馬浩瑀 范啟富 盛強(qiáng)

摘要：以某航空公司無(wú)線電調(diào)諧面板自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的研發(fā)為背景，設(shè)計(jì)出了一種無(wú)線電調(diào)諧面板自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)對(duì)比和研究國(guó)內(nèi)外檢測(cè)平臺(tái)的搭建方法，本文提出了一種基于通用PCI總線技術(shù)為核心，結(jié)合其它USB串行總線、通用串行RS232/485總線、CAN總線及Labwindows/CVI開(kāi)發(fā)軟件等技術(shù)研發(fā)了航空電子設(shè)備綜合自動(dòng)測(cè)平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)及故障定位，將故障信息反饋相關(guān)工作人員處，方便工作人員完成設(shè)備故障狀態(tài)確認(rèn)、故障排查等工作。這對(duì)工作人員完成故障排查及檢修工作帶來(lái)了極大的便利性，提高了人員工作效率，同時(shí)也為航空電子設(shè)備的運(yùn)行提供了良好的保障。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；航空電子；Labwindows/CVI

Overall Design of Radio Tuning Panel Test-Bench

Ma Haolu [1，2]，F(xiàn)an Qifu [1]，Shengqiang [2]，

（1 Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240；2 Eastern Airlines Technic CO.Ltd，Shanghai 200335）

Abstract：Based on the research and development of an airline's radio tuning panel automatic detection platform，a radio tuning panel automatic detection system was designed. After comparing and researching the construction methods of testing platforms at home and abroad，this paper proposes a technology based on universal PCI bus technology，combined with USB serial bus，universal serial RS232/485 bus，CAN bus and Labwindows/CVI development software. The integrated automatic measurement platform of avionics equipment can realize the automatic detection and fault location of the equipment，and feedback the fault information to the relevant staff，which is convenient for the staff to complete the equipment fault status confirmation and troubleshooting. It has brought great convenience to the staff to complete the troubleshooting and overhaul work，which has improved the work efficiency of the personnel and also provided a good guarantee for the operation of the avionics.

Key words：automatic test system；avionics；Labwindows/CVI；

1.引言

先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備推動(dòng)著維修設(shè)備和維修軟件的發(fā)展，航空機(jī)載設(shè)備生產(chǎn)廠家不僅研制出與之相應(yīng)的機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)，而且也推出地面維修檢測(cè)設(shè)備。機(jī)載測(cè)試設(shè)備可在飛機(jī)飛行中進(jìn)行巡回檢測(cè)故障并將故障隔離，同時(shí)接收飛機(jī)上的維修信息。機(jī)載設(shè)備出現(xiàn)較為重大、影響飛機(jī)安全的故障，則必須送到維修基地維修。目前主要的地面維修設(shè)備是自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，應(yīng)用較廣泛的有法國(guó)的AEROSPATIAL 公司推出的ATEC6、美國(guó)HONEYWELL公司推出的STS3000和美國(guó)AVTRON公司生產(chǎn)的 UATSK825B等，基本上都能滿足維修檢測(cè)要求，有的設(shè)備還能進(jìn)行功能擴(kuò)展，增加接口，擴(kuò)大機(jī)載設(shè)備的檢測(cè)范圍[1]。由于起步較晚，目前，我國(guó)在民機(jī) ATE的應(yīng)用上還主要是采取購(gòu)買國(guó)外設(shè)備或租用等方式，在研制領(lǐng)域還處于起步階段。

這些國(guó)外先進(jìn)測(cè)試設(shè)備的價(jià)格相當(dāng)昂貴，一般都需要幾十萬(wàn)美元，有的甚至高達(dá)幾百萬(wàn)美元，大多數(shù)中小航空公司沒(méi)有足夠的購(gòu)買能力[2]。目前國(guó)內(nèi)各航空公司的地面測(cè)試設(shè)備大多仍是比較陳舊的老式常規(guī)設(shè)備，只有少數(shù)幾家骨干航空公司才有經(jīng)濟(jì)實(shí)力購(gòu)買上述先進(jìn)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，但成本十分昂貴。

同時(shí)，我們面臨的不僅僅是有沒(méi)有設(shè)備的問(wèn)題，即使有了先進(jìn)的設(shè)備，其使用費(fèi)用也是相當(dāng)昂貴的。沒(méi)有軟件的自主產(chǎn)權(quán)，除了先期的購(gòu)買軟件，技術(shù)的日新月異還會(huì)要求我們?yōu)檐浖纳?jí)不斷地付出高昂的代價(jià)。

面對(duì)著困難和挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)研制符合我國(guó)國(guó)情并滿足航空公司要求的ATE 設(shè)備已經(jīng)成為勢(shì)在必行、且迫在眉睫的任務(wù)。

無(wú)線電調(diào)諧面板的測(cè)試項(xiàng)目繁多，工作量大，原來(lái)使用自動(dòng)化程度很低的分立式測(cè)試儀器，采用“人工操控各信號(hào)源—控制機(jī)件進(jìn)入各測(cè)試線路—對(duì)輸出進(jìn)行測(cè)試分析”的檢修辦法，存在步驟繁雜、周期長(zhǎng)、效率低、容易出錯(cuò)等問(wèn)題。

本測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能有效地縮短公司無(wú)線電調(diào)諧面板的維修周期，降低維修成本，提高維修可靠性，使無(wú)線電調(diào)諧面板的地面維修工作躍升到一個(gè)新水平。

2.無(wú)線電調(diào)諧面板測(cè)試臺(tái)的要求

測(cè)試功能要求

具備8路符合ARINC-429通訊標(biāo)準(zhǔn)的接收/發(fā)送通道（8 組發(fā)送、8組接收）；支持ARINC429通訊測(cè)試；

具備至少1路RS-232或RS-485/422機(jī)載電子設(shè)備常用串行通信口；支持RS-232/485/422等通用串口通訊測(cè)試；

具備四路電量的檢測(cè)能力，包括兩路交/直流電壓、兩路交/直流電流、交流頻率等參數(shù)檢定；支持提供給UUT的多路電源檢測(cè)；

具備雙通道/200M波形分析存貯功能，滿足飛機(jī)電子設(shè)備所需的波形分析；支持多通道波形分析測(cè)試；

配置4路程控電源，其中三路直流、一路交流，滿足大多數(shù)機(jī)載電子設(shè)備測(cè)試的電源需要；支持提供給UUT的多路電源設(shè)置；

具備高壓脈沖源發(fā)生功能，支持被測(cè)件的閃電測(cè)試需求；

獨(dú)立TUA適配器，運(yùn)行相應(yīng)的TUA軟件，能對(duì)相應(yīng)件號(hào)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試；

預(yù)留至少一路的擴(kuò)展能力，能在以后進(jìn)行擴(kuò)展以適應(yīng)的發(fā)展需要；

支持二次開(kāi)發(fā)（TUA二次開(kāi)發(fā)），能在此平臺(tái)上進(jìn)行絕大部分電子設(shè)備檢測(cè)維修項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)；

測(cè)試大綱分析

系統(tǒng)測(cè)試要求能夠模擬仿真出各種所需的輸入信號(hào)，同時(shí)測(cè)試無(wú)線電調(diào)諧面板得輸出的信號(hào)并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)分析無(wú)線電調(diào)諧面板測(cè)試大綱本課題所涉及的測(cè)試項(xiàng)有下面幾種：

1.板電源測(cè)試；

2.燈光測(cè)試；

3.按鈕測(cè)試；

4.軟件版本確認(rèn)；

5.顯示測(cè)試；

6.傳遞按鈕/緊急頻率命令測(cè)試；

7.非易失性存儲(chǔ)器測(cè)試；

8.8.33kHz間距/HF頻率選擇策測(cè)試；

9.HF寬頻禁用測(cè)試；

10.ARINC 429波形輸出測(cè)試；

11.輸出頻率測(cè)試；

12.緊急電源測(cè)試；

13.無(wú)線電狀態(tài)測(cè)試；

14.CROSSTALK 測(cè)試；

15.數(shù)據(jù)模式測(cè)試；

16.ACARS模式測(cè)試；

17.VHF保護(hù)模式測(cè)試；

18.RTP接收INOP測(cè)試。

通過(guò)分析系統(tǒng)待測(cè)項(xiàng)后，考慮到本系統(tǒng)主要是建立無(wú)線電調(diào)諧面板的故障檢測(cè)平臺(tái)，可以看出該測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量設(shè)備組成需要429分析儀，數(shù)字萬(wàn)用表，差分示波器，429裝配負(fù)載，交流電源，直流電源，資源分配系統(tǒng)等。其中板卡的詳細(xì)選型會(huì)在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與分析實(shí)現(xiàn)中具體介紹，在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，根據(jù)無(wú)線電調(diào)諧面板測(cè)試大綱本課題所涉及的測(cè)試項(xiàng)分析從而確定具體的測(cè)試方案及系統(tǒng)硬件模塊組成，這有助于后續(xù)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜的航空電子部件的測(cè)試平臺(tái)。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

無(wú)線電調(diào)諧面板測(cè)試平臺(tái)的工作原理是使用系統(tǒng)分區(qū)的特定技術(shù)進(jìn)行獨(dú)立的模塊測(cè)試環(huán)境搭建，使得在運(yùn)行相對(duì)應(yīng)的測(cè)試步驟的情況下能夠合理的使用測(cè)試平臺(tái)的資源，對(duì)無(wú)線電調(diào)諧面板的性能指標(biāo)進(jìn)行不同情況的檢測(cè)并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和保存。具體要求是無(wú)線電調(diào)諧面板測(cè)試平臺(tái)能夠根據(jù)測(cè)試大綱對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行電壓、電流和信號(hào)的輸入處理。通過(guò)觀察信號(hào)的輸出情況得出不同的測(cè)試結(jié)論。如果系統(tǒng)運(yùn)行正?；蛘邿o(wú)明顯異常，就按測(cè)試大綱順序進(jìn)行下一步測(cè)試，如果系統(tǒng)判定信號(hào)超出允許范圍，則通過(guò)測(cè)試界面顯示實(shí)際測(cè)試數(shù)值并指出允許范圍給技術(shù)人員進(jìn)行指示。

通過(guò)給無(wú)線電調(diào)諧面板添加模擬信號(hào)、ARINC 429信號(hào)、及開(kāi)關(guān)量信號(hào)，同時(shí)測(cè)試對(duì)應(yīng)的離散信號(hào)、ARINC 429信號(hào)，判斷響應(yīng)信號(hào)與測(cè)試大綱是否一致，從而進(jìn)行故障的排查并且由相關(guān)工作人員做出進(jìn)一步的操作。系統(tǒng)對(duì)數(shù)字信號(hào)采集卡和開(kāi)關(guān)板卡要求較高，總體設(shè)計(jì)前必須要選擇好合適的板卡，而且還要充分考慮到各種測(cè)試信號(hào)的變化和不同情況下的突發(fā)情況。

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

通過(guò)選擇合適的板卡設(shè)計(jì)出信號(hào)放大和調(diào)理電路為無(wú)線電調(diào)諧面板的測(cè)量提供硬件平臺(tái)。該測(cè)試平臺(tái)要能夠同時(shí)完成無(wú)線電調(diào)諧面板中測(cè)試大綱所規(guī)定的各個(gè)功能的檢測(cè)任務(wù)，并且為以后的擴(kuò)展留出空間。

本文采用了主適配器和子適配器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，主適配器將激勵(lì)信號(hào)板卡資源、響應(yīng)各種NI板卡提供的測(cè)試信號(hào)，而子適配器根據(jù)無(wú)線電調(diào)諧面板中的測(cè)試項(xiàng)自主選擇所需要的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，采用這樣的設(shè)計(jì)方法可以使各種NI數(shù)字信號(hào)采集卡的利用率提高，也便于后面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展和升級(jí)。

4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述

測(cè)試平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)總共可以分為輸入、輸出、接口、儀表、顯示器、控制臺(tái)、資源分配箱、TUA適配器、NI板卡等，這些組成部分是測(cè)試平臺(tái)硬件系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

在硬件系統(tǒng)的輸入和輸出方面，測(cè)試平臺(tái)和外部設(shè)備之間的鏈接是由一種特定接口的電纜相連，在工控機(jī)箱中的模塊之間的鏈接是通過(guò)CAN/RS232/RS485總線關(guān)聯(lián)起來(lái)的。這樣便組成了一個(gè)統(tǒng)一的整體，這個(gè)部分是整個(gè)測(cè)試平臺(tái)硬件統(tǒng)的核心[3]。為了支持通用，設(shè)計(jì)的時(shí)候提供了不同種類的接口，從而使數(shù)據(jù)的采集，輸出能夠通過(guò)繼電器板卡進(jìn)行統(tǒng)一鏈接。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，機(jī)箱內(nèi)部的各種不同的板卡是通過(guò)I/O接口進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)則是通過(guò)總線進(jìn)行傳輸?shù)?。在?jīng)過(guò)測(cè)試軟件進(jìn)行統(tǒng)一處理后，最終會(huì)以圖文的樣式給相關(guān)工作人員使用。

本文在安全性方面也進(jìn)行考慮，系統(tǒng)對(duì)輸入和輸出的所有信號(hào)可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于有危險(xiǎn)的信號(hào)可以按照測(cè)試大綱的要求進(jìn)行處理。例如在給系統(tǒng)設(shè)置安全電壓設(shè)置時(shí)，如果測(cè)試平臺(tái)一旦超過(guò)了安全電壓，則硬件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行斷電保護(hù)或者降壓處理等操作，從而確保測(cè)試平臺(tái)電路系統(tǒng)的安全。測(cè)試設(shè)備硬件系統(tǒng)外觀如圖2所示。

硬件系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)是各設(shè)備之間連接的關(guān)鍵部分，通過(guò)接口可以將待測(cè)無(wú)線電調(diào)諧面板與適配器、資源分配箱相連接，適配器與資源分配箱負(fù)責(zé)將機(jī)箱中的板卡資源輸出，上位機(jī)控制程序?qū)C(jī)箱中NI板卡產(chǎn)生的各種模擬量輸出信號(hào)、數(shù)字量輸出信號(hào)添加至待測(cè)無(wú)線電調(diào)諧面板，為待檢測(cè)無(wú)線電調(diào)諧面板進(jìn)行信號(hào)的輸入測(cè)量以完成測(cè)試過(guò)程。

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述

測(cè)試軟件采用NI公司的LabWindowsCVI，它是一個(gè)完全的標(biāo)準(zhǔn)C開(kāi)發(fā)環(huán)境，用于開(kāi)發(fā)虛擬儀器應(yīng)用系統(tǒng)。LabWindows/CVI提供內(nèi)置式函數(shù)庫(kù)用于完成數(shù)據(jù)采集、分析、和顯示任務(wù)；它還提供簡(jiǎn)單的拖放式用戶界面編輯器以及自動(dòng)代碼生成工具。利用這些功能，可以在將代碼加入到某項(xiàng)目之前，先對(duì)其進(jìn)行互動(dòng)式的測(cè)試?？梢岳肔abWindows/CVI定義和建立用戶界面，生成或運(yùn)行ActiveX組件，及開(kāi)發(fā)多線程應(yīng)用[4]。

LabWindows/CVI的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，涵蓋了軍工，電訊，工業(yè)生產(chǎn)和航天等各種行業(yè)。LabWindows/CVI提供了許多實(shí)用的特性，無(wú)需犧牲C代碼的運(yùn)行速度或源代碼可管理性，便能引人注目地改進(jìn)工作效率。同時(shí)LabWindos/CVI功能豐富，界面美觀[5]。

本測(cè)試平臺(tái)軟件系統(tǒng)主要由兩個(gè)層次構(gòu)成，分別是運(yùn)行在底層的核心程序及與使用者緊密聯(lián)系的分區(qū)操作層。底層主要是為上層系統(tǒng)運(yùn)行及相關(guān)操作提供可靠的保障，這包括有各種資源模塊的需求、各種模塊時(shí)間的分配、結(jié)構(gòu)管理等，上層的功能主要是為相關(guān)工作人員和使用者提供各種功能的展示、任務(wù)運(yùn)行的安排、及不同模塊之間的信息傳輸?shù)?，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

軟件開(kāi)發(fā)模式的主要設(shè)計(jì)思想就是在測(cè)試流程與具體儀器控制之間建立測(cè)試引擎，將儀器控制與測(cè)試程序完全隔離，檢測(cè)流程的主控程序不進(jìn)行直接面向儀器的操作，而是面向被測(cè)對(duì)象信號(hào)接口的操作。測(cè)試程序通過(guò)控制儀器的輸入輸出實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能。具體的軟件開(kāi)發(fā)模式主要包括功能層、邏輯層、儀器操作層接口配置文件、接口配置工具 5 個(gè)部分。

6.小結(jié)

本文研究開(kāi)發(fā)的無(wú)線電調(diào)諧面板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在專用測(cè)試儀器的人—機(jī)接口界面的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展成為可以供使用者直觀的選擇各個(gè)不同件號(hào)的專用測(cè)試程序，有選擇的執(zhí)行全部測(cè)試項(xiàng)目或執(zhí)行單個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，并具有選擇故障斷點(diǎn)連續(xù)或停止的測(cè)試功能，提高測(cè)試速度，更易于維護(hù)，同時(shí)，也給無(wú)線電調(diào)諧面板日常的狀態(tài)檢測(cè)和維修工作提供輔助意見(jiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：馬浩瑀，男，上海交通大學(xué)電子信息與電氣電氣工程學(xué)院自動(dòng)化系2016級(jí)工程碩士，中國(guó)東方航空技術(shù)有限公司工程師，職稱助理工程師，研究方向機(jī)電一體化。

范啟富，男，上海交通大學(xué)電子信息與電氣電氣工程學(xué)院自動(dòng)化系教授，航空航天控制與信息處理團(tuán)隊(duì)成員。

盛強(qiáng)，男，中國(guó)東方航空技術(shù)有限公司市場(chǎng)銷售部總經(jīng)理。

（作者單位：1 上海交通大學(xué)；

2 東方航空技術(shù)有限公司）