基于PC104的低空測試儀測控程序設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：低空測試儀試驗需要把整個測試儀作為吊艙掛在直升機(jī)下工作，能適應(yīng)各種惡劣的自然條件，用于某飛行部件地海雜波環(huán)境下的測試。以PC104嵌入式計算機(jī)為硬件平臺，標(biāo)準(zhǔn)C++為開發(fā)工具，針對低空測試儀數(shù)據(jù)采集需求開發(fā)了測控程序。通過電平I＼O控制電源板給各信號加電時序，A＼D卡實時采集信號，高度表通過串口回傳高度數(shù)據(jù)。著重介紹了低空測試儀的軟硬系統(tǒng)設(shè)計方案，給出了一組測試數(shù)據(jù)，驗證了測控程序的有效性。現(xiàn)場應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有設(shè)計合理，操作簡便，測試準(zhǔn)確的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：低空測試儀；直升機(jī)；PC104總線；數(shù)據(jù)采集

低空測試儀需要作為一個整體吊掛在直升機(jī)下，這就要求測試儀體積小、實時性好、工作溫度范圍寬、可靠性高、能適應(yīng)各種惡劣自然條件，并有持續(xù)的高速數(shù)據(jù)采集能力。而嵌入計算機(jī)PC104，憑借其體積小、功耗低、集成度高及模塊化等一系列優(yōu)良品質(zhì)，滿足此要求。而且，PC104在嵌入式應(yīng)用設(shè)計中，除了有顯示要求的情況外，通常作為一種“黑匣子”的工作模式，即沒有顯示。而低空測試儀就是后者的應(yīng)
用。數(shù)據(jù)的下載是通過插入U盤自動下載的，不需要拆卸拆卸硬盤下載數(shù)據(jù)，方便多次測試。

1 測控系統(tǒng)需求分析
通過對測試儀測試原理的分析及操作流程的分解細(xì)化，在系統(tǒng)設(shè)計時主要考慮一下幾點(diǎn)：
1)測試儀不僅要能夠在有地海雜波的情況下對某產(chǎn)品的相關(guān)輸出信號進(jìn)行持續(xù)的采集，而且采集信號的同時記錄產(chǎn)品距離地面或海面的高度；
2)在硬件上采用成熟的平臺，使系統(tǒng)集成度高、可靠性高和維修性強(qiáng)；
3)采用定時數(shù)據(jù)采集控制方式，因直升機(jī)上不讓使用無線遙控裝置，可在起飛前設(shè)置好延遲時間，起飛后當(dāng)預(yù)定的延遲時間到時，自動開始數(shù)據(jù)采集，也可設(shè)置采集停止時間；
4)采集的數(shù)據(jù)可通過U盤自動下載，然后導(dǎo)入地面計算機(jī)中進(jìn)行分析和處理；
5)地面計算機(jī)能確定哪些數(shù)據(jù)超過規(guī)定的門限值及對應(yīng)的高度，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分段FFT處理分析；
根據(jù)低空測試儀試驗測控需求的特點(diǎn)可以歸納出對測控系統(tǒng)的性能需求，主要包括：
1)數(shù)據(jù)記錄時長≤1 h；
2)采集速率≥100 ks／s；
3)測高范圍1～1 200 m。

2 測控系統(tǒng)總體設(shè)計
該測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在對被測產(chǎn)品的測試過程中，通過控制系統(tǒng)控制供電系統(tǒng)，給被測產(chǎn)品、嵌入式計算機(jī)和無線電測試儀供電；嵌入式計算機(jī)控制給被測產(chǎn)品各信號加電時序，何時開始采集數(shù)據(jù)和何時停止采集；一次試驗結(jié)束后，通過U盤導(dǎo)入地面計算機(jī)進(jìn)行分析。

圖1中除了地面計算機(jī)外，其他的設(shè)備都需要密封在玻璃鋼下。這就要求玻璃鋼能裝下被測設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、蓄電池等，具有一定氣動力形狀，具有兩個水平翼和一個垂直尾翼，減少飛行中的阻力，被測設(shè)備的天線位于吊艙的底部和高度表天線位于吊艙的水平翼上。

3 測控系統(tǒng)硬件設(shè)計
如圖2所示，測控系統(tǒng)硬件主要PC104電源板，PC104CPU板，PC104數(shù)據(jù)采集卡，PC104繼電器開關(guān)板和無線電測高儀組成。

PC104電源板用于為PC104 CPU板提供高效、穩(wěn)定的12 V電源。PC104 CPU板控制A＼D采集卡實時采集每通道的數(shù)據(jù)，速率為200 kS／s；通過串口采集無線測高儀的數(shù)據(jù)，速度為25 Hz；繼電器開關(guān)板用于按時序給產(chǎn)品加-18 V，+18 V和+27V。
無線電高度表是測量飛行器相對地面(海面)垂直高度的距離測量系統(tǒng)。主要有主機(jī)、收發(fā)天線和連接電纜組成，如圖3所示。