高度集成化1553B電纜測(cè)試系統(tǒng)

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(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，總線故障甚至?xí)斐呻y以估計(jì)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(cè)是對(duì)使用1553B總線的整個(gè)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(cè)試，包含了靜態(tài)電氣性能測(cè)試、動(dòng)態(tài)信號(hào)波形測(cè)試，需要用到萬用表、特性阻抗分析儀、示波器、信號(hào)發(fā)生器、絕緣耐壓測(cè)試儀等設(shè)備，整個(gè)測(cè)試過程十分繁瑣，對(duì)測(cè)試人員要求高，耗時(shí)相當(dāng)長(zhǎng)，效率極低。一種高度集成化的電纜測(cè)試系統(tǒng)，是集成了上述儀器儀表功能的智能化測(cè)試系統(tǒng)，整個(gè)過程全自動(dòng)完成，無須人工干預(yù)，最終形成詳細(xì)的測(cè)試分析報(bào)告，可大大提高測(cè)試效和可靠性。

2 總體設(shè)計(jì)方案

為能夠適應(yīng)內(nèi)場(chǎng)和外場(chǎng)的測(cè)試場(chǎng)地以及運(yùn)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(cè)試專用單元，測(cè)量采集模塊，測(cè)試接口單元。

圖1高度集成化1553B電纜測(cè)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(gè)系統(tǒng)模塊的要求，可安裝Windows XP操作系統(tǒng)。1553B總線測(cè)試專用單元基于FPGA設(shè)計(jì)，主板控制處理器、網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(jì)要求，實(shí)現(xiàn)信號(hào)激勵(lì)源以及1553B協(xié)議通訊等。數(shù)據(jù)采集模塊采用基于USB計(jì)，負(fù)責(zé)對(duì)總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)的采集和對(duì)總線物理性能測(cè)量等，傳輸?shù)街骺貑卧M(jìn)行分析處理。測(cè)試接口單元能實(shí)現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)接入的的繼電器矩陣模塊，是線纜與總線測(cè)試專用單元的橋梁。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控單元

主控單元采用的是嵌入式工業(yè)級(jí)平板計(jì)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(gè)USB、RS232、WLAN接口，為設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面提供了條件。

2.2 測(cè)量采集單元

測(cè)量采集單元選用的是基于USB接口的測(cè)量采集模塊，其中內(nèi)部已固定嵌入U(xiǎn)SB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(cè)試設(shè)備，例如絕緣電阻測(cè)試儀、介質(zhì)耐壓測(cè)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(chǔ)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(cè)量，測(cè)量范圍位0-10MΩ。

2.3 總線測(cè)試單元

總線測(cè)試單元是基于FPGA設(shè)計(jì)，其主板的原理框圖如圖2所示?？偩€測(cè)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(shí)內(nèi)部集成了電纜網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和終端設(shè)備功能測(cè)試用的1553B總線控制器，配合外圍接口模塊，實(shí)現(xiàn)了USB 接口、RS232接口 、1553B 電纜網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(diǎn)如下：

● 帶 IU/FPU 單元，支持 5級(jí)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(gè) UART 串口;

● 帶有 2 個(gè)內(nèi)部定時(shí)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(cè)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(shí)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(gè)OBT1553B的功能，從而實(shí)現(xiàn)具有獨(dú)立兩路1553B功能的總線控制器。同時(shí)內(nèi)核內(nèi)置了32K X 16Bit靜態(tài)存儲(chǔ)器，靜態(tài)存儲(chǔ)器容量可根據(jù)需要修改。

圖2總線測(cè)試單元原理框圖

2.3 測(cè)試接口單元

測(cè)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(cè)試功能及測(cè)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(hào)質(zhì)量本單元設(shè)計(jì)中，選用的是磁保持繼電器，在匹配阻抗的同時(shí)兼顧了絕緣耐壓測(cè)試所需的安全距離使整個(gè)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(cè)試接口單元原理框圖

4 軟件設(shè)計(jì)

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(jì)增量模型進(jìn)行軟件工程的開發(fā)，在明確需求后將各個(gè)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(cè)試模塊、報(bào)表統(tǒng)計(jì)及分析模塊、無人值守測(cè)試模塊，底層驅(qū)動(dòng)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(cè)試系統(tǒng)采用中文界面軟件。軟件平臺(tái)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(jiǎn)單、易學(xué)、易掌握，界面美觀、操作舒適;

b) 完備的測(cè)試控制：可以根據(jù)測(cè)試要求設(shè)置各種測(cè)試條件，對(duì)于復(fù)雜的設(shè)置，系統(tǒng)給出操作步驟向?qū)Щ蛱崾?

c) 實(shí)時(shí)的測(cè)試監(jiān)視：系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集測(cè)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(shí)測(cè)值;網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)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(cè)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(cè)試報(bào)告并打印輸出;測(cè)試過程中也可進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)表的查看和分析功能;

e) 測(cè)試控制：可進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，也可根據(jù)用戶的設(shè)置完成對(duì)被測(cè)試通信網(wǎng)絡(luò)制定的單步測(cè)試?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際情況刪減測(cè)試條目。被測(cè)對(duì)象出現(xiàn)不合格時(shí)，直接定位總線故障所在點(diǎn)。并能根據(jù)被測(cè)對(duì)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(cè)試值自動(dòng)比較判定，給出結(jié)論;

f) 測(cè)試回放管理：系統(tǒng)可以將保存的測(cè)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(shí)測(cè)試，也可按任務(wù)計(jì)劃表執(zhí)行無人值守測(cè)試的功能。

5 結(jié)語

本文闡述了一種高度集成化的智能化的1553B電纜測(cè)試系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以驗(yàn)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(yàn)證被測(cè)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(cè)試需求。目前該系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，其可靠性、高效性也得到了充分的驗(yàn)證。