淺談一種無線電高度表檢查儀的設(shè)計

許海

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

某型無線電高度表檢查儀的研制是為了適應高新軍事技術(shù)的飛速發(fā)展，研制要求檢測系統(tǒng)具有較高的自動化測試能力，提高對產(chǎn)品的測試速度和精度，確保某型無線電高度表各項性能指標均符合要求。該檢測儀采用了現(xiàn)代計算機技術(shù)、測量技術(shù)、軟件編程技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代航空高度表的智能化、綜合化測試要求，本著節(jié)約經(jīng)費的原則，提出了無線電高度表測試的新思想、新方法。

1 硬件設(shè)計

用計算機來實現(xiàn)高度表性能測試過程控制的系統(tǒng)包括兩大部分，即工業(yè)控制計算機和被測高度表系統(tǒng)。組成框圖見圖1。

圖1 控制系統(tǒng)組成框圖

1.1 工控機

工控機主機系統(tǒng)是高度表檢查儀串行和并行數(shù)據(jù)接收、處理和結(jié)果顯示的核心。使用工控機控制和數(shù)據(jù)處理，減小了系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜度，使用的元件數(shù)量比原俄制無線電高度表檢查儀大大減少，提高了系統(tǒng)的可靠性,擴展了系統(tǒng)功能。工控機主機系統(tǒng)主要完成以下幾方面的工作：（1）接收無線電高度表輸出的并行和串行高度數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息；（2）分析串行碼的狀態(tài)信息，計算高度值；（3）驅(qū)動主顯示電路顯示高度值和相關(guān)狀態(tài)信息；（4）分析高度表檢查儀的工作狀態(tài)，自動完成部分操作；（5）自檢高度表檢查儀的主要電路；（6）實時監(jiān)控高度表發(fā)出的各種狀態(tài)信號；（7）發(fā)出各種操作控制信號；（8）通過IEEE-488接口與其他設(shè)備交聯(lián)；（9）檢測參數(shù)、存儲數(shù)據(jù)和報表打印。

輸入輸出（I/O）接口在計算機和被測高度表系統(tǒng)之間起著聯(lián)系和橋梁的作用，它完成以下兩個基本功能：（1）輸入接口把測試過程的各種參數(shù)和執(zhí)行機構(gòu)的運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)換成計算機能夠識別和接收的信號，并輸入計算機，以便計算機進行運算處理。（2）輸出接口把計算機根據(jù)算術(shù)和邏輯運算的結(jié)果發(fā)出的各種控制指令，轉(zhuǎn)換成操作執(zhí)行機構(gòu)的控制信號，以便通過執(zhí)行機構(gòu)去控制測試過程。

系統(tǒng)利用IEEE-488接口總線和各類設(shè)備專用接口線，將工控機與各個單元有機地連接成一個集控制、采集、處理、顯示、打印、數(shù)據(jù)存儲為一體的無線電高度表性能測試綜合平臺。系統(tǒng)依據(jù)測試工藝流程所要求的測試條件,由自制的輸出信號調(diào)理模塊產(chǎn)生相應測試激勵信號，被測信號先經(jīng)過自制的輸入信號調(diào)理模塊的轉(zhuǎn)換，再送至適配器端口進行測量，測試的結(jié)果由顯示器顯示，從而對無線電高度表進行全面的數(shù)據(jù)處理、性能調(diào)整與故障定位分析。

工控機主機處理的狀態(tài)信息分為三部分，一部分是無線電高度表輸出的27V狀態(tài)信號,該信號的內(nèi)容包括：“良好”“危險高度信號1”“危險高度信號2”“一次性信號1”“一次性信號2”“一次性信號3”“高度表接通”“高度表準備好”；其次，是由檢查儀發(fā)出的“發(fā)射機接通”“高度表自檢”“檢查儀接通”“紅燈”“白燈”指令的狀態(tài)；第三種是由32位串行碼中分離出來的狀態(tài)信號有“狀態(tài)1”“偶數(shù)”、“正?！薄皺z查”“標準”“地址”和“截獲”等。這些狀態(tài)信號經(jīng)工控機主機處理后，在顯示屏上顯示出來。

1.2 高度表檢查儀串行碼模擬和串行碼接收模塊

該組件包括時鐘產(chǎn)生電路、模擬32位串行碼產(chǎn)生電路、單-雙極性變換電路、雙-單極性變換電路、串行碼時鐘和數(shù)據(jù)恢復電路、延遲電路、串-并行碼轉(zhuǎn)換電路、并行碼鎖存電路、進位和清除脈沖形成電路。無線電高度表輸出串行碼和模擬串行碼的信號方式為圖2所示的雙極性三電平信號。

圖2 32位串行碼波形

晶體振蕩器輸出2MHz的信號，經(jīng)分頻后產(chǎn)生100kHz左右的方波信號，作為模擬串行碼產(chǎn)生電路和進位及清除脈沖形成電路的基本時鐘。分頻器用可編程邏輯器件實現(xiàn)。

模擬32位串行碼產(chǎn)生電路由J—K觸發(fā)器構(gòu)成的反饋移位寄存器實現(xiàn)，產(chǎn)生碼長為36位的周期序列，其中前32位為有效碼，后4位為起止碼，模擬串行碼產(chǎn)生器先輸出最低位值。在“量程1”時，32位碼的16進制表示為07807807H，模擬高度值為30727.5m；在“量程2”時，模擬高度值為7681.5米。

1.3 模擬脈沖延遲速率/范圍單元

該組件電路按照功能可以分為時間延遲電路、控制電路、延遲脈沖形成電路三部分，如圖3所示。

圖3 模擬脈沖延遲速率/范圍單元原理框圖

時間延遲電路由擴展器，鋸齒波電壓產(chǎn)生器和比較器組成。無線電高度表送出的測距同步脈沖經(jīng)時間延遲電路的擴展電路，將高電平脈沖變換成低電平，控制鋸齒波電壓產(chǎn)生器工作，鋸齒波電壓產(chǎn)生器在擴展電路的控制下，產(chǎn)生快鋸齒波電壓送到幅度比較電路,與從控制電路來的慢鋸齒波電壓進行比較，在電壓相等的瞬間，比較器的輸出端產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，而慢鋸齒波電壓的幅值確定了這個脈沖相對同步脈沖的延遲大小。比較器的輸出端產(chǎn)生觸發(fā)脈沖經(jīng)整形后，一路加到擴展器，把延遲脈沖進行擴展；而另一路送到輸出驅(qū)動電路，經(jīng)變壓器T2耦合輸出。

在模擬速度變化時，慢鋸齒波產(chǎn)生器是一個積分器；在模擬高度范圍時，則是一個放大器。

1.4 模擬信號調(diào)理單元原理電路

該電路包括交流和直流調(diào)理電路、譯碼選擇電路、驅(qū)動電路、繼電器陣列四部分組成。譯碼選擇電路通過對控制電路輸出的六位控制碼譯碼，譯碼信號經(jīng)驅(qū)動，控制相應的繼電器選通，直接或?qū)⒄{(diào)理后的一路交流和一路直流信號選擇輸出到交流和直流測試端?？紤]到檢測的模擬信號電壓范圍從上百伏到一伏以下，因此，采用繼電器陣列進行信號的選擇輸出。

1.5 高度表檢查儀電源組件

電源組件用27V直流電源供電，由兩塊DC-DC模塊和CW7905組成。DC-DC模塊PKA24PIL的輸入電壓范圍為19～35V，輸出+5V最大電流為8A，在-40～+85℃環(huán)境中可滿功率輸出。DC-DC模塊PKA2323PI的輸入電壓范圍為19～35V，分別輸出+12V和-12V，電流可達2A。-12V電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓塊CW7905穩(wěn)壓輸出-5V的電壓，-12V和-5V在系統(tǒng)中的最大負載小于0.5A。

2 軟件設(shè)計

針對檢測任務的特點和要求，檢測軟件要實現(xiàn)以下方面的性能：（1）自動性。在對所有檢測項目進行檢測時，自動檢查項目可以自由選擇，在自動檢查時，能夠在最少人工干預的條件下，連續(xù)自動進行條件判斷、捕捉信號、控制設(shè)備、檢測結(jié)果、數(shù)據(jù)處理等工作。（2）交互性。可以提供友好、直觀的數(shù)據(jù)顯示形式、方便的控制的界面元素。包括模擬高度指示燈、頻率顯示、波道顯示、功率顯示、時間顯示、檢測數(shù)據(jù)記錄顯示等。（3）實時性。在檢測高度表的過程中，特別是檢查速度模擬、靈敏度等項目時，實時性要求高。（4）可靠性。保證檢測結(jié)果的可靠性、一致性、有效性是正確檢測的前提。整個檢測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的獲取應盡量通過標準儀器進行獲取，對檢測數(shù)據(jù)要做一定的數(shù)據(jù)處理，如均值法，最大最小值法等。（5）安全性。包括檢測過程中對設(shè)備的安全性和檢測數(shù)據(jù)記錄、操作權(quán)限的安全性。檢測過程中，在有可能對設(shè)備儀器造成損壞的情況下，要能夠自動識別、自動保護。對操作者的使用權(quán)限進行注冊，并用口令進行保護限制。

2.1 硬件訪問方式

本檢測系統(tǒng)建立在以PC總線和IEEE488總線為基礎(chǔ)的檢測平臺上，一部分通過IEEE488總線以及GPIB接口將標準通用儀器與工業(yè)控制計算機連接起來，控制通用儀器做出相應的操作，或?qū)z測的結(jié)果數(shù)據(jù)送入計算機進行處理和顯示；另一部分通過標準數(shù)據(jù)采集卡進行控制和獲取數(shù)據(jù)。針對GPIB的編程?？紤]到本檢測系統(tǒng)對硬件訪問的復雜度，采用了嵌入?yún)R編程序的方法。這是因為本軟件中對硬件的操作止于對端口的讀寫，而沒有DMA、中斷等復雜的操作。這樣可簡化編程難度，增加調(diào)試靈活性，降低開發(fā)周期與成本。由于操作簡單，所以只要地址正確，就可保證訪問的安全性。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)模型

為了提高軟件的后期易維護性，可升級性，本軟件采用了部分基于DLL（動態(tài)鏈接庫）技術(shù)的模塊化結(jié)構(gòu)：針對各個檢測任務的模塊，即需要經(jīng)常完善修改的部分被做成DLL，而相對穩(wěn)定的界面、數(shù)據(jù)庫等部分則直接做成可執(zhí)行文件。這樣，需要修改檢測部分程序時，只需提供相應的修正版本的DLL即可，而不需要重新再進行編譯。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)語

本方案充分考慮測試的需求以及系統(tǒng)的可擴展性、易操作性、實用性等要求，采用總線化、模塊化的測試技術(shù)組建的自動測試平臺；采用先進的通用測試軟件平臺、測試總線標準等技術(shù)。該方案不僅完成了對某型無線電高度表的性能檢測，并且為某型飛機地面檢測設(shè)備國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)，為我國新型飛機的研制提供了新的思路和方法。