摘 要： 針對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀普遍體積和重量較大、不具備便攜性的問題，提出一種基于嵌入式計(jì)算機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀的設(shè)計(jì)方法。該方法以PC104總線嵌入式計(jì)算機(jī)為核心，配備PC104總線ARIC429卡、A/D卡、D/A卡和便攜式機(jī)箱構(gòu)成一臺(tái)便攜式大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀。其功能可完全涵蓋現(xiàn)有大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)測(cè)試設(shè)備，此外還具有體積小、重量輕、可便攜等特點(diǎn)，可用于大氣機(jī)的原位檢測(cè)，提高了工作效率。

　　關(guān)鍵詞： 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)；檢查儀；嵌入式計(jì)算機(jī)

　　大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)是重要的機(jī)載設(shè)備，通過測(cè)量全壓、靜壓、大氣總溫及場(chǎng)面氣壓等參數(shù)，然后經(jīng)過解算得到各種大氣數(shù)據(jù)，提供給飛行員及相關(guān)的系統(tǒng)和設(shè)備。為了保證飛行安全，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行周期性檢驗(yàn)，出現(xiàn)故障后需要進(jìn)行排故，這些工作都要用到大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀[1]。但目前國內(nèi)研制生產(chǎn)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢測(cè)設(shè)備一般采用工控機(jī)、ISA總線、PXI總線或VXI總線板卡及體積較大的工控機(jī)柜，存在體積和重量較大、不能便攜等問題，而國外又沒有相應(yīng)的替代產(chǎn)品[2-4]。本文提出一種基于嵌入式計(jì)算機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀的設(shè)計(jì)方法。該方法采用PC104總線嵌入式計(jì)算機(jī)及PC104總線卡，所設(shè)計(jì)的檢查儀功能完全涵蓋現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備，且具有體積小、重量輕、可便攜等特點(diǎn)，可用于大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的原位檢測(cè)，提高了工作效率。

　　1 檢查儀的基本工作原理及組成

　　大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)工作時(shí)接收來自全靜壓管的全壓和靜壓及總溫傳感器和場(chǎng)壓給定器提供的大氣總溫信號(hào)和場(chǎng)面氣壓信號(hào)，因此對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢查，需要向其提供全壓和靜壓及大氣總溫和場(chǎng)面氣壓等信號(hào)。全壓和靜壓一般由大氣參數(shù)基準(zhǔn)儀提供。大氣總溫信號(hào)為電阻信號(hào)，需由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀來模擬。場(chǎng)面氣壓信號(hào)為電壓信號(hào)，也需由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀來模擬。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)通過對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，然后經(jīng)解算獲得大氣數(shù)據(jù)，最后以ARIC429數(shù)據(jù)格式向外輸出。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀通過ARIC429卡讀取大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的大氣數(shù)據(jù)，通過與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，即可知道大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)工作是否正常[5]。

　　基于嵌入式計(jì)算機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀的總體方案如圖1所示。該檢查儀由PC104計(jì)算機(jī)、ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡、總溫信號(hào)給定器、電源和適配板等組成。

　　PC104計(jì)算機(jī)由PC104CPU板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤和鼠標(biāo)組成。計(jì)算機(jī)通過PC104總線控制ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試。利用計(jì)算機(jī)建立虛擬儀器界面，所有檢測(cè)命令的發(fā)出都是通過觸摸屏或鍵盤、鼠標(biāo)完成，測(cè)量結(jié)果通過顯示器直接進(jìn)行顯示。

　　ARIC429卡為PC104總線卡，這里用于讀取大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)以ARIC429串行數(shù)據(jù)格式發(fā)出的大氣數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)椴⑿袛?shù)據(jù)，然后經(jīng)過總線傳送給PC104計(jì)算機(jī)。

　　D/A卡用于模擬場(chǎng)壓給定器，根據(jù)規(guī)定向大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供電壓信號(hào)。通常場(chǎng)壓給定器輸出信號(hào)精度較高，所以一般D/A卡需采用16位以上分辨率的D/A卡。

　　A/D卡用于采集大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的模擬量信號(hào)，此外還與總溫信號(hào)給定器配合，產(chǎn)生總溫信號(hào)。

　　I/O卡為光電隔離型輸入/輸出卡，用于控制適配板上面的所有繼電器，此外還用于向大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供開關(guān)量輸入信號(hào)和接收大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的開關(guān)量信號(hào)。

　　總溫信號(hào)給定器用于模擬總溫傳感器，向大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供準(zhǔn)確的電阻信號(hào)?？倻匦盘?hào)給定器實(shí)際上就是兩個(gè)串聯(lián)的可調(diào)電位器，如圖2所示。

　　由于需要向大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供精度較高的電阻信號(hào)，因此需要采用兩個(gè)電位器W1和W2串聯(lián)使用，W2用于粗調(diào)，W1用于細(xì)調(diào)?？倻仉娮鑂t為W1和W2串聯(lián)阻值之和。為了精確設(shè)定總溫電阻Rt，將待設(shè)定的總溫電阻Rt與一個(gè)精密電阻R1串聯(lián)，并在兩端加上基準(zhǔn)電壓Vref, 然后利用A/D卡測(cè)量AB端的電壓UAB和BC端的電壓UBC。最后根據(jù)公式missing image file得到準(zhǔn)確的總溫電阻。總溫電阻設(shè)定完后，計(jì)算機(jī)通過I/O卡控制繼電器Relay1和Relay2觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換，將設(shè)定好的總溫電阻連接到大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀操作界面如圖3。

　　檢查儀的電源采用具有+5 V、+12 V和+28 V輸出的開關(guān)電源。+5 V直流電源供給PC104計(jì)算機(jī)，+12 V直流電源供給液晶顯示器和適配板，+28 V為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的工作電源。

　　適配板上面主要是一些繼電器，受I/O卡控制。計(jì)算機(jī)通過I/O卡控制相關(guān)繼電器實(shí)現(xiàn)ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、總溫信號(hào)給定器及+28 V直流電源與被測(cè)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的連接，從而對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

2 檢查儀的軟件設(shè)計(jì)

　　該檢查儀是基于PC104總線的嵌入式計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，在基本硬件確定以后，軟件是檢查儀的核心。本測(cè)試系統(tǒng)以Windows2000為操作系統(tǒng)，在VB開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行編程。軟件各功能子程序采用模塊設(shè)計(jì)化，可擴(kuò)展性強(qiáng)，人機(jī)界面友好，易于操作使用。測(cè)試數(shù)據(jù)可由屏幕顯示，還可作為數(shù)據(jù)文件保存。系統(tǒng)具有在線操作提示功能，在測(cè)試者進(jìn)行的每一步操作中都有操作說明[6]。

　　檢查儀通電啟動(dòng)后，運(yùn)行“大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀”程序，就會(huì)出現(xiàn)圖3所示的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀操作界面。界面最上部為標(biāo)題區(qū)，標(biāo)題區(qū)下面為菜單區(qū)，點(diǎn)擊各菜單可進(jìn)行相應(yīng)檢查操作。“操作提示”欄提示操作者應(yīng)如何操作。中間表格顯示當(dāng)前科目的檢查內(nèi)容和結(jié)果。右下角有個(gè)“確定”按鈕，在檢測(cè)過程中，可根據(jù) “操作提示”欄的提示，通過“確定”按鈕進(jìn)行檢查操作?！按_定”按鈕上方有個(gè)文本框，檢測(cè)過程中，通過其下面的“↑”、“↓”按鈕可改變文本框中的數(shù)字，從而改變提供給被檢設(shè)備的信號(hào)大小。右下角還有一個(gè)數(shù)字鍵盤，用于在測(cè)試過程中或保存文件時(shí)鍵入信息。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀作為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的測(cè)試設(shè)備，其測(cè)試精度必須滿足要求。具體包括總溫信號(hào)給定精度、場(chǎng)面氣壓信號(hào)給定精度、模擬量輸出信號(hào)測(cè)量精度。通過運(yùn)行檢查儀菜單的“校驗(yàn)”，可分別對(duì)總溫信號(hào)給定精度、場(chǎng)面氣壓信號(hào)給定精度、模擬量輸出信號(hào)測(cè)量精度進(jìn)行校驗(yàn)。不同型號(hào)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)上述精度指標(biāo)要求有所不同，例如某型號(hào)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)，總溫信號(hào)給定范圍為301.08 Ω~784.80 Ω，精度為0.1 Ω；場(chǎng)面氣壓信號(hào)給定范圍為0.300 V~9.815 V，精度為0.03 V；模擬量輸出信號(hào)范圍為-10 V~+10 V，精度為0.005 V。通過對(duì)所研制的該型號(hào)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀進(jìn)行測(cè)試，得到一組數(shù)據(jù)，如表1所示。其中給定總溫信號(hào)由檢查儀輸出，利用高精度電阻測(cè)量儀對(duì)其測(cè)量，獲得實(shí)測(cè)總溫信號(hào)。給定場(chǎng)面氣壓信號(hào)由檢查儀輸出，利用高精度電壓表對(duì)其測(cè)量，獲得實(shí)測(cè)場(chǎng)面氣壓信號(hào)。利用高精度電壓信號(hào)發(fā)生器對(duì)檢查儀提供給定模擬量，由檢查儀對(duì)其測(cè)量，獲得實(shí)測(cè)模擬量。通過數(shù)據(jù)對(duì)比可見，檢查儀的測(cè)試精度足以滿足該型大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的測(cè)試要求。

　　基于PC104總線嵌入式計(jì)算機(jī)，配備PC104總線ARIC429卡、A/D卡、D/A卡和便攜式機(jī)箱構(gòu)成的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀，其功能可完全涵蓋現(xiàn)有大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)檢查儀。檢查儀人機(jī)界面友好，系統(tǒng)具有在線操作提示功能，易于操作使用。測(cè)試數(shù)據(jù)可由屏幕顯示，還可作為數(shù)據(jù)文件保存。測(cè)試精度可完全滿足大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)測(cè)試要求。此外還具有體積小、重量輕、可便攜等特點(diǎn)，可用于大氣機(jī)的原位檢測(cè)，提高了工作效率。

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