坦克火控系統(tǒng)故障注入設(shè)備控制軟件設(shè)計(jì)

杜斌 張雷

摘要：針對我陸軍在合成化改革后暴露出對裝備保障訓(xùn)練工作建設(shè)不足的問題，提出了一種新型設(shè)備維修訓(xùn)練手段。以坦克火控系統(tǒng)為具體研究對象，采用故障注入技術(shù)，在深入研究火控系統(tǒng)工作原理、構(gòu)造、故障機(jī)理、故障注入等問題基礎(chǔ)上，提出了一種通用型、自動化的故障注入設(shè)備的控制軟件設(shè)計(jì)思路，對于提升火控系統(tǒng)測試水平，促進(jìn)火控系統(tǒng)的部隊(duì)維修保障能力建設(shè)具有十分積極的意義。

關(guān)鍵詞：坦克火控系統(tǒng);故障注入;軟件設(shè)計(jì)

0 引言

坦克火控系統(tǒng)故障注入設(shè)備的主要功能是為坦克火控系統(tǒng)的故障診斷與排除教學(xué)提供平臺，同時(shí)可以作為輔助教學(xué)手段，提高坦克火控專業(yè)維修和保障人員的培訓(xùn)效率。根據(jù)文獻(xiàn)[1]可知，故障注入設(shè)備應(yīng)具備以下功能：（1）火控系統(tǒng)中各類信號采集功能;（2）故障注入功能;（3）數(shù)據(jù)存儲、管理與分析功能。為實(shí)現(xiàn)上述功能，故障注入設(shè)備被劃分為主控單元和中控單元兩大主要組成部分。中控單元用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障生成、故障注入、信號采集與指示功能，為硬件部分;主控單元由上位機(jī)及其控制軟件組成，用于發(fā)出控制信號，令下位機(jī)完成坦克火控系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)參數(shù)以及各測試點(diǎn)的輸出信號采集、故障生成、故障注入，并給用戶提供人機(jī)交互界面，還具備數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫維護(hù)等功能。

1 軟件功能分析

坦克火控系統(tǒng)故障注入設(shè)備控制軟件在設(shè)計(jì)階段需要考慮到：（1）軟件安全性;（2）軟件可移植性;（3）可擴(kuò)展性;（4）易維護(hù)性等。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用3層體系結(jié)構(gòu)，這是較為先進(jìn)的一種軟件設(shè)計(jì)思路[2]。軟件整體體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為展示層、邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。其中，展示層給用戶提供前臺的交互與操作界面;邏輯層即控制軟件中的程序邏輯控制，包括運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞等;訪問層是控制軟件主要完成軟件層面對軟件數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與訪問。

2 軟件方案設(shè)計(jì)

根據(jù)火控系統(tǒng)運(yùn)行特性和開展故障注入試驗(yàn)的相關(guān)要求[3]，坦克火控系統(tǒng)故障注入設(shè)備控制軟件的基本功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：

（1）坦克火控系統(tǒng)運(yùn)行部件故障檢測。通過采集坦克火控系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)信號和運(yùn)行數(shù)據(jù)，開展故障診斷和故障機(jī)理分析?？刂栖浖?yīng)在后端分析、監(jiān)控并判讀坦克火控系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示采集的坦克火控系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)并輔以圖形表示，還能快速保存和回放測試數(shù)據(jù)，最后輸出符合用戶要求的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。

（2）故障注入。構(gòu)建坦克火控系統(tǒng)工作流程數(shù)據(jù)鏈仿真功能，以此模擬坦克火控系統(tǒng)動作指令，同時(shí)控制仿真數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)對故障診斷結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理的交互模擬，完成預(yù)設(shè)故障模式的注入。

（3）數(shù)據(jù)管理。構(gòu)建軟件數(shù)據(jù)庫，滿足每次使用坦克火控系統(tǒng)故障注入設(shè)備開展故障注入試驗(yàn)后的管理、存儲和用戶查詢每次測試數(shù)據(jù)需求，同時(shí)數(shù)據(jù)庫還方便調(diào)用和對比專家?guī)熘械臍v史數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成故障定位、檢測與預(yù)測功能。

（4）通信配置。配置通信接口，設(shè)置參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)控制軟件自檢以及電氣參數(shù)檢查功能，盡可能保證軟件的正常運(yùn)行，預(yù)防和避免事故的發(fā)生及被測對象的損壞。

（5）用戶管理?；谲浖こ趟枷?，設(shè)定不同的用戶權(quán)限，區(qū)分上位機(jī)控制軟件的使用者和開發(fā)者，提高軟件的穩(wěn)定性、安全性，保證上位機(jī)控制軟件的代碼保密性。

（6）軟件幫助。通過文字說明、視頻圖像、音頻播放等方式，提供上位機(jī)控制軟件的操作方法與功能描述，便于用戶學(xué)習(xí)和使用。

3 主程序設(shè)計(jì)

控制軟件主程序基本流程如圖3所示。

（1）初始化。包括軟件初始變量賦值、基本參數(shù)初始化和用戶交互界面的初始化生成。

（2）傳遞技術(shù)狀態(tài)檢測指令至下位機(jī)。上位機(jī)將控制指令通過微控制器下達(dá)至信號采集器，然后信號采集器采集坦克火控系統(tǒng)各部件運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)信號后，再經(jīng)由調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為電平信號，最后采用光電耦合轉(zhuǎn)化，消除模數(shù)轉(zhuǎn)換期間的電磁干擾，最終回傳至微控制器。微控制器經(jīng)CAN總線實(shí)時(shí)將采集到的技術(shù)狀態(tài)信號傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)控制軟件將狀態(tài)信號通過圖形方式在故障注入操作界面直觀顯示給用戶;另外，微控制器將采集到的技術(shù)狀態(tài)信號送入故障注入器，由故障注入器驅(qū)動繼電器陣列物理顯示。

（3）調(diào)整軟件參數(shù)，注入預(yù)設(shè)故障模式。將預(yù)設(shè)故障模式轉(zhuǎn)化為故障注入信號發(fā)送至下位機(jī)，由微控制器驅(qū)動故障注入器進(jìn)行故障注入，然后將故障注入后傳輸線纜航空插頭內(nèi)針腳狀態(tài)信號回傳至控制軟件，軟件分析采集數(shù)據(jù)后判斷當(dāng)前坦克火控系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)，實(shí)施故障隔離，輸出故障檢測結(jié)果。

（4）結(jié)束運(yùn)行條件。直至故障注入試驗(yàn)結(jié)束前可重復(fù)注入故障，當(dāng)不再進(jìn)行注入故障時(shí)，控制程序的主程序結(jié)束運(yùn)行。

控制軟件與下位機(jī)通信流程如下：

（1）在下位機(jī)收到控制軟件發(fā)出的設(shè)置故障操作指令前，該控制軟件均運(yùn)行后臺閑置程序，下位機(jī)即故障注入設(shè)備的硬件部分不發(fā)生動作，也就是不向坦克火控系統(tǒng)系統(tǒng)注入故障。

（2）當(dāng)下位機(jī)接收到控制軟件通過CAN總線傳輸?shù)墓收献⑷氩僮髦噶顣r(shí)，下位機(jī)按控制軟件通信協(xié)議進(jìn)行故障設(shè)置指令的讀取和解析，然后將自身的故障樣本編號和IP地址返回控制軟件進(jìn)行分析，并等待下一個(gè)故障設(shè)置指令的發(fā)出。

（3）在定時(shí)器達(dá)到2/3時(shí)設(shè)置溢出中斷，即每30 ms發(fā)生一次中斷。在控制軟件的“定時(shí)器2/3中斷”函數(shù)中編程，采集并調(diào)整坦克火控系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)信息后，經(jīng)“CANII發(fā)送函數(shù)”傳至上位機(jī)。最后由控制軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對用戶以圖形界面的形式顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

4 結(jié)語

本文提出了坦克火控系統(tǒng)故障注入設(shè)備控制軟件的設(shè)計(jì)思路，為故障注入設(shè)備的實(shí)現(xiàn)以及后續(xù)軟件編程的實(shí)現(xiàn)打好了理論基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 邵思杰，熊偉，曹勇，等.某型自動裝彈機(jī)故障注入系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2018，26（2）：125-128.

[2] 李志宇，黃考利，連光耀.基于測試性設(shè)計(jì)的軟件故障注入研究綜述[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2013（5）：1112-1114.

[3] 李佳亮.故障注入技術(shù)綜述[J].探索科學(xué)，2016（4）：205.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：杜斌（1981—），男，山西五臺人，研究方向：火力與指揮控制。