基于PC104的某型相机操纵器检测系统

赵育良 赵宏强 王淑娟

(海军航空工程学院，青岛 266041)

1 引 言

某型航空相机改型后，作为新型侦察设备的代表，大量采用了计算机控制技术和总线技术，成功与飞机总线数据交联，实现了自动曝光、自动调焦及自动速高比引入等功能，其自动化水平及技术性能指标较传统设备有明显的提升，从信号采集、传输到执行机构的驱动控制都较原相机复杂的多，对日常维护使用的要求也高的多。该型相机操纵器是其重要的核心部件之一，可实现总线数据引入、机身操控及机身信息交互等功能，而原有的相机检测仪无法按维护规程的要求和内容维护相机，使相机的性能参数得不到及时校准，出现故障不容易判断和排除。为了实现该型操纵器的总线数据端口、串口信号及操控信号的检测，研制了该型综合检测设备。

2 系统总体设计

航空相机操纵器主要用于设定相机工作参数，完成相机状态显示，采集操纵人员的操作动作并转换成操纵指令送入相机，并通过总线数据接口板，完成ARINC429及ARINC407总线数据的采集，将时间、经纬度、高度及速度等信息送入相机，并由相机主控系统分发给数据记录系统、自动调焦系统及像移补偿系统等，完成相机的各项工作。本型相机与飞机惯导及大气系统的通讯主要是通过ARINC429和ARINC407总线完成的，与相机机身的通讯则是通过串口差分信号完成的。因此，对操纵器的综合检测，主要涵盖串口端口、总线数据接口及数据显示等内容。基于此，系统以PC104单板机为核心，利用RS232接口结合串口差分数据调理板，实现对操纵器故障信息及指令信号的采集，利用Arinc429-104Plus板及ARINC407总线数据模拟板，实现飞机总线数据模拟，在地面即可实现对操纵器总线数据接口板及端口检测。系统主软件是基于Visual C++平台进行开发的，该软件实现了串口数据的模拟发送与接收(与操纵器及407板)、DI/DO口的驱动及ARINC429数据的发送[1,2]。系统总体设计原理框图如图1所示。

3 接口数据模拟设计与实现

3.1 串口差分数据模拟

为了提高传输距离和抗干扰性能，操纵器利用8031单片机串口经MC3487四路差分后，与相机机身完成通信，因此检测系统需模拟机身的四路差分信号，并设置适当的波特率，才能实现操纵器相关信息的采集。由于单片机RS422标准的TTL电平与PC104工控机的RS232串口电平特性有所差别，为了使之能正常通信，系统采用MAX232芯片进行电平转换，完成电平转换后的RXD、TXD信号，再利用AM26LS31和AM26LS32芯片进行四路差分，并通过操纵器通讯端口送入模拟信号，为了满足与操纵器的通讯时序，系统还利用PC104PL2360A转换卡的I/O端口，给操纵器发送通讯请求信号，串口差分电路原理图如图2所示。

串口数据的模拟是利用MSComm控件设计实现的。MSComm是微软提供的串行通讯编程ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行口收发数据的方法。

MSComm 可通过事件驱动法和查询法实现端口数据通讯。对于事件驱动法，优点是程序响应及时，可靠性高，该方法每当有新字符到达、端口状态改变或发生错误时， OnComm 事件将被触发，应用程序通过检查 MSComm 控件的CommEvent 属性获取信息并采取相应的操作。而查询法则适合于较小的应用程序，每当应用程序执行完某一串行口操作后，将不断查询 MSComm 控件的 CommEvent 属性，以检查执行结果或某一事件是否发生。

系统依据操纵器预设的串行通讯协议，利用上述Setting方法初始化串行通讯参数，结合MSComm提供的相应方法，采用事件驱动法经过握手后实现串行信号的收发，程序流程图如图3所示。

3.2 ARINC429总线数据模拟

ARINC429总线通过双绞屏蔽线传输数据[3～5]，数据采用双极性归零码调制。ARINC429总线有两种传输速率：一种为低速的12.5Kb/s；一种为高速的100Kb/s。所传输的每侦数据由32位组成，字与字之间加上4位零电平静寂间隔时间。因此，每个数据字有32位，它们被分为5组, 如图4所示。

相机系统利用操纵器交联数据接口板与机载惯导设备交联，以记录拍照的经纬度、速度等信息，并通过速率为12.5K的ARINC429总线实现数据采集。为了能够在地面即实现对接口板的测试，检测设备需模拟ARINC429总线数据，并按照相关协议定时向操纵器发送。

系统利用双通道的ZHHK429-PC104-Plus板卡[6]实现对总线数据实现模拟，通过工控机主程序，设置包括经度、纬度等在内的ARINC429数据，通过软件编码后，利用PC104板卡转换成双级归零信号发送至操纵器总线数据接口板。

ZHHK429-PC104-Plus板卡采用的是双通道ARINC429数据发送和接收卡[7]，其硬件结构如图5所示，板卡采用PC104-Plus接口，提供标准的DLL，支持多语言开发平台。板卡使用前，需要通过跳线手动配置基地址。

ZHHK429-PC104-Plus板卡驱动程序提供了丰富的接口函数，涵盖了ARINC429所有的基本操作。在软件的开发过程中，需引用ARINC429.dll及相应的头文件ARINC429.h。通过提供的ARINC429_Open、ARINC429_Reset、RX_Configure、TX_Configure等函数实现总线数据的模拟发送，程序流程图如图6所示。

3.3 ARINC407总线数据模拟

飞机上装备的AZ-242大气数据计算机输出的气压高度信号所采用的是自整角机信号，输出三线同步器模拟量，自整角机将机械角位移转换成电信号，转换精度高，工作稳定可靠。相机系统正是利用操纵器的总线数据接口板得到ARINC407三线同步信号，从而获取高度数据。检测系统设计了专用的ARINC407总线数据接口板，并利用上述串口将预设高度数据传输至接口板。接口板则通过AT89C51单片机，利用74HC373锁存输入12数字量，采用12SZZ数字/自整角机转换器输出三线同步器旋变信号表示气压高度，即满量程为4096，对应高度135 000英尺，相当1个量化值对应10.04m。ARINC407总线数据模拟电路原理如图7所示。

4 上位机软件功能实现

上位机软件是通过VC++实现的，软件驱动相关板卡模拟机载惯导及大气机总线数据，送入操纵器总线数据交联端口，通过串行端口并进行养分，完成数据的收发，主程序还实现测试功能的引导及数据解析功能。用户检查检测电缆连接正确并开机进入主界面，如图8左图所示，通过功能选择开关选择测试方式，即进入操纵器检测参数设置对话框，如图8右图所示，用户分别在检测端及操纵器端设置相应参数后，按下【开始检测】按钮，完成检测，系统自动弹出检测结果，如图9所示。

5 系统测试

利用该综合检测系统对某型相机操纵器进行通电检测，检测内容主要包括以下几点：

(1)操纵器设置状态参数，检测设备利用串口差分信号接收；

(2)利用检测设备模拟两类航空总线数据，操纵器通过接口板接收后，通过串口送至检测设备；

(3)利用PC104PL2360A转换卡的I/O端口，采集操纵器的按键信息，检测操纵器按键是否有效；

(4)检测设备向操纵器模拟发送相机状态，利用操纵器显示面板观察状态显示。

综合检测系统对两部操纵器进行了检测，完成上述四项检测的同时，成功检测出其中一台的ARINC429总线数据接口故障。经测试，检测设备可靠、有效。

6 结束语

利用该系统对某型相机操纵器进行了通电检测实验，结果证明，该检测设备仿真的总线数据准确，可实现对操纵系统机载总线数据接口状态的实时检测，并可利用串口实现系统状态信息收集，监控诊断操纵器状态，按维护规程要求实现对操纵器性能的全面检测，满足设计要求。

[1] 赵育良，张国栋. 基于ARINC429总线的某型CCD航空相机总线数据接口板[J]. 兵工自动化，2008.27(8).

[2] 范秀英，范鹏飞，谷峰等. 基于ARINC429总线接口卡的航空相机综合控制系统[J]. 兵工自动化，2010,1(1).

[3] 刘晓剑. ARINC429总线数据收发装置研究[D]. 西安：西北工业大学，2004.

[4] 支超有. 机载数据总线技术及其应用 [M]. 北京 : 国防工业出版社，2009.

[5] ARINC Specification 429. Digital Information Transfer System[S]. America: ARINC，1991：52～80.

[6] ZHHK429-PC104-Plus用户使用手册[S]. 陕西正鸿航科有限公司，2015.

[7] 廖治宇. 通用ARINC429总线分析测试仪的软件设计[D]. 电子科技大学，2013.