某型引进飞机装有悬挂物管理系统,用于管理和控制所携带的武器和相关悬挂投放装置。接口组件是该型悬挂物管理系统的核心部件,用于悬挂物管理系统计算机与飞机前舱的系统控制机构、发动机防喘系统、起落架终点位置电门和加油管伸出位置终点电门等信息交联,并可完成外挂武器的应急发射(投放)和航炮的应急射击等功能,是系统信息交联的枢纽。对该接口组件的测试由随机配备的测试设备完成,测试步骤需人工逐步操作并判读,测试效率低,且只进行组件的性能测试,故障定位难。因此,为了提高测试效率和故障定位深度,设计了基于工控计算机架构、模块化软件编程和穷举测试法故障定位的接口组件检测仪[1]。

1 被测对象分析

该接口组件实现ARINC429总线信号与开关量信号的相互转换,接口信号包括总线信号、开关量输入信号和开关量输出信号。

总线信号包括: (1)1路ARINC429总线发送信号;
(2)1路ARINC429总线接收信号。
开关量输入信号包括:(1)61路“27 V/OPEN”开关量输入;(2)3路“GND/OPEN”开关量输入;(3)9路“+5 V/GND”开关量输入。
开关量输出信号包括:(1)88路“27 V/OPEN”开关量输出;(2)20路“GND/OPEN”开关量输出;(3)3路“+5 V/GND”开关量输出。

2 总体方案设计

通过对被测对象分析可知,接口组件检测中共涉及111路开关量输入、73路开关量输出和ARINC429总线信号输入输出各1路,开关量输入/输出包含“27 V/OPEN”、“GND/OPEN”和“+5 V/GND”。接口组件的检测原理是:检测仪向接口组件发送“ARINC429总线信号/开关量信号”,同时接收输出的“开关量/ARINC429总线信号”,将接收到的数据与标准值进行比对,进行检测和诊断。

根据接口组件的电气特征和检测仪所要完成的测试任务,对被测对象的属性、输入输出对应关系等进行分析归类,在考虑设备可靠性、维修性及扩展兼容能力的基础上,架构了以工控计算机为控制核心的测试设备,设备总体设计方案如图1所示。


3 硬件设计

测试设备硬件主要由工控计算机、ARINC429总线信号收发板、信号调理板、开关量输入板、开关量输出板和电源模块等组成[2-3]。

3.1 工控计算机

主板采用研祥的FSC-1718VN主板,CPU为Pentium 4,800 MHz主频,配备2条DDR 266/333/400双通道DIMM插槽,可支持最大2 GB系统存储器,1个RJ-45接口,2个SATA IDE接口,4个USB接口以及ISA和PCI总线接口等功能。其电源由主板的电源总线提供。ISA总线和PCI总线构成了主板的控制总线,工控计算机通过控制总线对各个功能板进行控制,完成对被测件的检测。

3.2 ARINC429总线信号收发板

ARINC429总线数据传输是一种串行通信。其数据信息通过一对单向、差分耦合、双绞屏蔽线传输[4]。在传输信息时,ARINC429数据总线的码型为32 bit双极性归零码, 如图2所示,发送的脉冲有三个电平: 高电平(+6.5~ +13 V)、低电平(-13~-6.5 V)、零电平(-2.5~+2.5 V),分别对应逻辑1、逻辑0和本身的时钟脉冲。该板卡的主要功能是在ARINC429总线与PCI总线之间起到桥梁作用,实现ARINC429总线信号与计算机数字信号的相互转换。它既能接收ARINC429总线信号并将其转换为数字信号送入计算机,又能将计算机发出的数字信号转换为ARINC429总线信号输出。


3.3 信号调理板

信号调理板包括输出信号调理模块和输入信号调理模块。输出信号调理模块将开关量输出板输出的12路“27 V/OPEN”信号调理为3路“GND/OPEN”信号和9路“+5 V/GND”信号,输出到接口组件的开关量输入端。输入调理模块接收接口组件开关量输出端的20路“GND/OPEN”和3路“+5 V/GND”开关量信号,并将其调理为23路“27 V/OPEN”信号输出到开关量输入板。图3电路将“+5 V/GND”信号调理为“27 V/OPEN”信号,ULN2803反相驱动器对接口组件输出的“+5 V/GND”信号进行功率放大。


3.4 开关量输入板

开关量输入板(原理框图如图4)用于接收接口组件和信号调理板送来的“27 V/OPEN”开关量,进行电阻分压和电平转换,将“27 V/OPEN”开关量转换为TTL电平(如图5所示),经地址锁存送入计算机进行数据分析。


3.5 开关量输出板

开关量输出板(原理框图如图6)用于向接口组件和信号调理板发送“27 V/OPEN”开关量。继电器驱动电路主要完成73路单刀单掷继电器的驱动,此部分电路采用达林顿管来实现TTL电平到“27 V/OPEN”的转换。


3.6 电源模块

电源模块将输入的220 V/50 Hz交流电源通过线性稳压电路变换为多路直流电源,以供接口组件和检测设备使用。

4 软件设计

检测仪的软件设计是在Windows XP操作系统和VC6.0编程开发环境支持下完成的[5],软件测试流程如图7所示。

接口组件测试分为两个通道分别进行,“总线信号发送-开关量接收”通道测试和“开关量发送-总线信号接收”通道测试。“总线信号发送-开关量接收”通道测试原理是通过测试软件控制ARINC429总线信号收发板发送ARINC429总线信号,经过接口组件的功能变换,ARINC429总线信号转换为开关量,同时,测试软件控制开关量输入板和信号调理板接收开关量数据,将开关量转换为数字信号并送入工控计算机进行故障诊断分析。同理,“开关量发送-总线信号接收”通道测试原理是通过测试软件控制开关量输出板和信号调理板发送开关量数据,经过接口组件的功能变换,开关量转换为ARINC429总线信号,同时,测试软件控制ARINC429总线信号收发板接收总线信号,并送入工控计算机进行故障诊断分析。

该接口组件的功能是实现总线信号与开关量的相互转换,且存在一一对应关系,因此,测试过程中采用穷举测试法[6]进行故障定位。穷举测试法是指在被测电路的输入端输入所有可能的测试码,观察电路输出是否与标准值一致。以“开关量发送-总线信号接收”通道测试为例,可将此通道分为73路独立的测试单元进行穷举测试,若计算机接收的73组总线数据与标准值进行比对均正确,则该测试通道正常;否则,故障可定位到相应的测试单元。如果两个通道均测试正常,则该接口组件工作正常。

实际应用表明:该检测仪设计合理,工作稳定可靠,操作维护方便,所有测试内容均自动完成,无需人工参与,可完成原引进测试仪的所有功能,且故障可定位到独立测试单元,故障定位准确,有效地提高了检测和诊断效率。