基于LabVIEW的飞机座舱照明测控系统开发

岳 敏，黄 娟，周志峰，肖 鹏

（1.上海工程技术大学 机械与汽车工程学院，上海 201620；2.上海工程技术大学 电子电气工程学院，上海 201620）

0 引言

飞机座舱照明系统是航空电子系统的重要组成部分，产品的质量和性能直接影响飞行员的态势感知能力[1]，甚至影响飞行员的人身安全[2]。因此，对飞机座舱照明系统的测试变得尤为重要。目前对座舱照明系统的测试主要采用分类测试，但测试类型单一，测试步骤繁琐、工作量大。

基于Labview的飞机座舱照明测控系统将PXI工控机、多个数据采集卡、适配箱和负载箱全部集成于一体，构建了座舱照明系统仿真试验平台。其主要功能是对飞机座舱照明系统进行仿真测试，包括KZH控制器、CGQ传感器、4路双模式泛光灯等各个元器件的仿真测试。测控系统通过虚拟旋钮和开关来仿真各种测试操作开关，通过检测各个元器件的数字量、模拟量和RS422通讯系统的输入输出信号灯来测试各个元器件[3,4]。该系统突出通用性要求，不仅适用于飞机座舱照明子系统（以下简称“被测试品”）的测试，并向上兼容现有测试的技术要求，为后续新增功能测试需求预留冗余度。

1 系统的组成

基于Labview的飞机座舱照明测控系统主要由以下几大功能部件组成：以PXI工控机为核心的测控系统、适配箱、负载箱和外围输入输出设备。各个功能部件之间采用不同型号接口的航空插头及NI专用电缆连接，具有防插错功能，所有功能部件全部集成到32U标准机柜内。测控系统组成框图如图1所示。

图1 测控系统组成框图

被测试品由3种LRU组成，分别是座舱照明KZH控制器、ZCD泛光灯和CGQ传感器。测控系统不仅可以对系统进行系统联机测试，还可以对KZH控制器进行LRU单独测试。

PXI工控机由机箱、控制器和各类功能板卡构成，基于LabVIEW的飞机座舱照明测控系统人机界面运行在PXI工控机操作系统。

适配箱为测控系统和被测试品之间提供信号调理、转接和电气交联关系，其内部主要包括电压输入信号调理电路、电流输入信号调理电路、电压信号输出调理电路、地/开信号输出电平变换电路、高/开信号输出电平变换电路、系统单测及联测功能切换电路、RS422/485和ARINC429通信信号转接电路。

负载箱为被测试品KZH控制器的驱动输出提供模拟负载。负载箱选用RXG24黄金铝壳功率电阻模拟被测试品的负载。负载箱前面板并为每路负载设置指示灯、计量端子和负载切断开关。

2 硬件设计

2.1 PXI工控机硬件设计

PXI工控机选用美国NI公司的NI PXIe-8840控制器和NI PXIe-1065机箱，该工控机采用4核Intel Core i7-5700EQ，并可扩展18个插槽，每个插槽高达1GB/s的专用带宽和超过3GB/s的系统带宽，可满足系统数据采集需求。

测控系统根据测试需求需具有133路继电器输出信号、42路数字量输入信号、224路模拟量输入信号、21路模拟量输出信号、3路RS422通信和2路RS485通信，并配置12路ARINC429通信。因此，选用2个NI PXIe-2569的继电器开关板卡，1个NI PXI-6509数字输入输出板卡，3个NI PXI-6225模拟量输入板卡，1个NI PXI-6738模拟量输出板卡，1个NI PXI-8431/8 422/485通信板卡和1个PXI429-3U-16 429通信板卡。

2.2 单测和联测功能切换电路

单测KZH控制器时，由测控箱的模拟量输出板卡提供模拟电压给KZH控制器；系统联测时，由CGQ传感器提供模拟电压给KZH控制器，由程控开关实现该处的单测和联测的选择，程控开关由DIO板卡控制继电器开关实现。单测和联测功能切换原理图如图2所示。

图2 单测和联测功能切换原理图

3 数据采集与处理

3.1 数据采集

飞机座舱照明测控系统采用参考地单端(RSE)连续输入信号，通过NI-DAQmx应用程序编程接口采集各个板卡的数据，该接口均适用于本系统所选板卡。NIDAQmx构架具有多线程性，可同时对多个板卡多通道数据进行采集操作，从而大大提高了多操作应用的性能，极大地简化了编程[5]。

飞机座舱照明测控系统数据采集采用生产者-消费者架构[6]。其中，主程序根据人机界面显示内容调用响应的模拟量输入子程序、数字量输入子程序，这些子程序作为数据采集生产者，将采集到的数据入队列，消费者循环中解析并处理从生产者获得的数据，并赋值给相应的显示模块。同时，主程序获取需要发送的数字量和模拟量，推送给相应的数字量输出队列和模拟量输出队列进行数据输出。传感器模拟量输入程序框图如图3所示。

图3 传感器模拟量输入程序框图

3.2 RS422通信

飞机座舱照明测控系统可通过RS422与被测试品进行实时通信，通过通信来测试被测试品的性能。测控系统每100ms循环发送各种通信指令给被测试品，被测试品会反馈相应的数据信息。测控系统while主循环通过VISA接口负责各个指令数据的循环发送[7,8]。串口测试流程图如图4所示。

图4 串口测试流程图

由于反馈数据帧长度各异，各种数据帧长度在60～202字节之间变动，所以为了数据接收的准确性，RS422通信采用生产者-消费者架构，生产者通过VISA接口采集被测试品的数据，消费者对采集的数据进行数据帧和校验，对和校验正确的数据帧进行数据解析并赋值显示。数据帧和校验及解析程序框图如图5所示。

图5 数据帧和校验及解析程序框图

4 测控系统软件设计

基于LabVIEW的飞机座舱照明测控系统运行在Windows 7系统上，测控系统采用图形化编程语言LabVIEW 2015进行开发。测控系统人机界面采用虚拟数字仪表显示各个所测元器件的电压、电流等数据，通过虚拟旋钮和开关来仿真各种测试操作开关。复杂的测试模式采用选项卡专用测试模式，并配以过程提示。测控系统人机界面框架图如图6所示。

图6 测控系统人机界面框架图

测试系统主要由四个功能模块组成：DAQ数据采集、RS422串口通信、系统自检和报表打印模块。各模块及其包含子模块的功能划分如下：

1）DAQ数据采集模块是测试系统的核心部分，实现具体的测试板卡的数据、算法处理和测试流程执行。该模块由CGQ-传感器、ZCD泛光灯、20X导光板、14X信号灯、控制开关和告警灯编码器等界面组成。该模块具有对被测试品进行系统联测、对KZH控制器进行单测的操作控制、数据采集和显示功能。CGQ-传感器测控界面如图7所示。

图7 CGQ-传感器测控界面

2）RS422串口通信模块是通过RS422串口与被测试品进行实时通信，通过发送不同的数据指令，来调控被测试品相应的数值，从而实现对串口通信功能的测试。该模块是由指令发送、数据接收、自检状态及MFL和曲线配置及下载界面组成。RS422串口数据接收界面如图8所示。

图8 RS422串口数据接收界面

系统自检模块是整个测控系统正常工作的保障。系统在上电后执行系统自检，针对各个PXI/PXIe板卡进行检查和测试，及时发现异常情况。如果板块自检不通过，该系统无法进入测控系统检测界面。

报表打印模块主要是在测控系统检测完毕后，对测试结果进行可选择性输出或打印。用户根据具体需求进行测试内容选择和报表格式配置，然后生成所需的报表，报表生成后即可进行打印。

5 系统测试

为了测试飞机座舱照明测控系统的各项功能及测试精度，在某军工企业现场测试某型号的飞机座舱照明子系统（被测试品），现场测试图如图9所示。

图9 现场测试图

根据测控系统的实际测试情况，经过多次测量，并统计所测数据，电压变动范围为0～30V，电压的测量误差与实际值偏差均控制在±0.1V以内，电流变动范围为0～1A，电流的测量误差与实际值偏差均控制在±0.01A以内，且RS422通信稳定、可靠，均达到了测控系统的设计要求。

6 结语

本文开发了一种基于LabVIEW的飞机座舱照明测控系统，并分别介绍了测控系统的硬件和软件设计。经现场系统测试验证，该测控系统运行可靠稳定，人机界面操作方便，通讯系统数据传输可靠稳定、响应快，其功能要求和测试精度均符合设计要求。目前，该测控系统已经投入实际生产，大大提高了飞机座舱照明系统的检测效率，降低了劳动强度，有效提高产品检测的准确性、可靠性和稳定性。