作為當(dāng)前航空航天電子設(shè)備首選的數(shù)據(jù)總線, 1553B 總線電纜網(wǎng)絡(luò)的可靠性直接影響到整個系統(tǒng)的正常運行,總線故障甚至?xí)斐呻y以估計的損失,因此電纜網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)加工、系統(tǒng)組裝前、使用維護
等各環(huán)節(jié)的檢測是對使用1553B總線的整個系統(tǒng)可靠性的最基本的保障。
1 需求分析
傳統(tǒng)的1553B電纜網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的全面測試,包含了靜態(tài)電氣性能測試、動態(tài)信號波形測試,需要用到萬用表、特性阻抗分析儀、示波器、信號發(fā)生器、絕緣耐壓測試儀等設(shè)備,整個測試過程十分繁瑣
,對測試人員要求高,耗時相當(dāng)長,效率極低。一種高度集成化的電纜測試系統(tǒng),是集成了上述儀器儀表功能的智能化測試系統(tǒng),整個過程全自動完成,無須人工干預(yù),最終形成詳細(xì)的測試分析報告,可大
大提高測試效和可靠性。
2 總體設(shè)計方案
為能夠適應(yīng)內(nèi)場和外場的測試場地以及運輸?shù)姆奖?,本系統(tǒng)采用一體化便攜型機箱結(jié)構(gòu),系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主控制處理單元,1553B總線測試專用單元,測量采集模塊,測試接口
單元。
主控單元采用嵌入式平板電腦,其豐富的外設(shè)可滿足擴展各個系統(tǒng)模塊的要求,可安裝Windows XP操作系統(tǒng)。1553B總線測試專用單元基于FPGA設(shè)計,主板控制處理器、網(wǎng)絡(luò)測試用的1553B總線控制
器全部集成在FPGA內(nèi)部,集成度高,體積小,達到便攜式設(shè)計要求,實現(xiàn)信號激勵源以及1553B協(xié)議通訊等。數(shù)據(jù)采集模塊采用基于USB計,負(fù)責(zé)對總線上的數(shù)據(jù)信號的采集和對總線物理性能測量等,傳
輸?shù)街骺貑卧M行分析處理。測試接口單元能實現(xiàn)被測網(wǎng)絡(luò)接入的的繼電器矩陣模塊,是線纜與總線測試專用單元的橋梁。
2 硬件設(shè)計
2.1 主控單元
主控單元采用的是嵌入式工業(yè)級平板計算機,搭載觸摸液晶顯示屏,可安裝Windows XP操作系統(tǒng)系統(tǒng),具有多個USB、RS232、WLAN接口,為設(shè)計友好的人機交互界面提供了條件。
2.2 測量采集單元
測量采集單元選用的是基于USB接口的測量采集模塊,其中內(nèi)部已固定嵌入USB型的數(shù)字示波器和USB型數(shù)字萬用表模塊,外部可根據(jù)需求擴展USB型或串口型通訊的測試設(shè)備,例如絕緣電阻測試儀、
介質(zhì)耐壓測試儀等。其中數(shù)字示波器具有以下性能,帶寬200MHz,采樣速率高達1 GS/s;支持2通道輸入;存儲深度為32Mpts;垂直分辨率8位 ;緊湊的便攜式結(jié)構(gòu);最大輸入CAT 130Vrms, 42Vpk。
數(shù)字萬用表具有以下性能,分辨率位數(shù)為6為半, 2線或4線的電阻測量,測量范圍位0-10MΩ。
2.3 總線測試單元
總線測試單元是基于FPGA設(shè)計,其主板的原理框圖如圖2所示??偩€測試單元主板搭載的核心是一款大容量的FPGA,其中內(nèi)嵌歐比特公司的高可靠嵌入式處理器S698 IP核作為主控SOC,同時內(nèi)部集
成了電纜網(wǎng)絡(luò)測試和終端設(shè)備功能測試用的1553B總線控制器,配合外圍接口模塊,實現(xiàn)了USB 接口、RS232接口 、1553B 電纜網(wǎng)絡(luò)測試控制模塊以及1553B 終端設(shè)備控制模塊的功能。其 S698 IP
核是一款可裁減的基于AMBA總線架構(gòu)的內(nèi)核,帶有豐富的外設(shè),特點如下:
● 帶 IU/FPU 單元,支持 5級流水;
● 帶有內(nèi)存控制器,可以外接SRAM /PROM/SDRAM;
● 帶有中斷控制器;
● 帶有 2 個 UART 串口;
● 帶有 2 個內(nèi)部定時器;
● 帶有 GPIO 接口;
1553B總線控制器 IP核是歐比特公司專 門為航空、航天測控網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備開發(fā)的符合MIL -STD -1553B協(xié)議的總線控制器模塊。該模塊內(nèi)部實現(xiàn)了1553B總線協(xié)議處理器和總線數(shù)據(jù)收發(fā)器,可以完
成總線控制器、遠(yuǎn)程終端和總線監(jiān)視器三種總線設(shè)備的功能。此處使用的1553B內(nèi)核是集成了2個OBT1553B的功能,從而實現(xiàn)具有獨立兩路1553B功能的總線控制器。同時內(nèi)核內(nèi)置了32K X 16Bit靜態(tài)存儲
器,靜態(tài)存儲器容量可根據(jù)需要修改。
2.3 測試接口單元
測試接口單元是以繼電器為基礎(chǔ),基于RS232通訊的鏈路切換矩陣,由于測試功能及測試鏈路多,因此采用了I/O口資源多的FPGA作為主控芯片,其繼電器矩陣如圖3所示。
為保證信號質(zhì)量本單元設(shè)計中,選用的是磁保持繼電器,在匹配阻抗的同時兼顧了絕緣耐壓測試所需的安全距離使整個系統(tǒng)自身直流1000V絕緣電阻達到100MΩ以上,交流500V漏電流小于0.02mA。
3 軟件設(shè)計
為保證軟件的可靠行、可擴展性以及維護方便,本軟件采用設(shè)計增量模型進行軟件工程的開發(fā),在明確需求后將各個構(gòu)件模塊是逐漸并入已有的軟件體系結(jié)構(gòu)中。其中系統(tǒng)軟件主要包含用戶管理模塊、
參數(shù)配置模塊、功能測試模塊、報表統(tǒng)計及分析模塊、無人值守測試模塊,底層驅(qū)動模塊、波形分析及回放模塊,軟件的總體框圖如圖4所示。
圖3系統(tǒng)軟件框圖
測試系統(tǒng)采用中文界面軟件。軟件平臺具有以下功能和特性:
a) 友好的人機交互界面:軟件系統(tǒng)操作簡單、易學(xué)、易掌握,界面美觀、操作舒適;
b) 完備的測試控制:可以根據(jù)測試要求設(shè)置各種測試條件,對于復(fù)雜的設(shè)置,系統(tǒng)給出操作步驟向?qū)Щ蛱崾荆?br />
c) 實時的測試監(jiān)視:系統(tǒng)實時采集測試數(shù)據(jù),并根據(jù)要求以數(shù)字、文字、曲線、圖形等方式顯示出來(導(dǎo)通、隔離性能需要記錄實測值;網(wǎng)絡(luò)性能測試需要保存示波器圖片);
d) 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理:系統(tǒng)可以記錄保存所有測試數(shù)據(jù),具有數(shù)據(jù)分析功能,可以根據(jù)分析結(jié)果生成測試報告并打印輸出;測試過程中也可進行數(shù)據(jù)報表的查看和分析功能;
e) 測試控制:可進行自動測試,也可根據(jù)用戶的設(shè)置完成對被測試通信網(wǎng)絡(luò)制定的單步測試??筛鶕?jù)生產(chǎn)實際情況刪減測試條目。被測對象出現(xiàn)不合格時,直接定位總線故障所在點。并能根據(jù)被測對
象的具體結(jié)構(gòu)和性能參數(shù),設(shè)定產(chǎn)品的合格判定指標(biāo)范圍,設(shè)備測試值自動比較判定,給出結(jié)論;
f) 測試回放管理:系統(tǒng)可以將保存的測試數(shù)據(jù)在軟件系統(tǒng)上回放,回放數(shù)據(jù)同樣可以以數(shù)字、文字、曲線等方式顯示出來;
g) 具備按照用戶定義執(zhí)行定時測試,也可按任務(wù)計劃表執(zhí)行無人值守測試的功能。
4 結(jié)語
本文闡述了一種高度集成化的智能化的1553B電纜測試系統(tǒng),通過該系統(tǒng)可以驗證1553B總線電纜網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)工藝的合理性,并能充分驗證被測的總線電纜是否滿足GJB 289A -9或MIL-STD-1553B-1996的要求。該系統(tǒng)不受限于使用產(chǎn)地,并且高度集成化,可擴展功能多,能夠滿足生產(chǎn)以及維護1553B總線電纜的所有測試需求。目前該系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用,其可靠性、高效性也得到了充分的驗證。
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