摘 要： 針對大氣數(shù)據(jù)計算機(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算機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)檢查儀的設(shè)計方法。該方法以PC104總線嵌入式計算機(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)成一臺便攜式大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)檢查儀。其功能可完全涵蓋現(xiàn)有大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)測試設(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，提高了工作效率。

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

　　大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)是重要的機(jī)載設(shè)備，通過測量全壓、靜壓、大氣總溫及場面氣壓等參數(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)計算機(jī)檢測設(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算機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)檢查儀的設(shè)計方法。該方法采用PC104總線嵌入式計算機(jī)及PC104總線卡，所設(shè)計的檢查儀功能完全涵蓋現(xiàn)有測試設(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)計算機(jī)的原位檢測，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)計算機(jī)工作時接收來自全靜壓管的全壓和靜壓及總溫傳感器和場壓給定器提供的大氣總溫信號和場面氣壓信號，因此對大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)進(jìn)行檢查，需要向其提供全壓和靜壓及大氣總溫和場面氣壓等信號。全壓和靜壓一般由大氣參數(shù)基準(zhǔn)儀提供。大氣總溫信號為電阻信號，需由大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)檢查儀來模擬。場面氣壓信號為電壓信號，也需由大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)檢查儀來模擬。大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)通過對上述信號進(jìn)行測量，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)計算機(jī)檢查儀通過ARIC429卡讀取大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)發(fā)出的大氣數(shù)據(jù)，通過與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，即可知道大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)工作是否正常[5]。

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

　　PC104計算機(jī)由PC104CPU板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤和鼠標(biāo)組成。計算機(jī)通過PC104總線控制ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡對大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)進(jìn)行測試。利用計算機(jī)建立虛擬儀器界面，所有檢測命令的發(fā)出都是通過觸摸屏或鍵盤、鼠標(biāo)完成，測量結(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計算機(jī)。

　　D/A卡用于模擬場壓給定器，根據(jù)規(guī)定向大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)提供電壓信號。通常場壓給定器輸出信號精度較高，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)計算機(jī)輸出的模擬量信號，此外還與總溫信號給定器配合，產(chǎn)生總溫信號。

　　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)計算機(jī)提供開關(guān)量輸入信號和接收大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)輸出的開關(guān)量信號。

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

　　由于需要向大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)提供精度較高的電阻信號，因此需要采用兩個電位器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)計算機(jī)。大氣數(shù)據(jù)計算機(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、總溫信號給定器及+28 V直流電源與被測大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)的連接，從而對其進(jìn)行檢測。

2 檢查儀的軟件設(shè)計

　　該檢查儀是基于PC104總線的嵌入式計算機(jī)測試系統(tǒng)，在基本硬件確定以后，軟件是檢查儀的核心。本測試系統(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)計化，可擴(kuò)展性強(qiáng)，人機(jī)界面友好，易于操作使用。測試數(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]。

　　檢查儀通電啟動后，運(yùn)行“大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)檢查儀”程序，就會出現(xiàn)圖3所示的大氣數(shù)據(jù)計算機(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?！安僮魈崾尽睓谔崾静僮髡邞?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“確定”按鈕，在檢測過程中，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。“確定”按鈕上方有個文本框，檢測過程中，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)備的信號大小。右下角還有一個數(shù)字鍵盤，用于在測試過程中或保存文件時鍵入信息。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

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

　　基于PC104總線嵌入式計算機(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)計算機(jī)檢查儀，其功能可完全涵蓋現(xiàn)有大氣數(shù)據(jù)計算機(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。測試數(shù)據(jù)可由屏幕顯示，還可作為數(shù)據(jù)文件保存。測試精度可完全滿足大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)測試要求。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，提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 馬存寶，劉桂榮，周建民，等. 大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)系統(tǒng)故障診斷研究[J]. 機(jī)械與電子，2011（2）：3-4.

　　[2] 吳曉男.某型大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)自動測試系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 計算機(jī)測量與控制，2006（12）：19-20.

　　[3] 劉遠(yuǎn)飛，王偉平，劉龍，等. 基于PXI總線的某型飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)自動檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 工業(yè)控制計算機(jī)，2007（8）：6-7.

　　[4] 謝紅星，景博，姜興旺，等. 大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J]. 國外電子測量技術(shù)，2009（5）：68-69.

　　[5] 馬存寶，梁晶晶，宋東，等. 大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)激勵器系統(tǒng)設(shè)計[J]. 機(jī)械與電子，2008（1）：7-9.

　　[6] 戴洪德，吳曉男，于進(jìn)通，等. 基于虛擬儀器技術(shù)的大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計[J]. 測控技術(shù)，2014（2）：43-44.