智能測控系統的應用

0 引言

為了解決許多航空設備采用的航空總線(xiàn)種類(lèi)各異，難以互相兼容的問(wèn)題，現代飛機航空電子系統要求各機載航空設備使用統一的航空總線(xiàn)，以方便系統集成。ARINC429總線(xiàn)是航空電子設備之間數據傳輸的航空工業(yè)標準，具有接口方便、數據傳輸可靠的特點(diǎn)，目前已經(jīng)是航空領(lǐng)域應用最廣泛的航空電子總線(xiàn)。ARINC429是美國航空無(wú)線(xiàn)電公司(ARINC)制定的航空數字總線(xiàn)傳輸標準，屬單向數據總線(xiàn)，可由兩根獨立總線(xiàn)實(shí)現雙向傳輸，數據傳輸率為12．5～100 Kb／s，傳輸字為32位?？偩€(xiàn)上的發(fā)送器只能有一個(gè)，而接收器可多達20個(gè)。國內外研究和實(shí)現ARINC429總線(xiàn)通信的文獻很多，接口豐富且使用廣泛。文獻采用FPGA實(shí)現了ARINCA29的接口轉換為通用的USB接口。文獻采用C8051單片機為核心，在測控ARINC429總線(xiàn)數據的同時(shí)，還能夠監測總線(xiàn)上電氣特性的變化。文獻研究了基于PC／104總線(xiàn)結構的ARINCA29總線(xiàn)測控系統，可以完成多路429總線(xiàn)數據的實(shí)時(shí)接收和發(fā)送功能。文獻研究了基于FPGA的ARINCA29總線(xiàn)接收發(fā)送系統，實(shí)現四路ARINCA29信號接收和兩路發(fā)送的功能。雖然采用ARINCA29總線(xiàn)通信的研究很多，但還未見(jiàn)用于雷達導航儀測控的報道。隨著(zhù)國產(chǎn)雷達導航儀的體積不斷優(yōu)化，功能日益復雜，傳統的測控手段由于采用人工組裝、整機測試的方法，已經(jīng)不能滿(mǎn)足新形勢下武器裝備的保障要求。

本文采用低功耗16位單片機MSP430F449為主處理器，以集成電路HS3282和HS3182為主要通信芯片，設計完成包括ARINC429總線(xiàn)通信在內的雷達導航儀測控系統。此測控系統采用電池方式供電，可以手持方式工作，高亮度液晶方式顯示，提高測控系統可靠性和便攜性，能夠為導航儀提供各類(lèi)導航檢測信號，可以完成相關(guān)導航設備的生產(chǎn)測試、外場(chǎng)調試、后期維護等功能。

1 ARINC429串行總線(xiàn)

ARINCA29總線(xiàn)是一種單向廣播式數據總線(xiàn)，采用雙角屏蔽線(xiàn)傳輸信息，可由兩根獨立總線(xiàn)實(shí)現雙向傳輸，數據傳輸率為：高速傳輸的位速率為100 Kb／s±1％，低速傳輸的位速率為(12．0～14．5)Kb／s±1％。ARINC429規定數據傳輸采用雙極性歸零制的三態(tài)碼方式，如圖1所示，即調制信號由“高”、“零”和“低”狀態(tài)組成的三電平狀態(tài)。雙極性歸零碼的基本信號波形中攜帶了位同步信息，位同步是由零狀態(tài)變至“高”或“低”狀態(tài)的這一狀態(tài)變化來(lái)識別。字同步是以傳輸周期間至少有四個(gè)位時(shí)的時(shí)間間隔為基準，緊跟該字間隔后要發(fā)送的第一位起點(diǎn)即為新字的起點(diǎn)。

ARINC429總線(xiàn)數據的基本信息單元是由32位構成的一個(gè)數據字，每個(gè)數據字被分為5個(gè)基本區域，即標志碼(LABEL)，源／目的識別碼(SDI)，數據區(DATA)，符號狀態(tài)位(SSM)，校驗位(PARITY)，ARINC429總線(xiàn)數據信號編碼舉例如圖1所示。

2 硬件及接口電路

接口的實(shí)現方式選用Intersil公司的HS3282芯片，它支持ARINC429通信規范和其他串行數據傳輸協(xié)議，采用+5 V供電。具有兩路接收、一路發(fā)送的功能。通道接收器之間也是獨立的并行接收，可以直接連接到ARINC429總線(xiàn)，而不需電平轉換。使用時(shí)和HS3182總線(xiàn)驅動(dòng)器配合，就可以發(fā)送數據進(jìn)行二級差分驅動(dòng)，產(chǎn)生ARINC429總線(xiàn)的電平。HS3282數據總線(xiàn)為16位，MSP430F449為16位單片機，從而避免了8位單片機為解決系統總線(xiàn)匹配的問(wèn)題需要采用鎖存器作為虛擬總線(xiàn)的煩惱，提高了測控系統的可靠性。

具體設計思路為：首先利用一片HS3282和兩片HS3182配合使用形成兩路接收和兩路發(fā)送通道。它們構成了數據收發(fā)、串并轉換的主體。HS3282主要用來(lái)完成接收、發(fā)送時(shí)所必須具備的串并、并串轉換功能；HS3182用來(lái)完成對兩路輸出信號的差分驅動(dòng)，然后設計命令寄存器和狀態(tài)寄存器，用以完成對輸入、輸出通道的選擇和對HS3282的控制字的設置。該控制電路單片機無(wú)需外擴展電路，將32個(gè)I／O口的P0口和P2口用于數據傳輸功能，實(shí)現對HS3282的16位數據傳輸功能。把P1口及P3口的P3．3，P3．4作為控制信號與控制端引腳相連，來(lái)控制HS3282數據收發(fā)操作。測試數據由預先設置或手工輸入兩種方式完成。返回數據顯示到高亮度液晶顯示器上。圖2為測控系統硬件系統結構圖。

3 總體軟件設計

雷達導航儀智能測控系統以單片機為核心，控制測控系統的數據發(fā)送、轉換、接收、顯示等功能。本系統中采用的MSP430F449單片機是TI公司的一款超低功耗的混合信號控制器，它具有16位RISC結構，150ns指令周期和簡(jiǎn)潔的27條內核指令，1．8～3．6 V的低工作電壓，支持JTAG在線(xiàn)調試。它還集成了豐富的外圍模塊，豐富的系統資源完全可以滿(mǎn)足雷達導航儀的測控要求。

系統工作可分為三種主狀態(tài)：準備接收狀態(tài)，正在接收狀態(tài)和準備發(fā)送狀態(tài)。整個(gè)系統軟件的運行圍繞著(zhù)按鍵控制進(jìn)行的，軟件的編寫(xiě)也以鍵盤(pán)按鍵為基礎。圖3(a)為ARINCA29信號發(fā)送流程圖，圖3(b)為信號接收流程圖，橢圓框里寫(xiě)著(zhù)系統當前的狀態(tài)名稱(chēng)，直線(xiàn)表示當前系統所處的狀態(tài)，圓形框表示按鍵，箭頭表示狀態(tài)轉移走向。每一條直線(xiàn)都表示一種循環(huán)的狀態(tài)，在該狀態(tài)中，系統一直等待的按鍵按下，如果有，系統立即掃描按鍵，得出鍵值，并與直線(xiàn)下方的按鍵進(jìn)行比較，如有相同的按鍵，馬上執行該按鍵對應的程序。例如在準備接收狀態(tài)，如果背光鍵按下，液晶屏背光則從亮變?yōu)闇缁驈臏缱優(yōu)榱?。頻率鍵按下后，ARINC429總線(xiàn)頻率將在12．5 Kb／s，50 Kb／s和100 Kb／s之間相互轉換。存儲鍵按下后，系統將跳到讀寫(xiě)存儲器子狀態(tài)；確認鍵按下，系統將跳到正在發(fā)送主狀態(tài)。使用類(lèi)似的方法，為了簡(jiǎn)化使用人員的操作步驟，可以在使用時(shí)選擇手動(dòng)或自動(dòng)模式。自動(dòng)模式提供兩組默認的典型數據進(jìn)行發(fā)送，以測試雷達導航儀的通信完好性。當需要進(jìn)行完備性測試時(shí)，可以采用手動(dòng)模式，這時(shí)可以進(jìn)行任何信號及數值的通信。