LabWindows/CVI的便攜式電源控制器測試系統設計

為了實(shí)現對電源控制器（PCU）檢測的需求，提出了一種基于LabWindows/CVI的電源控制器的測試系統設計方案，并完成系統的軟硬件設計。該系統的硬件部分主要用來(lái)模擬PCU的各種輸入信號，軟件部分采用LabWindows/CVI進(jìn)行編程，能夠完成對其輸出信號進(jìn)行檢測。實(shí)際應用表明，該系統具有操作簡(jiǎn)便、測試準確的特點(diǎn)，達到了設計要求。

隨著(zhù)航空技術(shù)的迅速發(fā)展，現代飛機的性能得到了很大地提高，先進(jìn)的用電設備得到廣泛的應用，因此，對電源的要求也越來(lái)越高。電源控制器能夠在飛機電源系統出現故障情況時(shí)自動(dòng)的切除故障單元，防止故障的擴大和故障傳播，保證重要的機載設備的用電需求，并將相關(guān)信息傳送給非航空電子監控處理機。因此，電源控制器具有直流電源系統的控制保護功能、直流地面電源監控器的功能、蓄電池監測功能和自檢測（BYT）、故障診斷和隔離功能。直流電源系統的控制保護功能是指通過(guò)對整流器的主接觸器、匯流條連接接觸器以及直流二次電源系統的控制與保護功能；直流地面電源監控器的功能是指通過(guò)對直流地面電源接觸器的控制實(shí)現對直流地面電源的控制與保護功能；蓄電池監測功能是指蓄電池出現過(guò)溫時(shí)發(fā)出蓄電池過(guò)溫故障信號，在兩臺變壓整流器同時(shí)失效時(shí)無(wú)條件接通蓄電池；自檢測、故障診斷和隔離功能是指在飛機電源系統出現故障情況時(shí)自動(dòng)診斷故障，切除故障單元，實(shí)現故障隔離和定位，并將供電系統的工作狀態(tài)信息和PCU本身的工作狀態(tài)信息傳送給非航空電子監控處理機。

可見(jiàn)，對電源控制保護器的準確測試變得非常重要。為了實(shí)現對電源控制器的準確檢測，在做了需求分析的基礎上，提出并設計了一種基于LabWindows/CVI的便攜式電源控制器測試系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"測試系統"）設計方案。該系統能夠完成對其準確測試。

為滿(mǎn)足某型飛機的電源控制保護器進(jìn)行測試的需求，結合PCU與飛機電氣系統的連接關(guān)系，經(jīng)過(guò)分析得到PCU的輸入信號共分為以下3部分：11路來(lái)自飛機供電系統的模擬信號，其中包含7路直流電壓信號（0~50 V）和4路直流電流信號；19路來(lái)自飛機供電系統開(kāi)關(guān)量信號；以及來(lái)自非航空電子監控處理機的自檢請求信號和飛機電氣參數等信號。

要想完成對以上信號的測試，需要做好以下幾個(gè)方面。首先該測試系統應能模擬PCU工作時(shí)飛機電源系統的各種狀況，模擬PCU的各種輸入信號，并檢測PCU的輸出信號，判斷出PCU在各種狀態(tài)下是否按要求工作；其次，應能檢測PCU的輸出控制信號是否滿(mǎn)足其保護控制邏輯及時(shí)序的要求，并能夠實(shí)時(shí)監視PCU的輸出信號是否正常；再次，還應具有模擬非航空電子監控處理機與PCU之間的通信；最后系統要能夠進(jìn)行自檢。

1 總體設計

該測試系統結構圖如圖1所示，在對電源控制器（PCU）的測試過(guò)程中，通過(guò)測試計算機產(chǎn)生電壓信號送到模擬信號產(chǎn)生電路，用來(lái)模擬來(lái)自飛機供電系統的模擬信號；PCU產(chǎn)生的輸出控制信號經(jīng)過(guò)輸出信號檢測電路后送到測試計算機；測試計算機與PCU之間的相互通信，通過(guò)PCU通信信號檢測電路進(jìn)行轉換，最后測試結果由測試計算機進(jìn)行顯示，并完成測試結果的打印。

2 系統硬件設計

測試系統硬件主要由變壓整流電路、功放電路、脈動(dòng)電路、繼電器電路、開(kāi)關(guān)電源、測試計算機（工控機）和打印機等組成，系統硬件結構圖如圖2所示。變壓器整流電路主要用來(lái)輸出交流22 V和交流115 V,以及用來(lái)輸出+5 V和+28 V直流電壓，分別為繼電器供電和模擬開(kāi)關(guān)信號；功放電路主要由電源電路和功放部分組成，繼電器電路主要用來(lái)實(shí)現相應電路的連接；工控機的I/O板卡中的輸出信號與繼電器電路相連，分別作為繼電器的驅動(dòng)信號和用于測量繼電器狀態(tài)。工控機是測試系統的核心，用實(shí)現測試中指令的發(fā)送、數據的采集與處理和測試結果的顯示等。

模擬信號檢測電路主要是為PCU提供輸入信號，直流電壓電流的模擬信號由測試計算機控制D/A板卡輸出兩路電流信號和兩路電壓信號，兩路電流信號分別模擬左TRU和右TRU電流控制信號。在PCU測試系統中，模擬直流電流信號利用精密電阻轉變?yōu)殡妷盒盘?，然后與兩路電壓信號一起分別經(jīng)過(guò)各自的調理電路后變?yōu)樾枰碾妷耗M信號。電源控制器需要檢測的各種故障開(kāi)關(guān)量信號采用+28.5 V的電壓信號進(jìn)行模擬。

PCU輸出控制信號檢測電路主要是用來(lái)實(shí)現對輸出控制信號的準確檢測。電源控制器輸出控制信號主要完成對各接觸器或繼電器和各告警指示燈的控制與驅動(dòng)，輸出驅動(dòng)信號電壓為28.5 V.根據PCU控制電路輸出信號的不同，可以將輸出的控制驅動(dòng)信號進(jìn)行分類(lèi)檢測，用繼電器或接觸器模擬飛機上各接觸器、繼電器，電源控制器輸出控制驅動(dòng)信號接繼電器控制端，小繼電器觸點(diǎn)接被控信號；然后根據繼電器通、斷狀態(tài)，實(shí)現對輸出控制信號的準確檢測。

PCU測試系統通信信號檢測電路是用來(lái)模擬非航空電子監控處理機與電源控制器通信功能。在進(jìn)行測試時(shí)，測試計算機模擬非航空電子監控處理機發(fā)出維護自檢測信號，并由電源控制器進(jìn)行維護自檢測；電源控制器將左右TRU的工作狀態(tài)、匯流條的連接狀態(tài)等信息送給非航空電子監控處理機，以便于其將供電系統的情況及時(shí)向飛行員提供告警信號等。非航空電子監控處理機與電源控制器通信采用RS-485總線(xiàn)形式，具有傳輸距離遠、抗共模干擾能力強、速度快、易于安裝和擴充等優(yōu)點(diǎn)，非常適用飛機上惡劣環(huán)境下的通信。

3 測試系統軟件設計

該測試系統的軟件采用LabWindows/CVI編程，LabWindows/CVl是NI公司推出的面向計算機測控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺。該平臺不僅提供了對虛擬儀器的支持，還具有各種測試、通信、控制和數值分析的能力，具有控制功能強大、庫函數豐富、實(shí)時(shí)性強、編程容易等優(yōu)點(diǎn)。為了日后的更新、維護與拓展，在設計過(guò)程中采用模塊化的思想，整個(gè)系統由數據采集模塊、檢測信號產(chǎn)生模塊、PCU輸出控制信號檢測模塊、通信模塊和系統幫助模塊等組成。系統軟件設計的結構圖如圖3所示。

在軟件設計中，數據采集模塊主要用來(lái)實(shí)現對測試數據的采集；檢測信號產(chǎn)生模塊主要用來(lái)實(shí)現對控制測試系統中模擬量信號和開(kāi)關(guān)量信號的產(chǎn)生，通過(guò)該模塊可以實(shí)現模擬量信號幅值的設置和開(kāi)關(guān)量信號的設置；PCU輸出控制信號檢測模塊主要用來(lái)實(shí)現對PCU輸出控制信號的檢測，并能夠通過(guò)調用理論值與測試結果進(jìn)行比較；通信模塊主要用來(lái)實(shí)現測控計算機與PCU之間的通信功能，可以通過(guò)測試計算機向PCU發(fā)送完控制命令字后延時(shí)一段時(shí)間，等待接收電源控制器傳送的數據，可以根據是否收到PCU傳送的數據判斷其故障狀態(tài)。系統幫助模塊主要是用來(lái)對測試中的常見(jiàn)疑難問(wèn)題和注意事項進(jìn)行解答。軟件設計的流程圖如圖4所示。測試過(guò)程中，在完成數據采集和檢測后，顯示測試結果，并完成報表打印。

4 實(shí)驗應用

該測試系統用于某型飛機的電源控制器測試。在進(jìn)行測試時(shí)，首先運行該測試應用軟件，初始化相關(guān)板卡后，通過(guò)完成測試設置和通信配置等相關(guān)設置后，然后通過(guò)點(diǎn)擊主程序界面的相應模塊測試按鈕進(jìn)行相應的測試，其中通信模塊需要向PCU發(fā)送控制命令字，然后接收PCU發(fā)回的數據進(jìn)行單獨測試；在主界面中通過(guò)點(diǎn)擊"檢測信號產(chǎn)生模塊"按鈕，可以實(shí)現對模擬信號是否已經(jīng)輸入進(jìn)行檢測，若沒(méi)有信號輸

入需重新檢測，否則點(diǎn)擊"PCU輸出控制信號檢測模塊"按鈕，運行輸出控制信號檢測程序，將得到的結果與理論值進(jìn)行比較，并將結果進(jìn)行顯示，程序面板的部分界面如圖5所示。如果比較結果不正確，需要檢查修改電路后重新進(jìn)行檢測。通過(guò)實(shí)際應用發(fā)現，該測試系統測試結果準確、穩定可靠。

5 結論

該測試系統采用具有高速數據采集卡的便攜式測試計算機為硬件平臺，軟件設計采用模塊化設計思想，提高了系統的可靠性和維護性。該測試系統已用于某型飛機的電源控制器進(jìn)行測試，實(shí)際應用表明該測試系統具有測試準確、穩定可靠、人機界面友好等特點(diǎn)，達到了設計要求。<