高度集成化1553B電纜測試系統(tǒng)

       董文岳1, 潘泳江2

        (1.珠海歐比特控制工程股份有限公司，珠海，519080;2. 珠海歐比特控制工程股份有限公司，珠海，519080)   

　　摘 要：MIL-STD-1553B總線以其高可靠性、實時性、靈活性等優(yōu)點，一直廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代航空、航天、兵器等重要領(lǐng)域。其中作為物理載體的1553B總線電纜，在實際生產(chǎn)以及使用過程中，其物理及電氣性能的評估顯得尤為重要。本文闡述了一種高度集成化的1553B電纜測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了1553B總線電纜所需檢驗項目的自動化、高效化測試。

　　關(guān)鍵詞：1553B電纜;集成化;測試系統(tǒng);

　　Dong Wenyue1，Pan Yongjiang2

　　(1.Zhuhai Orbita Control Engineering Co., Ltd, Zhuhai, 519080; 2. Zhuhai Orbita Control Engineering Co., Ltd, Zhuhai, 519080)

　　Abstract： bus With its high reliability, real-time, flexibility and other advantages, MIL-STD-1553B has been widely applied in modern aviation, aerospace, weapons and other important fields. In the actual process of production and use, the physical and electrical performance evaluation of the MIL-STD-1553B cable is particularly important. This paper describes the 1553B cable test system a high degree of integration, to achieve the automation required inspection item 1553B bus cable, high efficiency test.

　　Keywords: MIL-STD-1553B cable; Integration; Test equipment

        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(hù)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(jī)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。

　　圖1高度集成化1553B電纜測試系統(tǒng)的組成

　　主控單元采用嵌入式平板電腦，其豐富的外設(shè)可滿足擴(kuò)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(dá)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(jìn)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(jī)，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(jī)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(kuò)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(dá)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。

　　圖2總線測試單元原理框圖

　　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(dá)到100MΩ以上，交流500V漏電流小于0.02mA。

　　圖3測試接口單元原理框圖

　　3 軟件設(shè)計

　　為保證軟件的可靠行、可擴(kuò)展性以及維護(hù)方便，本軟件采用設(shè)計增量模型進(jìn)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4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(jī)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?

　　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(jìn)行數(shù)據(jù)報表的查看和分析功能;

　　e) 測試控制：可進(jìn)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(kuò)展功能多，能夠滿足生產(chǎn)以及維護(hù)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。

　　參考文獻(xiàn):

　　論文集中的析出文獻(xiàn)

　　[1] GJB5186.5-2004數(shù)字式時分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線測試方法[S] .2004.

　　[2] GJB298A-97數(shù)字式時分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線[S] .1997.