探究航空电子系统综合检测平台的设计

 探究航空电子系统综合检测平台的设计

孟宪飞 赵泽 程佳

中航工业西安航空计算技术研究所 陕西西安 710076

摘要：航空电子系统是保证飞机完成预定任务达到各项规定性能所需的各种电子设备的总称，是飞机安全性保障的重要前提。航空电子系统平台的设计包括硬件和软件设计两大方面，运用VXI模块、虚拟仪器和人工智能等方式，对平台进行模块化和结构化的设计，增强航空电子系统的综合性能。

关键词：航空电子系统 综合检测 平台设计

航空电子系统主要以强有力的技术保障为核心，以自动化、电子化和数字化的形态存在于整个系统体系中。以往繁琐的仪器检测方式已经不能适应当前飞机快速起飞的要求，这一重大转变无疑给航空电子系统的设计提出了更高的技术要求。VXI智能化检测平台是适应当前系统要求的新型平台，以GPIB和VXI总线为基础研发的专门针对多重机载设备检测的智能化平台。使平台告别了以前的手动繁琐检测方式，取而代之的是自动化、智能化和精确化的检测平台，能够快速准确的找到故障点并进行相关修复。

VXI系统就是将多个模件组合在一个机箱内，简化繁琐的模块结构，轻巧方便。一个接插模件可以集成一种功能，多个模件结合在一起便可以对多种功能进行组合。实现人工智能化的检测平台设计需围绕工控机，在GPIB仪器和VXI模块的基础上展开设计。

一、硬件方面的设计概况

硬件是系统平台物理装置的总称，是平台得以正常运行的物资基础，在航空电子系统检测平台的设计中，其中有两个比较重要的硬件设计需重点讲解，分别是自动测试系统(ATS）和适配器(TUA)。

（一）自动测试系统(ATS)的重要性

自动测试系统(ATS)由6个部分组成，以VXI模块为核心，以GPIB仪器和通用标准测试接口为基础，再配备以主控计算机和电源系统等，将这些部件装置在四个组装箱内，形成一个通用的综合检测平台。为了让检测平台有较强的兼容性和二次开发性，对VXI的几种常见构成方式进行综合评估，最终选择IEE1394总线控制方式最为合适。对被测仪器检测的流程控制由PCI-1394接口卡和PCI-GP-IB接口卡完成，配合PII450工业控制计算机的使用，完成对检测数据的深入分析和智能化处理。在VXI卡式仪器的选择上，为了增加平台检测的灵敏度和准确度，VXI各仪器模块要选用精准度最高的，所涉及的仪器包括0槽控制器模块、多路器、数字表、信号源等。VXI卡式仪器选用13槽机箱的C尺寸即可，型号建议用HP-E1401A。

GP-IB独立仪器也是其中一个重要部件，其中的无线电综合测试仪是综合检测平台必不可少的仪器，所以在精准度上要尽可能选择最高。至于电源系统，需用27V直流电源，中频电源选用115V、400Hz和36V三相400Hz即可。

（二）适配器(TUA)的重要性

适配器可以理解为一个接口的转换器，是检测平台设计必不可少的部分。整个平台的设计要以简单全面为设计理念，有效结合ATS的所有资源，不断优化改进，最终设计出2个可以拆卸的适配器。

通过以上关键硬件的选用，既能满足系统软件的运行环境，还能够轻松应对机动巡检，自动适应一些恶劣环境。这种集成环境在扩展性方面比较灵活，若在后期的使用中，需要增加或者挂靠一些仪器，可以通过扩展仪器校准范围来处理，对其他仪器也有一定的校准作用。现将硬件的组成情况图和航空电子系统综合检测硬件平台原理图分别展示如下：

二、软件方面的设计概况

软件设计就是以系统功能为导向，确定所需的模块功能，并对模块功能的实现进行算法的选择，最终以软件编程的方式得以实现。软件是整个平台的灵魂，只有将软件和硬件进行有效的结合，才能真正实现平台设计的最终目的。软件设计主要包括两大部分，分别是驱动程序设计和应用程序设计。

（一）驱动程序设计对整个设计的重要意义

驱动程序的作用是能够让计算机和设备通信，充当着计算机和设备桥梁的作用。SCPI(Standard Command for Program Instrument)可编程仪器标准命令是专门用来控制仪器的标准命令，要求任何一种消息器件都必须具备解释和执行该命令的一个子集的功能，包括VXI总线的消息器件。SCPI可以对仪器和仪器之间的交换信息进行控制，这种控制可以有效减少自动测试设备(ATE)程序的开发时间，优越性非常明显并且在编程仪器系统中同样适用，几乎可以满足所有的程序标准，后期技术的演变和仪器的增加都可以直接对它添加新的命令，不需要过多的担心兼容性等问题。

1、SCPI拥有较强的兼容性

SCPI适用于不同类型的产品，并在不同类型的产品间实现兼容性，同一种SCPI命令可以在多种不同类型的仪器中使用。比如运用HP54501数字示波仪和HP5335频率计分别测量一个信号频率，SCPI的命令是相同的。

软件的重复使用性是降低测试系统成本的关键所在，所以在选用仪器的通信语言时，要以更新时可重复利用为核心，SCPI满足于这样一种语言要求，对于整个测试系统而言，软件的开发成本占有相当大的比重，要降低成本，选用SCPI是明智的决定，几乎所有的VXI总线仪器均是采用的SCPI。

2、节约了程序开发的成本

采用SCPI在经济的角度上，可以降低整个系统的成本。运用SCPI实现横向兼容、垂直兼容过程比较简单，加上硬件更新和替换只需要用另一个寄存器模块代替即可，这不但使编程更为简单，而且大大缩短了程序开发的周期，节约了成本开销。

3、基于VISA库发送SCPI命令，SCPI命令简单易懂

VISA库用以为Visual Basic、VisualC++等程序设计语言提供访问VXI总线资源的方法。所谓VISA全称是Vitual InstrumentSoftware Architecture（虚拟仪器软件结构），可以理解成输入输出接口软件库。运用VISA库可以让不同生产商的仪器能够有同样的编程接口，它可以向仪器发送SCPI命令。SCPI的可读性比较强，所编写出的程序理解起来非常容易。

4、GP-IB仪器模块驱动程序设计

在GP-IB没有提供VPP规范驱动之前都需要借用VISA接口软件实现对仪器的控制。在程序的实际运用中，VISA函数只需调用SCPI命令便可以完成仪器的控制，以9100产生直流电压为例如下所示：

Dim default RM, vi as Visession

ConstADDRESS=”GP-IB0::INSTR”　//声明一个变量用于获取9100仪器的物理地址

Public Sub VOLTage-dc(ByVal DNPD As String)

Dim DATAAs string

　viopenDefaultRM(defaultRM)　//用以打开系统资源的句柄命令

viopen(defaultRM,ADDRESS,VI NULL, VINULL,vi)　//执行该语句，用以打开仪器

　viclear(vi)　　　//执行该语句，让将系统复位

DATA=”FUNC DC;:VOLT”+”50”+ chr(10)　

//该SCPI程控指令的作用是使9100产生50 V直流电压

ViPrintf(vi,DATA)　//用以向9100输出的SCPI命令

DATA+”OUTPUT:STATON”　//用以打开9100输出的命令

viPrintf(vi,DATA)　//用以打开9100的输出开关

viClose(svi)　//程序末尾需关闭仪器句柄

viClose(defaultRM)　//再关闭系统资源句柄

End Sub  //程序结束

（二）应用程序设计概况

由于整个系统平台所涉及的检定仪器种类较多，各仪器的参数形式多样，在程序设计过程中采用分层模块设计最为合适，顶层设置为主控模块，底层设置为仪器检定模块。两层之间可以相互独立运行，主控程序也可以通过调用仪器检定子程序名来调用仪器检定子程序进程，两层之间可以通过公共的数据库实现数据的交流。

所谓主控程序是指控制检定程序的注册信息，模块管理、数据查询、数据流程控制的程序。仪器检定子程序指用于测试设备检定规程的程序，并且负责打印检定报告。

程序设计中采用两层分开的设计方案好处较多，不但缩短了开发周期，也为后期的程序调试提供了便利，更增强了系统的稳定性。同时加快程序开发的速度，因为顶层和底层之间没有耦合，所以主控程序和检定子程序的开发工作可以同时进行。在对检定子程序进行测试时，可以选用独立的应用程序，所以在开发过程中，可以对各仪器的检定子程序进行单独测试。因为两个模块之间是相互独立的，所以投入运行后，即便是其中一个模块出现问题，也不会对另一个模块造成影响。

检定子程序不但需要对各仪器的流程进行控制，还需要生成测试报告，所以开发时，选用Visual Basic 6.0为软件开发的基础平台，在人工智能控制技术的帮助下，运用ADO技术访问Access数据库，根据指令调用检定仪器的驱动程序，以此完成数据的存储、查询等功能。

三、总结

总而言之，航空电子系统综合检测平台肩负着检测飞机上所有信号的重大责任，对飞机的安全性有至关重要的作用，在检测平台的开发过程中，可以合理运用程序驱动的设计理念，按照检测需求对程序进行改进，让多种功能得以顺利实现。程序设计中采用分层模块化的设计方案，有效降低了平台风险的产生，使程序的二次开发和维护更加便捷，对航空电子系统的综合性能有明显的提升作用。

参考文献：

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