浅谈一种无线电高度表检查仪的设计

2022-05-18许海

中国设备工程 2022年8期

许海

（国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241007）

某型无线电高度表检查仪的研制是为了适应高新军事技术的飞速发展，研制要求检测系统具有较高的自动化测试能力，提高对产品的测试速度和精度，确保某型无线电高度表各项性能指标均符合要求。该检测仪采用了现代计算机技术、测量技术、软件编程技术，结合现代航空高度表的智能化、综合化测试要求，本着节约经费的原则，提出了无线电高度表测试的新思想、新方法。

1 硬件设计

用计算机来实现高度表性能测试过程控制的系统包括两大部分，即工业控制计算机和被测高度表系统。组成框图见图1。

图1 控制系统组成框图

1.1 工控机

工控机主机系统是高度表检查仪串行和并行数据接收、处理和结果显示的核心。使用工控机控制和数据处理，减小了系统实现的复杂度，使用的元件数量比原俄制无线电高度表检查仪大大减少，提高了系统的可靠性,扩展了系统功能。工控机主机系统主要完成以下几方面的工作：（1）接收无线电高度表输出的并行和串行高度数据及状态信息；（2）分析串行码的状态信息，计算高度值；（3）驱动主显示电路显示高度值和相关状态信息；（4）分析高度表检查仪的工作状态，自动完成部分操作；（5）自检高度表检查仪的主要电路；（6）实时监控高度表发出的各种状态信号；（7）发出各种操作控制信号；（8）通过IEEE-488接口与其他设备交联；（9）检测参数、存储数据和报表打印。

输入输出（I/O）接口在计算机和被测高度表系统之间起着联系和桥梁的作用，它完成以下两个基本功能：（1）输入接口把测试过程的各种参数和执行机构的运行状态，转换成计算机能够识别和接收的信号，并输入计算机，以便计算机进行运算处理。（2）输出接口把计算机根据算术和逻辑运算的结果发出的各种控制指令，转换成操作执行机构的控制信号，以便通过执行机构去控制测试过程。

系统利用IEEE-488接口总线和各类设备专用接口线，将工控机与各个单元有机地连接成一个集控制、采集、处理、显示、打印、数据存储为一体的无线电高度表性能测试综合平台。系统依据测试工艺流程所要求的测试条件,由自制的输出信号调理模块产生相应测试激励信号，被测信号先经过自制的输入信号调理模块的转换，再送至适配器端口进行测量，测试的结果由显示器显示，从而对无线电高度表进行全面的数据处理、性能调整与故障定位分析。

工控机主机处理的状态信息分为三部分，一部分是无线电高度表输出的27V状态信号,该信号的内容包括：“良好”“危险高度信号1”“危险高度信号2”“一次性信号1”“一次性信号2”“一次性信号3”“高度表接通”“高度表准备好”；其次，是由检查仪发出的“发射机接通”“高度表自检”“检查仪接通”“红灯”“白灯”指令的状态；第三种是由32位串行码中分离出来的状态信号有“状态1”“偶数”、“正常”“检查”“标准”“地址”和“截获”等。这些状态信号经工控机主机处理后，在显示屏上显示出来。

1.2 高度表检查仪串行码模拟和串行码接收模块

该组件包括时钟产生电路、模拟32位串行码产生电路、单-双极性变换电路、双-单极性变换电路、串行码时钟和数据恢复电路、延迟电路、串-并行码转换电路、并行码锁存电路、进位和清除脉冲形成电路。无线电高度表输出串行码和模拟串行码的信号方式为图2所示的双极性三电平信号。

图2 32位串行码波形

晶体振荡器输出2MHz的信号，经分频后产生100kHz左右的方波信号，作为模拟串行码产生电路和进位及清除脉冲形成电路的基本时钟。分频器用可编程逻辑器件实现。

模拟32位串行码产生电路由J—K触发器构成的反馈移位寄存器实现，产生码长为36位的周期序列，其中前32位为有效码，后4位为起止码，模拟串行码产生器先输出最低位值。在“量程1”时，32位码的16进制表示为07807807H，模拟高度值为30727.5m；在“量程2”时，模拟高度值为7681.5米。

1.3 模拟脉冲延迟速率/范围单元

该组件电路按照功能可以分为时间延迟电路、控制电路、延迟脉冲形成电路三部分，如图3所示。

图3 模拟脉冲延迟速率/范围单元原理框图

时间延迟电路由扩展器，锯齿波电压产生器和比较器组成。无线电高度表送出的测距同步脉冲经时间延迟电路的扩展电路，将高电平脉冲变换成低电平，控制锯齿波电压产生器工作，锯齿波电压产生器在扩展电路的控制下，产生快锯齿波电压送到幅度比较电路,与从控制电路来的慢锯齿波电压进行比较，在电压相等的瞬间，比较器的输出端产生触发脉冲，而慢锯齿波电压的幅值确定了这个脉冲相对同步脉冲的延迟大小。比较器的输出端产生触发脉冲经整形后，一路加到扩展器，把延迟脉冲进行扩展；而另一路送到输出驱动电路，经变压器T2耦合输出。

在模拟速度变化时，慢锯齿波产生器是一个积分器；在模拟高度范围时，则是一个放大器。

1.4 模拟信号调理单元原理电路

该电路包括交流和直流调理电路、译码选择电路、驱动电路、继电器阵列四部分组成。译码选择电路通过对控制电路输出的六位控制码译码，译码信号经驱动，控制相应的继电器选通，直接或将调理后的一路交流和一路直流信号选择输出到交流和直流测试端。考虑到检测的模拟信号电压范围从上百伏到一伏以下，因此，采用继电器阵列进行信号的选择输出。

1.5 高度表检查仪电源组件

电源组件用27V直流电源供电，由两块DC-DC模块和CW7905组成。DC-DC模块PKA24PIL的输入电压范围为19～35V，输出+5V最大电流为8A，在-40～+85℃环境中可满功率输出。DC-DC模块PKA2323PI的输入电压范围为19～35V，分别输出+12V和-12V，电流可达2A。-12V电压经三端稳压块CW7905稳压输出-5V的电压，-12V和-5V在系统中的最大负载小于0.5A。

2 软件设计

针对检测任务的特点和要求，检测软件要实现以下方面的性能：（1）自动性。在对所有检测项目进行检测时，自动检查项目可以自由选择，在自动检查时，能够在最少人工干预的条件下，连续自动进行条件判断、捕捉信号、控制设备、检测结果、数据处理等工作。（2）交互性。可以提供友好、直观的数据显示形式、方便的控制的界面元素。包括模拟高度指示灯、频率显示、波道显示、功率显示、时间显示、检测数据记录显示等。（3）实时性。在检测高度表的过程中，特别是检查速度模拟、灵敏度等项目时，实时性要求高。（4）可靠性。保证检测结果的可靠性、一致性、有效性是正确检测的前提。整个检测系统中数据的获取应尽量通过标准仪器进行获取，对检测数据要做一定的数据处理，如均值法，最大最小值法等。（5）安全性。包括检测过程中对设备的安全性和检测数据记录、操作权限的安全性。检测过程中，在有可能对设备仪器造成损坏的情况下，要能够自动识别、自动保护。对操作者的使用权限进行注册，并用口令进行保护限制。

2.1 硬件访问方式

本检测系统建立在以PC总线和IEEE488总线为基础的检测平台上，一部分通过IEEE488总线以及GPIB接口将标准通用仪器与工业控制计算机连接起来，控制通用仪器做出相应的操作，或将检测的结果数据送入计算机进行处理和显示；另一部分通过标准数据采集卡进行控制和获取数据。针对GPIB的编程。考虑到本检测系统对硬件访问的复杂度，采用了嵌入汇编程序的方法。这是因为本软件中对硬件的操作止于对端口的读写，而没有DMA、中断等复杂的操作。这样可简化编程难度，增加调试灵活性，降低开发周期与成本。由于操作简单，所以只要地址正确，就可保证访问的安全性。

2.2 软件结构模型

为了提高软件的后期易维护性，可升级性，本软件采用了部分基于DLL（动态链接库）技术的模块化结构：针对各个检测任务的模块，即需要经常完善修改的部分被做成DLL，而相对稳定的界面、数据库等部分则直接做成可执行文件。这样，需要修改检测部分程序时，只需提供相应的修正版本的DLL即可，而不需要重新再进行编译。