一款组合接收设备综合测试仪的设计研究

2022-10-12江萍

中国设备工程 2022年19期

关键词：测试仪线程接收机

江萍

（国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241007）

1 前言

组合接收设备属于无线电导航系统，接收地面航向台、下滑台、MLS地面台信号，获得飞机相对于预置航道的航向、下滑偏离偏差信息，并正确引导飞机按预置航向角、下滑角进行飞机精准着陆，组合接收设备正常与否，直接影响飞机是否安全着陆。

为了实现组合接收设备技术性能检测，开展组合接收设备综合测试仪设计研究，并配合仪表模拟器、微波模拟器，实现组合接收设备性能测试，完成组合接收设备状态确认、及时故障排除，恢复产品正常工作状态，提高产品的使用可靠性，具有重要意义。

组合接收设备综合测试仪核心为标准的嵌入式计算机（PC104），根据各模块的工作方式及完成的功能，同时考虑电磁兼容问题，测试仪内部分为电源单元、中央控制单元（包括主板、液晶显示卡、鼠标、键盘、CF卡）、内部接口与控制单元、429总线控制单元、1553B总线控制单元、数据采集处理单元（A/D单元）、模拟信号前端处理单元、总线板、耳机、威图标准机箱等；安装Windows2000操作系统；测试仪为整个测试仪提供一个标准的软硬件支持平台，在此基础上开发测试仪的检测控制程序，完成整个综合测试仪的研制，如图1所示。

图1 组合接收设备综合测试仪原理框图

2 开发环境

综合测试系统采用嵌入式计算机、操作系统采用Windows2000、软件采用C++Builder5.0开发软件。

2.1 多线程编程

综合测试仪系统中同时可用多个应用程序运行，每个应用程序都有唯一的一个主线程，每个应用程序还可启动其它线程，所有的线程共享进程的地址并能访问处理器分成很短的时间片，在每个时间片内只有一个线程在执行，操作系统按一定的优先级轮流执行各线程。

PC104单元作为主控制单元实现整个综合测试仪的协调工作，系统运行时自动建立一个主线。为了提高系统的实时性，在主线程和辅助线程共同作用，完成对被测设备的测试。

2.2 多线程编程实现异步串行通信

利用Windows2000的多线程编程技术，编程创建辅助线程实时监视串口通信状态，并由串口通信监视线程根据通信状态向主线程发射相应的消息，由主线程分析处理。多线程串行通信具有接收数据自主觉察能力，一旦辅助通信监视线程查询到数据已发送到串行口上，辅助线程自动接收数据，并向主线程发送数据接收到的消息，应用程序可根据该消息来处理通信串口传送过来的数据，并采用通信监视线程还不占用CPU时间。

3 组合接收设备综合测试仪硬件设计

3.1 中央控制单元

中央控制单元通过RS232总线通知内部接口控制实现对被测设备的加/断电控制。中央控制单元采用PC104总线与429板通信实现对采用429总线通信的被测产品控制和数据显示。中央控制单元采用PC104总线与1553B板通信实现对采用1553B总线通信的被测产品的控制和数据显示。中央处理单元采用PC104总线实现对A/D板通信实现对被测产品输出模拟量的测试与显示。

3.2 内部控制与控制单元

显控单元采用PC104处理器作为主控制器，所用操作只需用鼠标和键盘就可完成，系统前面板上设置了36个按键，用于组合接收机参数设置，这些按键与标准PC键盘的功能基本上一致，供电电源5V±5%、3A。其所需供电电源为5V±5%、1A。将信息进行识别、判断、分组、打包，发送给总线接口单元，依据相应操作和数据通讯协议，对接口单元进行控制，形成429总线、1553B总线命令，以控制组合接收机工作；同时接收429口、1553B总线回传的组合接收机数据，通过显示器显示。

3.3 1553B总线控制单元

综合测试仪的1553B总线控制单元采用SCP-1553B板卡实现，SCP-1553B是一款基于PC104结构的1553B总线通讯控制模块。模块上集成了智能处理器、双口共享存储器、1553B通信控制器、隔离变压器、程序存储器、译码控制电路、总线耦合器等组成。

1553B总线控制单元是一种智能化、通用化和标准化特征的1553B多了传输总线通信接口模块，该模块采用PC104总线标准，总线的波特率为预置速率。可与PC104总线的主机栈接，提供1553B标准通信接口。

1553B总线控制单元接收工控机下发的数据，形成1553B总线控制命令，以控制组合接收设备的工作；同时接收被测组合接收设备返回1553B数据，经处理后显示在屏显上，完成飞机组合接收设备与综合测试仪间数据交换。

1553B总线控制单元具有上电自检功能，并将自检结果上传并显示。

1553B总线数据编码如图2所示。

图2 1553B数据编码格式

3.4 429总线控制单元

综合测试仪429总线控制单元采用SEM/A429模块实现429总线信号的收发，其内部含有两个数据接收通道和一个数据发送通道。该模块通过16位总线与外部进行数据交换，可通过栈接总线直接与PC104模块连接，为嵌入式系统提供429信号收发功能。429总线控制单元接收工控机指令形成429数据，控制组合接收设备，同时接收组合接收设备输出的429数据，完成组合接收设备与检测仪间429数据处理。

429总线控制单元具有预设定的数据传输速率、奇/偶校验可选择、发送与接收电路完全隔离、可选择重点或查询方式接收数据。

429数据电压波形如图3所示。

图3 电平转换电路图

其中：

3.5 模拟信号前端处理

被测设备输出的模拟信号直流电压高达几十伏，有的只有毫伏级，对这些信号无法送到A/D板直接处理，必须对信号进行电平转换，达到A/D板测试量程范围内，电平转换电路，如图4所示。将超过A/D板测试量程的直流电压进行分压，经数模转换后再由软就按比例还原，电平转换关系为V0=Ra/(Ra+Rb)·VI，对弱信号通过运放进行适当放大，再送A/D板进行处理。

图4 电平转换电路图

3.6 总线板

总线板主要完成电源的加/端电控制、内/外离散量控制转换、内/外429总线控制功能转换、模拟表图的驱动。总线板各功能动作受控于PC104,PC104通过ISA总线以RS232串行通信方式向总线板发送指令，总线板采用单片机及其他店里出来PC104总线信号。总线板框图如图5所示。

图5 总线硬件框图

3.7 数据采集处理单元

主要完成模拟信号转换为数字信号，通过PC104送中央处理单元。综合测试仪是一个具有PC104扩展槽，提供16位AD转换能力。被测组合接收设备输出的模拟信号经过模拟信号前端处理后，转换为AD单元进行处理，通过模拟多路开关、采样保持电路、AD转换等转换为数字信号，通过PC104总线接口传输到计算机进行处理显示。数据采集处理单元原理框图，如图6所示。

图6 AD控制原理框图

4 组合接收设备综合测试仪软件设计

检测仪软件包括显控软件、429总线软件、锁存器软件、1553B总线软件。

显控软件为PC104软件，采用C++Builder5.0编程，以WINDOWS操作系统作为整个检测仪软件的支持平台。主要完成通过采集面板键盘、鼠标的操作，将控制参数（工作波道、模式等）进行采集、汇编，通过串口（COM1）下发给接口单元以规定总线信号控制组合接收机的工作，同时在测试界面上显示组合接收机控制参数；显控单元接收接口单元回传的组合接收机TTL电平信号，将组合接收机的数据显示在测试界面上，以实现组合接收机的检测功能。

主要实现检测仪与ARINC429总线接口和1553B总线接口的双向通信。

429总线软件为单片机软件，以C语言编程，主要完成429总线数据的处理，接收工控机的TTL控制命令，按组合接收机429数据控制协议进行编码，发给429转换电路形成429控制数据A、B。接收回传的塔康429数据，按组合接收机429数据协议解算发给控制机进行显示，和显控软件的通信采用RS232接口进行。

锁存器软件为CPLD软件，以lattice为开发环境，采用VHDL语言编写。主要完成429、1553B总线软件所用单片机的接口扩展功能。

1553B总线软件为单片机软件，以C语言编程，主要完成1553B总线数据的处理，和显控软件的通信采用RS232接口进行。