張兵，劉向東，曹建平，王玉剛

（1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041；2.海軍北海艦隊航空兵航空儀器計量站，山東青島266041）

某型飛機(jī)航空火箭彈發(fā)控系統(tǒng)檢測儀設(shè)計

張兵1，劉向東2，曹建平1，王玉剛1

（1.海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041；2.海軍北海艦隊航空兵航空儀器計量站，山東青島266041）

在現(xiàn)有的維修基礎(chǔ)之上，改進(jìn)目前使用的航空火箭彈發(fā)控系統(tǒng)檢查儀，進(jìn)一步提高航空火箭彈發(fā)控系統(tǒng)的維護(hù)效率和質(zhì)量。

航空火箭彈；火箭彈發(fā)控系統(tǒng)；單片機(jī)

0 引言

航空火箭彈是一種常用的對地攻擊武器，在我國的各型殲擊機(jī)、殲擊轟炸機(jī)乃至教練機(jī)上都有裝備，且在訓(xùn)練中經(jīng)常使用。隨著實戰(zhàn)化訓(xùn)練、實戰(zhàn)化保障要求的提出，各類型航空軍械裝備的保障工作都面臨著更高的工作標(biāo)準(zhǔn)和更快的工作節(jié)奏要求。設(shè)計開發(fā)了一種低成本、高可靠性、功能完善、便攜式的航空火箭彈發(fā)控系統(tǒng)一線檢測設(shè)備，經(jīng)機(jī)上試用證明，該檢測儀很好地滿足了以上需求。

1 總體設(shè)計

檢測儀的方案設(shè)計考慮了2種總體方案。

（1）使用NATIONAL INSTRUMENTS的PXI總線結(jié)構(gòu)搭建檢測儀，其總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，圖1。

圖1 PXI總線方案結(jié)構(gòu)框圖

目前的PXI技術(shù)已經(jīng)非常成熟、應(yīng)用非常廣泛，硬件模塊和軟件開發(fā)包都比較豐富，具有軟硬件開發(fā)周期短的特點，且功能全面，可以檢測各種高低頻模擬信號、數(shù)字信號，并且具備較為完善的串行總線通信能力和數(shù)字、模擬控制量輸出能力，還具備實時的電流/電壓檢測能力。但缺點是硬件體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成其便攜性差、可靠性不佳；另外，其開發(fā)成本也比較高。因此，不選用這種方案。

（2）采用了STC單片機(jī)控制器的方案，其總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，圖2。

圖2 單片機(jī)控制器方案結(jié)構(gòu)框圖

該方案具有體積小、硬件成本低的優(yōu)點，制作出的檢測儀可以實現(xiàn)小型化，方便外場一線使用。MCU的可靠性也很高，完全可以滿足大電流、強(qiáng)輻射條件的工作。缺點是為了實現(xiàn)小型化，硬件上需要自行設(shè)計電路板，軟件上沒有通用的開發(fā)包，從底層的硬件驅(qū)動，到頂層的應(yīng)用軟件均需要自行開發(fā)，開發(fā)成本比較高和周期比較長。

綜合考慮各方面的因素，最終筆者選用了方案（2），所制作的檢測儀的外觀圖，圖3。

2 硬件設(shè)計

檢測儀的硬件選用3塊STC軍品級MCU作為控制器，分別用于自檢、采樣和輸入輸出的控制。整個系統(tǒng)的硬件由信號隔離調(diào)理電路、采樣電路、I/O電路和自檢電路組成。

2.1 信號隔離調(diào)理電路

信號隔離調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)框圖，圖4。為了確?；鸺龔棽槐灰馔恻c火，設(shè)計了32路運(yùn)放隔離電路，確保檢測儀內(nèi)部的大電流不會竄入火箭發(fā)控電路。

2.2 采樣電路

圖3 檢測儀外觀圖

采樣電路結(jié)構(gòu)框圖，圖5。采樣電路內(nèi)設(shè)1個獨立A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換速率為3 MSa/s），控制32個模擬通道，因此，在最多32通道同時輸入狀態(tài)下仍可保持每通道10 kSa/s的采樣率。外部輸入的模擬信號經(jīng)過通道隔離及信號調(diào)理后，進(jìn)入核心器件A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后存入FIFO中。由于外部輸入為32通道，采樣電路具有單次采樣、單通道掃描、重復(fù)周期掃描、多通道輪詢掃描等多種工作模式，在MCU1內(nèi)設(shè)軟序列發(fā)生器，其功能就是實現(xiàn)這些不同的工作方式，它根據(jù)本次的工作需要，設(shè)置ADC的工作方式，并按照一定的時序切換不同的通道。

2.3 I/O電路

I/O電路原理，圖6。其中，LED驅(qū)動電路使用8050三極管直接驅(qū)動面板上的16個高亮度集成LED燈管，可保證在外場烈日下清晰可見；LCD驅(qū)動電路使用RA8835A驅(qū)動一個寬溫單色LCD點陣屏，使用溫度范圍為-10～70℃；鍵盤驅(qū)動電路采用中斷控制，由MCU2的中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)處理按鍵事件。

2.4 自檢電路

自檢電路使用一個獨立的MCU2，模擬機(jī)上發(fā)控線路產(chǎn)生的脈沖，直接并聯(lián)加載在運(yùn)放隔離調(diào)理電路中，這個模擬信號會通過整個電路。這樣設(shè)計自檢電路的好處是，如果電路中的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，自檢電路都可以發(fā)現(xiàn)。

3 軟件設(shè)計

測試系統(tǒng)的軟件采用KEIL μVision4 C51開發(fā)環(huán)境，配合STC調(diào)試軟件和仿真器進(jìn)行開發(fā)。51系列單片機(jī)的軟件開發(fā)資料比較多，因此本文不做過多的討論，只就本系統(tǒng)中一些自行設(shè)計的比較有特點的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個羅列。

3.1 任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)的核心為一個自行設(shè)計開發(fā)的STC MCU任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)。這個調(diào)度系統(tǒng)可以實現(xiàn)一個小型的時間分片式實時任務(wù)系統(tǒng)的基本功能，它將所有的任務(wù)分為實時任務(wù)和非實時任務(wù)兩大類，分別由實時任務(wù)中斷管理系統(tǒng)和非實時任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理調(diào)度。3個MCU的任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相同。MCU2的任務(wù)管理調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖7。

實時任務(wù)采用中斷的形式調(diào)度運(yùn)行，區(qū)分不同的任務(wù)優(yōu)先級，保證高優(yōu)先級任務(wù)的響應(yīng)時間在需求指標(biāo)范圍內(nèi)；非實時任務(wù)由一個任務(wù)調(diào)度函數(shù)負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)度，采用8051 MCU的通用計時器0方式0進(jìn)行計時。

3.2 系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換

整個軟件系統(tǒng)的工作采用了“基于狀態(tài)”的管理方式，將系統(tǒng)從開機(jī)到關(guān)機(jī)的所有工作狀態(tài)抽象為幾個“模式”，系統(tǒng)的狀態(tài)在各個“模式”之間切換。當(dāng)前系統(tǒng)的“模式”是且只能是一個“模式”，因而進(jìn)一步抽象了系統(tǒng)的邏輯概念。有3個優(yōu)點。

（1）減少了代碼編輯過程中的人為差錯。

（2）提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。

（3）為將來進(jìn)一步擴(kuò)充系統(tǒng)功能提供了空間，如果需要加入新的功能，只需將其作為一種模式加入即可。

系統(tǒng)中MCU2的系統(tǒng)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，圖8。

調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)一定的轉(zhuǎn)換條件將系統(tǒng)的工作狀態(tài)在“等待模式”、“查詢模式”、“內(nèi)檢模式”、“檢完模式”、“自檢模式”5種狀態(tài)之間來回切換，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)工作邏輯的統(tǒng)一控制。

圖4 信號隔離調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖6 I/O電路結(jié)構(gòu)框圖

4 結(jié)束語

筆者設(shè)計制作了某型飛機(jī)航空火箭彈發(fā)控系統(tǒng)檢測儀，重點討論了系統(tǒng)的總體設(shè)計、硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計等方面的問題。在外場的實際應(yīng)用中證明，它能在確保安全的前提下，自動完成多種型號飛機(jī)火箭發(fā)控線路的電性能測試，并給出測試結(jié)論以及故障診斷結(jié)果，很好地滿足了實際工作需要，能明顯地提高機(jī)上火箭發(fā)控線路的測試效率以及維修水平，降低了系統(tǒng)的維護(hù)使用成本。

圖7 MCU2系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換圖

圖8 MCU2系統(tǒng)工作模式轉(zhuǎn)換圖

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〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.53