计程仪维修检测调试平台的设计与研究*

李光磊

(海军驻九江地区军事代表室 九江 332007)

计程仪维修检测调试平台的设计与研究*

李光磊

(海军驻九江地区军事代表室 九江 332007)

文章以电磁传感器信号模拟技术和多接口协议自适应技术为核心,针对舰船计程仪维修保养的实际需求,设计了一种计程仪维修检测调试平台,并详细介绍了其设计方案、硬件组成和软件设计,具有良好的军事经济效益。

计程仪; 维修检测平台; 设计

Class Number TN911

1 引言

目前,对于计程仪的维修检测调试,主要的技术手段还是通用仪表加人工经验,存在着效率低下、解决难题能力不足的实际情况[1～3],相关维修检测调试技术的研究深度也普遍不高。针对上述问题,研制一种计程仪维修检测调试平台十分必要,它能显著提高量化分析能力、提升专用配套设备的维修检测调试水平,适应各种维修保障需求[4]。

2 总体方案设计

计程仪维修检测调试平台[5～6]通过结合设备样机,以实际使用航行环境模拟、对外接口仿真等技术为基础,建立逼真的运行环境,合理设置检测位置,满足计程仪维修检测调试需求。计程仪维修、检测、调试的基本过程如图1所示:

图1 维修检测调试基本过程

对于需要维修检测调试的对象(计程仪的部件或整机),输入事先设定的激励信号,然后监测其输出响应,将该响应与理论上的结果相比较,按照规定的要求调整,直至输出响应与理论结果相一致,则维修检测调试工作完成；或者判断该对象是否合格,是否需要返厂维修或报废。其中,激励的发生既可来自本平台的研制部分,也可来自样机自身的软硬件,对响应监测,既可通过本平台的研制部分来获得,也可通过样机上的相应指示来获取。

因此,从总体设计上来看,本平台主要是构筑激励的发生、监测响应结果,同时通过软件系统完成检测的操作、结果显示及数据判断。

3 系统组成与工作原理

维修检测调试平台主要由两大部分组成:测控柜与样机挂架。总体组成方案见图2。

其中,样机挂架主要用来放置被测对象,通过分析A、B、C三型计程仪设备的技术状态,将其对应的主仪器、放大器作为样机的主要部分,以壁挂式方式安装在样机挂架上。除了这些部件的内部连线外,其余连接线缆统一连接到转接盒上,通过转换盒与测控柜相连。对于计程仪的复示器、信息发送装置等部件,在样机挂架上保留其安装位置,并通过转换盒输出测试用线缆接头,完成测试。

测控柜主要用来生成测试激励、监测测试响应、控制工作流程、提供人机接口及测试结果管理。由工业平板电脑、传感器模拟器、转角测试仪[7]、USB/RS422转换器组成。测控柜在工业平板电脑的控制下,通过传感器模拟器提供实际航行时的输出信号模拟,作为样机挂架上放大器的测试激励输入；通过USB/RS422转换器扩展多路RS422,用来模拟计程仪外部数据通讯接口环境、模拟多普勒测速通道(仅对C型计程仪而言)；通过转角测试仪提供DSC接口测试、参考信号生成功能。测控柜的所有信号输出均连接到样机挂架。

维修检测调试平台工作原理说明如下:

放大器维修检测调试:通过在工业平板电脑上设置模拟的航速大小,由传感器模拟器生成该航速下的传感器信号,送入放大器,观测主仪器上所测航速,同时可检测此时放大器关键测试点的信号,完成判断、调整任务；

主仪器维修检测调试:同样设置模拟航速,观测主仪器测速结果,同时通过RS422接口,观测主仪器对外通讯的正确性,修改主仪器参数,操作主仪器完成计程仪全部功能,观测关键点信号,可完成主仪器的判断、调整任务；

复示器维修检测调试:将复示器连接到样机挂架的对应连接器上,在控制柜上设置不同的航速,复示器的数码管应该显示正常,或者复试器的指针指示正确。此时可完成亮度、零位等确认和调整工作,并观察复示器关键点的信号,完成合格性判断、调整任务；

信息发送装置维修检测调试:将各种信息发送装置连接到样机挂架的对应连接器上,在控制柜上设置不同的航速,观察屏幕上各种不同接口显示的航速是否满足要求,观察关键点信号波形,完成合格性判断、调整任务。

4 硬件设计

维修检测调试平台由测控柜与样机挂架等部分组成,在布局上要求两者相邻靠近布局,避免给电信号的传输带来干扰。

1) 工业平板电脑。是测控柜的主要组成部分,安装于测控柜的前面板上,是整个计程仪维修检测调试平台的核心控制部分,用户通过其上的触摸屏完成整个系统的人机交互。该工业平板电脑安装于测控柜的前面板上,通过USB和RS422接口完成对外的数据输入输出。

2) USB/RS422转换器。RS422接口在本平台中得到大量使用,仅仅依靠平板电脑上所带的接口是完全不够的。因此需通过USB/RS422转换器来进行扩展,将该转换器挂接到平板电脑的一路USB口上,就能获得多路RS422的扩充。

3) 转角测试仪。主要检测计程仪信息发送装置中DSC接口的性能,满足对计程仪信息发送装置的3通道同时测试工作。

4) 传感器模拟器。传感器模拟器要求对电磁传感器和压差传感器两者进行模拟。所得结果作为计程仪放大器的测试输入激励。其挂接到工业平板电脑的USB接口上,系统软件通过USB口向传感器模拟器输出所要求的模拟的航速。其原理框图件图3,从图3中可以看出,工业平板电脑通过USB接口将航速信息下发到传感器模拟器,首先由USB接口电路CH372转换后,送到单片机,单片机根据设定的传感器灵敏度将航速换成传感器信号形式。

电磁传感器模拟器[8]将来自放大器的励磁电压,通过模拟线圈(其阻抗特性与实际电磁传感器线圈完全一致),得到励磁电流,该电流经电流互感器隔离变换后,提供给乘法型DAC,在此与单片机转换的航速信号相乘,得到实际航行时电磁传感器的电极输出信号,该信号为一幅度调制正弦波,经适度衰减后,输出与实际航行时电磁传感器电极输出信号一致的电磁传感器模拟信号,供计程仪放大器处理。压差传感器模拟是在单片机得到航速信号后,将其转换为4mA～20mA的电流环路信号,与实际航行时压差传感器完全一致,同样输出信号送各型计程仪的压差测速处理通道处理。

5) 转接盒。将来自测控柜的各路信号进行分发、转换给样机。一方面,各型计程仪的连接器都是高可靠航空插座,来自测控柜的电信号需转换成对应的航空插头才能快捷便利地进行连接；另一方面,同一时间实际上只能对一型计程仪进行维修检测调试。因此,测控柜的信号可以做到分时复用,同一个信号在不同的维修检测调试任务下,连接到不同的样机部件上,依靠计算机自动控制切换。

5 软件设计

计程仪维修检测调试平台的软件[9]主要由运行在工业平板电脑上的主控软件和运行于各单片机上的辅助软件两部分组成。主控软件采用Labview编程,运行在Windows环境下。辅助软件运行在ARM7单片机上,无操作系统支持,采用C语言编程。

计程仪维修检测调试平台软件流程图见图4。其基本过程说明如下:首先,完成测试环境复位,让系统工作的软硬件环境处于一个已知的状态,避免系统上电随机状态带来接口电路的损坏。然后用户通过人机界面完成需测试的对象的选择、测试参数的设置,在屏幕提示下,完成硬件线缆连接工作,做好测试准备。系统在最后要求用户确认软硬件准备工作一切就绪(若未准备好,则用户可再次修改参数设置、线缆连接)的情况下,施加测试激励信号,采集测试响应信号,并判断响应的正确性。

若响应信号正确,则判断测试对象合格,可转入下一个测试任务。若响应不正确,由用户判断是否需要进行调试,若用户判断无需调试,则也判测试对象不合格,完成本次测试。若用户需要调试,则在调试之后(或者边调试边监测测试响应),重复前述过程,直至调试成功或放弃调试。

软件采用模块化[10]设计方法,划分为三个层次:驱动层、中间层、应用层。其中,应用层是直接与用户的测试任务相关的功能层次；中间层则是对测试任务分解后获得的主要功能任务；驱动层则是基于测试过程的激励发生、响应监测而配置的直接数据采集层。

6 结语

本平台立足于灵活的测试过程程控技术,大量选用成熟部件,实现以较小的硬件成本代价,完成复杂繁多的维修任务,较好地解决了计程仪快速维修检测调试难题,维修范围广,维修能力强,具有良好的军事经济效益。

[1] 李海凤.船舶通信与导航[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007.

[2] 许连生,李素丽,王树平. 微机计程仪测速系统设计探讨[J].辽宁工业大学学报(自然科学版),2011(3):150-152.

[3] 华晶,杨乃青.电磁计程仪在船舶中的应用及注意事项[J].黑龙江科技信息,2016(26):156-157.

[4] 赵涛.船用计程仪的发展与现状[J].舰船电子工程,2015(4):19-22.

[5] 吴永明,林育生.某型计程仪发送装置测试系统设计与实现[J].船电技术,2014(6):76-80.

[6] 陈永冰,周岗,李文魁.舰船航迹控制系统运行检测平台的设计与实现[J].海军工程大学学报,2011(4):38-42.

[7] 周自强,马文斌,李木军.转角特性测试仪的数据采集与处理[J].计算机与信息技术,2008(5):27-28.

[8] 王鹏飞,罗君.舰船电磁计程仪传感器的微弱信号检测[J].光电技术应用,2013(2):59-61.

[9] 夏明忠,夏以轩,李兵元.软件模块化设计和模块化管理[J].中国信息界,2012(11):56-59.

[10] 周庆,刘斌,余正伟,等.综合模块化航电软件测试环境研究[J].航空学报,2012(11):722-733.

Design and Research of Log Maintenance Testing Debugging Platform

LI Guanglei

(Navy Military Representative Office in Jiujiang Area, Jiujiang 332007)

In this article, by the signal simulation technology of electromagnetic sensor and the adaptive technology of multi-interface protocol for core, according to the actual demand of maintenance for ship log, a log maintenance testing debugging platform is designed, and the design scheme, composition of hardware and design of software are described in details, the platform would produce a significant military economic benefits.

log, maintenance testing debugging platform, design

2016年10月8日,

2016年11月27日

李光磊,男,硕士研究生,工程师,研究方向:导航、制导与控制。

TN911

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.04.027