机，而运行模式脱离于开发机。

图5 检查仪开发模式与运行模式

开发模式是指在检查仪硬件尚未集成时所进行的软件开发或硬件集成后所进行的软件调试、修改维护。在检查仪硬件尚未集成时，提前进行软件框架设计，开展相关技术演练(人机界面、数据采集、输出控制、TCP/IP双机通信、数据模拟、客户端和服务器设置等)和技术难点(检查仪的状态控制等)的攻关；硬件集成后，针对调试中出现的错误进行相应的软件修改和技术改进。开发机分时模拟Compact RIO(触摸屏式计算机TPC)软件与触摸屏式计算机TPC(Compact RIO)进行通信。

运行模式是指检查仪研制最终的形态，Compact RIO和触摸屏式计算机TPC可采用交叉网线对等连接，工作于双机协调模式。

实际的检查仪包括Compact RIO嵌入式系统和触摸屏式计算机，两者之间可采用交叉网线连接进行TCP/IP通信，即前面板无需留有网线接口。开发时，开发机需要与这两者连接进行多次的修改完善，一旦硬件完成后，带来了一定程度的不方便，为此增加一块集线器Hub，在前面板留有与开发机相连的网线接口，避免了拆卸硬件的麻烦，同时不影响运行时的通信。

5.3 测试软件流程设计

自动测试设备软件，是基于NI公司的编程环境LabView-2010。该软件属于G语言，其特点是：图形化编程、条理清晰、结构明了，打包发布后可形成实时运行库，脱离Lab View环境运行，方便用户的使用与升级。

利用LabView2010对NI cDAQ9178进行编程，硬件机箱的驱动主要基于NI公司的MAX软件，利用MAX软件完成配置NI cDAQ9178及其内部所插板卡后，就可以调用相应驱动程序进行相应数据采集与开关控制，测试软件工作流程如图6所示。

图6 测试软件流程图

依据检测维护规程，将每一步的操作步骤以表格形式存放。自动测试开始并同时计数，并依此查询所要输出的控制量。电源组件接收到控制信号量，因其内部编码将延迟一段时间才能有输出，所以软件中必须有等待时间，当达到规定等待时间后，利用9403对被采集的IO量进行采样并存储。

判断检测步骤到达最后一步，将所有的采样与标准值进行对比，从而形成一个检测报告，以文件形式存储至硬盘中，以供用户查阅。最后，将原来系统占有的硬件资源释放，准备下一次的自动测试任务。

6 结束语

该型飞机机载计算机检测仪的设计，难点是如何精确测量和分析各种输入的信号。检测仪的成功设计与实现能够弥补实际维护工作检测仪显示不直观、使用数量不够的矛盾。在技术、使用等方面比较好的适合飞机维护人员的使用习惯，为后续同类型的检测设备的研仿提供了有益的技术支持。

[1] 杨建新，葛银茂，等. 基于Compact RIO的综合鱼雷模拟器设计[J]. 计算机测量与控制，2009，17(9)：1780-1782.

[2] 李小魁，王忠勇. 基于嵌入式操作系统平台下的触摸屏驱动程序的开发与实现[J]. 计算机与数字工程，2009，37(4)：73-76.

[3] 谭延军,聂友伟. 基于LabVIEW 平台的虚拟仪器编程[J]. 微处理机，2013，6：76-78.

[4] 李 斌，马 一. 基于Compact RIO的多路信号采集及处理平台设计[J]. 舰船电子工程， 2013，33(5)：110-111，125.

Design and Realization of a Computer Detecting Instrument for Weapon Control System of a Certain Type of Aircraft

Ouyang Huan, Wang Chaoyong, Han Zhaofu, Li Zifen

(Qingdao Campus， Naval Aeronautical Engineering Institute，Qingdao 266041,China)

A new computer detecting instrument is designed for the weapon control system of a certain type of aircraft, because the old one cannot meet the operational and training needs. The detection technology inside the old one is obsolete, and frequent failures are common. Firstly, the functional requirement of the detector is analyzed based on the functional configuration of the computer and the maintenance regulations for it. Secondly, the overall structure is proposed which is based on Compact RIO platform and touch screen computer. Lastly, the hardware structure and the matching software of the detector are designed. The hardware mainly includes four modules: the control module, the measuring module, the display module and the power-supply module. The tool for software development is LabVIEW. The design process is divided into two phases: the development model and the running model. The detector can accurately measure and analyses the input and output signals of the computer. The detection technology inside it is advanced and results are displayed more directly. The detector can better improve the efficiency of repair guarantee.

weapon control system; computer detecting instrument; Compact RIO platform

2016-07-04；

2016-07-31。

欧阳寰(1970-)，男，江西彭泽人，硕士，副教授，主要从事航空火控专业教学科研及计算机软硬件设计。

1671-4598(2016)12-0103-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.029

TP302.1

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