基于PC/104的某型火箭控制盒检测仪的设计与实现

2014-08-12沈密娜

河南科技 2014年2期

沈密娜

（海凯迪克航空工程技术有限公司，上海 200443）

0 引言

对于飞机火控系统而言，火箭控制盒是其中一个十分关键的组成部分。要想在飞机飞行的过程中确保安全及稳定性能，那么针对这一配件组成开展相应的检验测量工作是十分必要的。就当前的检测工作开展情况来看，通常所运用的检测设备元器件众多，电路较复杂，实时性较差，数据信息传递稳定性能较差，一部分功能作用无法实际完成，并且因为长时间的操作运用造成设备老化，给检测工作的开展带来一定困扰。当前科学技术水平的提升，在设备检测领域也实现了全新的突破，之前所使用的检测仪器逐渐被先进的智能技术所取代。PC/104 嵌入式计算机系统，以其优良的品质、高可靠性及模块化，已经受到了技术操作者愈发广泛的注重，在检测工作开展的过程中也有了更多的运用，所以借助现在十分常见的嵌入式计算机系统对检测技术加以完善与提升成为摆在眼前的现实性问题。

1 硬件平台构建

1.1 技术指标

火箭控制盒是做用于火箭弹发射过程中的操控的一种设备。一般而言，火箭控制盒在工作开展的时候，所采取的形式有三种。处于三种差异性的工作形势中，火箭控制盒把脉冲电流按顺序传递到电点火具位置处，让火箭弹遵循输出脉冲的顺序完成发射工作，并且在整个发射的过程中，还要将相关的动态信息完整的回馈反映在电子屏幕上。按照火箭控制盒所具备的性能不同，在检测工作中所需要针对的是下面几个问题：

①直流电压：电压的值在0V 到30V 之间，电压值要精确到±0.1V。②直流电流：电流的值在0.1A 到2A 之间，电流值要精确到±0.01A。③离散量：主要指的是12 路离散信号的收集工作和开关量控制信号的产生。④脉冲信号：主要针对频率低于100Hz 的脉冲信号，对其周期及宽度加以测量，数值要精确到±1ms。

1.2 检测系统的组织结构

要想完成对数据信息的收集工作，检测系统的组织结构需要为：PC/104 嵌入式计算机系统、应用软件、数据采集卡、信号调理板、硬件接口、连接电缆以及需要接受检测的对象。这些结构里边，PC/104 嵌入式计算机系统能够给软件的开发平台创造所需的适应条件，火箭控制盒输出检测信号，该信号通过二极管、电阻、电容简单滤波后，其上升沿触发JK 触发器使数据保持与锁存，脉冲信号的低状态经过数据保持与锁存触发器，把两次锁存信号进行门电路操作，就是输出脉冲的脉宽，随后对输出的12个脉冲叠加。由数据采集卡在软件的控制下采集经过调理的信号，再通过状态转换送给PC/104 嵌入式计算机系统加以保存或处理。

图1 检测仪原理框图

1.3 信号调理板

该检测系统中信号调理板需要解决两个方面的信号处理问题：(1)解决模拟量与数据采集板卡之间的电平匹配问题，火箭控制盒的工作电压是27V，而ADT700 数据采集模块能采集到的最大输入电压为5V，因此需要先将工作电压通过信号调理板进行降压，才能实现数据的采集。(2)火箭控制盒的脉冲输出信号是一个非常不规则的信号，电火花与尖峰电压频繁，其有效部分必须进行整形才能被识别。

1.3.1 电平匹配和RC 整形

火箭脉冲的电压幅值是27V，经过分压电阻R2 和R3，信号幅值降为4.5V，不同电容值的C1、C2 和C3 使信号加以抑制或使其急剧衰减，得到相对平滑的波形。当有尖峰电压时，检测端A 的幅值会跳变，二极管D2 和电阻R1 使检测端A 的幅值限制在4.5V。二极管D1 使火箭控制盒的地信号不能输出到检测仪。

图2 电平匹配和RC 滤波电路

1.3.2 脉冲波形保持与锁存

触发器是在输入信号消失以后，能将获得的新状态保存下来。经RC 滤波电路处理后的脉冲波形A，送到JK 触发器进行状态修正。

触发器A 的时钟端CP 接收到脉冲波形A 的上升沿，因为J端置H 高电平，K 端置L 低电平，所以输出端Q 保持为高电平，如图3 状态A 所示。如果脉冲波形A 存在干扰信号，触发器只接收第一个上升沿，并对其状态保持为高电平，这样保证了状态的稳定，不会因为存在干扰信号的原因而改变状态。

触发器B 的复位端R 接收脉冲波形A 的低状态，当有低状态时输出端Q 保持为低电平，如图3 状态B 所示。

状态A 接收上升沿，状态B 接收低电平，但是状态A 与状态B 有时序差，如图3 的时序所示。把两次锁存信号状态A 和状态B 进行逻辑与操作就是输出脉冲的脉宽，如脉冲波形B。

图3 波形保持与锁存

1.4 数据采集卡功能

检测仪的外围硬件选用的是盛博公司的数据采集卡ADT700，通过堆栈与CPU 模块连接。

数据采集卡ADT700 提供了32 路模拟量输入通道，支持双极性的模拟信号输入，采样频率可达100kHz，12 位分辨率，确保了实时信号不间断的采集。通过检测软件对ADT700 数据采集模块的控制，可以在检测画面中对各种信号实时监测，以检测输入的工作电压是否符合精度要求，工作电流是否正常反应了火箭控制盒的工作状况。

2 软件数据采集

2.1 开发软件的选择

在硬件基础确定的条件下，PC/104 嵌入式计算机系统的关键在于选择合适的软件开发。该检测系统选用专门为工程技术人员开发的语言——C 语言，同时运行在DOS 操作系统下。

2.2 人机操作界面

C 语言软件开发平台可以编写方便、直观的图形化操作界面，根据检测界面下方提示，按[ENTER]键，[ESC]键，[↓]键和[↓]键，选择不同的检测项目，就可以完成火箭控制盒的检测任务。

2.3 软件编写

图4 检测仪软件流程图

检测仪的软件设计基于PC/104 嵌入式计算机系统的CPU模块，整个系统软件所选择的是模块化的设计方案，这样一来所有功能就能够更加细致的划分。这样，软件在升级性能问题上就得到有效增强，同时在检测的时候也更为便利。软件是通过C 语言编程方式来实现完成的，软件结构所遵循的是前后台系统的原则，其中主程序属于死循环的框架，借助函数调用以及子程序来完成参数的输送工作。脉冲宽度和周期的测量是采取定时器停止工作的方法来解决的。

系统软件模块包括：主程序、初始化子程序、A/D 转换子程序、火箭脉冲将初始位置信号的条件判读子程序、模拟量采集子程序、火箭弹发射方式子程序、发射状态子程序、离散量采集子程序、中断定时子程序和脉冲宽度与周期测量子程序等。

2.3.1 模拟量的采集

借助观察画面上所显示的信息能够完成对电压与电流的随时掌控，所涉及到的信息获取都是借助ADT700 来完成的。

2.3.2 离散量的采集

当对火箭控制盒进行检测的时候，我们必须要对各个通道的离散信号信息加以收集获取。在这里能够把这一工作环节设立成子函数，然后再相对的通道上就能够完成每一通道信号的获取工作。

2.3.3 脉冲宽度测量

火箭控制盒工作时产生的脉冲宽度以及脉冲周期是其主要性能参数，因此必须检测其是否符合技术要求。在传统检测方法中，我们需要外接示波器来实现脉冲信号的采集，并通过一一比较的方法找出12 路脉冲信号中的最小脉冲宽度。而在该检测仪中我们通过ADT700 数据采集模块和软件来实现这一功能。

在这里我们第一步要做的就是借助选择检测项目，按[ENTER] 键把一组开关量控制信号送达ADT700 的一路DO 端口，这样一来就能够把工作电压连接到火箭控制盒，当接收到该高电平时计数器卡ADT700 开始计时，直到该高电平消失。在计数工作之后把最终数据输送到显示屏处进行显示，就可以知道每一路脉冲的宽度具体值，然后采取比较字函数最小值的方法，就能够获取最终的检测数据。这样能够有效的增加了检测的精度，更提高了工作效率。