馬浩瑀 范啟富 盛強(qiáng)

摘要：以某航空公司無線電調(diào)諧面板自動檢測平臺的研發(fā)為背景，設(shè)計出了一種無線電調(diào)諧面板自動檢測系統(tǒng)。經(jīng)過對比和研究國內(nèi)外檢測平臺的搭建方法，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開發(fā)軟件等技術(shù)研發(fā)了航空電子設(shè)備綜合自動測平臺，該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自動檢測及故障定位，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。這對工作人員完成故障排查及檢修工作帶來了極大的便利性，提高了人員工作效率，同時也為航空電子設(shè)備的運(yùn)行提供了良好的保障。

關(guān)鍵詞：自動測試系統(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)載測試系統(tǒng)，而且也推出地面維修檢測設(shè)備。機(jī)載測試設(shè)備可在飛機(jī)飛行中進(jìn)行巡回檢測故障并將故障隔離，同時接收飛機(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)備是自動測試設(shè)備，應(yīng)用較廣泛的有法國的AEROSPATIAL 公司推出的ATEC6、美國HONEYWELL公司推出的STS3000和美國AVTRON公司生產(chǎn)的 UATSK825B等，基本上都能滿足維修檢測要求，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)備的檢測范圍[1]。由于起步較晚，目前，我國在民機(jī) ATE的應(yīng)用上還主要是采取購買國外設(shè)備或租用等方式，在研制領(lǐng)域還處于起步階段。

這些國外先進(jìn)測試設(shè)備的價格相當(dāng)昂貴，一般都需要幾十萬美元，有的甚至高達(dá)幾百萬美元，大多數(shù)中小航空公司沒有足夠的購買能力[2]。目前國內(nèi)各航空公司的地面測試設(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)實力購買上述先進(jìn)的自動測試設(shè)備，但成本十分昂貴。

同時，我們面臨的不僅僅是有沒有設(shè)備的問題，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。沒有軟件的自主產(chǎn)權(quán)，除了先期的購買軟件，技術(shù)的日新月異還會要求我們?yōu)檐浖纳壊粩嗟馗冻龈甙旱拇鷥r。

面對著困難和挑戰(zhàn)，開發(fā)研制符合我國國情并滿足航空公司要求的ATE 設(shè)備已經(jīng)成為勢在必行、且迫在眉睫的任務(wù)。

無線電調(diào)諧面板的測試項目繁多，工作量大，原來使用自動化程度很低的分立式測試儀器，采用“人工操控各信號源—控制機(jī)件進(jìn)入各測試線路—對輸出進(jìn)行測試分析”的檢修辦法，存在步驟繁雜、周期長、效率低、容易出錯等問題。

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

2.無線電調(diào)諧面板測試臺的要求

測試功能要求

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等通用串口通訊測試；

具備四路電量的檢測能力，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；

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，支持被測件的閃電測試需求；

獨(dú)立TUA適配器，運(yùn)行相應(yīng)的TUA軟件，能對相應(yīng)件號進(jìn)行自動測試；

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；

支持二次開發(fā)（TUA二次開發(fā)），能在此平臺上進(jìn)行絕大部分電子設(shè)備檢測維修項目的開發(fā)；

測試大綱分析

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

1.板電源測試；

2.燈光測試；

3.按鈕測試；

4.軟件版本確認(rèn)；

5.顯示測試；

6.傳遞按鈕/緊急頻率命令測試；

7.非易失性存儲器測試；

8.8.33kHz間距/HF頻率選擇策測試；

9.HF寬頻禁用測試；

10.ARINC 429波形輸出測試；

11.輸出頻率測試；

12.緊急電源測試；

13.無線電狀態(tài)測試；

14.CROSSTALK 測試；

15.數(shù)據(jù)模式測試；

16.ACARS模式測試；

17.VHF保護(hù)模式測試；

18.RTP接收INOP測試。

通過分析系統(tǒng)待測項后，考慮到本系統(tǒng)主要是建立無線電調(diào)諧面板的故障檢測平臺，可以看出該測試平臺的測量設(shè)備組成需要429分析儀，數(shù)字萬用表，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)選型會在系統(tǒng)的硬件設(shè)計與分析實現(xiàn)中具體介紹，在系統(tǒng)的總體設(shè)計中，根據(jù)無線電調(diào)諧面板測試大綱本課題所涉及的測試項分析從而確定具體的測試方案及系統(tǒng)硬件模塊組成，這有助于后續(xù)設(shè)計更為復(fù)雜的航空電子部件的測試平臺。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計方案

無線電調(diào)諧面板測試平臺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)立的模塊測試環(huán)境搭建，使得在運(yùn)行相對應(yīng)的測試步驟的情況下能夠合理的使用測試平臺的資源，對無線電調(diào)諧面板的性能指標(biāo)進(jìn)行不同情況的檢測并將測試結(jié)果進(jìn)行存儲和保存。具體要求是無線電調(diào)諧面板測試平臺能夠根據(jù)測試大綱對被測設(shè)備進(jìn)行電壓、電流和信號的輸入處理。通過觀察信號的輸出情況得出不同的測試結(jié)論。如果系統(tǒng)運(yùn)行正?；蛘邿o明顯異常，就按測試大綱順序進(jìn)行下一步測試，如果系統(tǒng)判定信號超出允許范圍，則通過測試界面顯示實際測試數(shù)值并指出允許范圍給技術(shù)人員進(jìn)行指示。

通過給無線電調(diào)諧面板添加模擬信號、ARINC 429信號、及開關(guān)量信號，同時測試對應(yīng)的離散信號、ARINC 429信號，判斷響應(yīng)信號與測試大綱是否一致，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)對數(shù)字信號采集卡和開關(guān)板卡要求較高，總體設(shè)計前必須要選擇好合適的板卡，而且還要充分考慮到各種測試信號的變化和不同情況下的突發(fā)情況。

系統(tǒng)的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)

通過選擇合適的板卡設(shè)計出信號放大和調(diào)理電路為無線電調(diào)諧面板的測量提供硬件平臺。該測試平臺要能夠同時完成無線電調(diào)諧面板中測試大綱所規(guī)定的各個功能的檢測任務(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)計結(jié)構(gòu)，主適配器將激勵信號板卡資源、響應(yīng)各種NI板卡提供的測試信號，而子適配器根據(jù)無線電調(diào)諧面板中的測試項自主選擇所需要的信號進(jìn)行檢測，采用這樣的設(shè)計方法可以使各種NI數(shù)字信號采集卡的利用率提高，也便于后面對系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展和升級。

4.系統(tǒng)硬件設(shè)計概述

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

在硬件系統(tǒng)的輸入和輸出方面，測試平臺和外部設(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CAN/RS232/RS485總線關(guān)聯(lián)起來的。這樣便組成了一個統(tǒng)一的整體，這個部分是整個測試平臺硬件統(tǒng)的核心[3]。為了支持通用，設(shè)計的時候提供了不同種類的接口，從而使數(shù)據(jù)的采集，輸出能夠通過繼電器板卡進(jìn)行統(tǒng)一鏈接。在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，機(jī)箱內(nèi)部的各種不同的板卡是通過I/O接口進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)則是通過總線進(jìn)行傳輸?shù)?。在?jīng)過測試軟件進(jìn)行統(tǒng)一處理后，最終會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)對輸入和輸出的所有信號可以進(jìn)行監(jiān)測，對于有危險的信號可以按照測試大綱的要求進(jìn)行處理。例如在給系統(tǒng)設(shè)置安全電壓設(shè)置時，如果測試平臺一旦超過了安全電壓，則硬件系統(tǒng)會自動進(jìn)行斷電保護(hù)或者降壓處理等操作，從而確保測試平臺電路系統(tǒng)的安全。測試設(shè)備硬件系統(tǒng)外觀如圖2所示。

硬件系統(tǒng)的接口設(shè)計是各設(shè)備之間連接的關(guān)鍵部分，通過接口可以將待測無線電調(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、數(shù)字量輸出信號添加至待測無線電調(diào)諧面板，為待檢測無線電調(diào)諧面板進(jìn)行信號的輸入測量以完成測試過程。

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計概述

測試軟件采用NI公司的LabWindowsCVI，它是一個完全的標(biāo)準(zhǔn)C開發(fā)環(huán)境，用于開發(fā)虛擬儀器應(yīng)用系統(tǒng)。LabWindows/CVI提供內(nèi)置式函數(shù)庫用于完成數(shù)據(jù)采集、分析、和顯示任務(wù)；它還提供簡單的拖放式用戶界面編輯器以及自動代碼生成工具。利用這些功能，可以在將代碼加入到某項目之前，先對其進(jìn)行互動式的測試?？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提供了許多實用的特性，無需犧牲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LabWindos/CVI功能豐富，界面美觀[5]。

本測試平臺軟件系統(tǒng)主要由兩個層次構(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。

軟件開發(fā)模式的主要設(shè)計思想就是在測試流程與具體儀器控制之間建立測試引擎，將儀器控制與測試程序完全隔離，檢測流程的主控程序不進(jìn)行直接面向儀器的操作，而是面向被測對象信號接口的操作。測試程序通過控制儀器的輸入輸出實現(xiàn)測試功能。具體的軟件開發(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 個部分。

6.小結(jié)

本文研究開發(fā)的無線電調(diào)諧面板自動測試系統(tǒng)在專用測試儀器的人—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不同件號的專用測試程序，有選擇的執(zhí)行全部測試項目或執(zhí)行單個測試項目，并具有選擇故障斷點(diǎn)連續(xù)或停止的測試功能，提高測試速度，更易于維護(hù)，同時，也給無線電調(diào)諧面板日常的狀態(tài)檢測和維修工作提供輔助意見。

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作者簡介：馬浩瑀，男，上海交通大學(xué)電子信息與電氣電氣工程學(xué)院自動化系2016級工程碩士，中國東方航空技術(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)院自動化系教授，航空航天控制與信息處理團(tuán)隊成員。

盛強(qiáng)，男，中國東方航空技術(shù)有限公司市場銷售部總經(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）