飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)檢測裝置的研究和設(shè)計

飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)是飛機(jī)重要的機(jī)載設(shè)備，對飛機(jī)的起飛和安全著陸起著重要的作用，防滑剎車系統(tǒng)性能的好壞直接影響到飛機(jī)及機(jī)載人員的安全，而性能必須有專門的設(shè)備進(jìn)行測試。我國對防滑剎車控制系統(tǒng)的研究已有很長一段時間，效果良好，但是對防滑剎車系統(tǒng)進(jìn)行測試的研究卻不多，本文針對國內(nèi)某機(jī)型防滑剎車系統(tǒng)而研制的檢測裝置，能夠快速檢測防滑剎車控制盒以及剎車系統(tǒng)相關(guān)附件的故障信息，具有快速化、便攜式、微型化、低成本、智能化等特點(diǎn)。

1 檢測裝置的組成和功能介紹
1．1 主要組成
    檢測裝置由檢測盒和接口盒兩部分組成。檢測盒是整個檢測裝置的控制、處理核心部分，以DSP(TMS320LF2407)作為微控制器，實(shí)現(xiàn)信號采集、通信、人機(jī)接口、檢測數(shù)據(jù)存儲(掉電不丟失)等功能；接口盒作為檢測裝置和飛機(jī)剎車系統(tǒng)連接的紐帶，主要由高精度繼電器組成，完成飛機(jī)剎車系統(tǒng)不同部分的切換檢測。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
    圖1中控制盒為針對某機(jī)型研制的防滑剎車控制盒；剎車系統(tǒng)相關(guān)附件包括機(jī)輪速度傳感器、電液壓力伺服閥、指令傳感器等。

1．2 主要功能介紹
    檢測裝置主要是對防滑剎車系統(tǒng)控制盒和相關(guān)附件進(jìn)行故障診斷和檢測，為相關(guān)人員提供維修和升級的參數(shù)和參考數(shù)據(jù)，其主要功能如下：
    (1)檢測裝置自檢
    系統(tǒng)一上電，則開始對自身進(jìn)行自檢，包括對DSP片內(nèi)3個DARAM區(qū)的檢測，并實(shí)時將檢測結(jié)果顯示。
    (2)防滑剎車控制盒檢測
    這部分檢測包括對控制盒電源電壓的檢測、模擬機(jī)輪信號檢測防滑控制盒的剎車控制參數(shù)、接地保護(hù)等。這些功能的檢測主要通過檢測裝置模擬實(shí)際的機(jī)輪信號通過接口盒提供給控制盒，從而測試控制盒相關(guān)的參數(shù)，顯示反饋給操作人員。
    (3)防滑剎車系統(tǒng)附件檢測
    防滑剎車系統(tǒng)附件檢測主要包括機(jī)輪速度傳感器的檢測、指令傳感器檢測、電液壓力伺服閥檢測等。通過檢測這些傳感器上電壓的大小，計算出它們的電阻，判斷出開路、短路或者正常三種狀態(tài)。
    (4)人機(jī)接口功能
    人機(jī)接口包括鍵盤和顯示。主要完成按鍵的輸入(包括部分檢測參數(shù)的輸入、各檢測功能模塊的選擇等)、各項(xiàng)檢測結(jié)果的顯示以及數(shù)據(jù)上傳PC的實(shí)時狀態(tài)等。
    (5)檢測參數(shù)的存儲以及上傳PC
    檢測參數(shù)的掉電存儲便于檢測裝置的野外使用，便于歷史數(shù)據(jù)的查詢；將數(shù)據(jù)上傳PC便于對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，本檢測裝置設(shè)計通過USB和PC機(jī)通信，方便快捷，上位機(jī)軟件采用C++Builder，開發(fā)。

2 系統(tǒng)主要硬件設(shè)計
2．1 A／D前端信號調(diào)理電路
    因?yàn)閺慕涌诤羞^來的信號電壓為0～10V左右，而DSP的A／D采樣信號允許的范圍在0～3．3V之間，所以必須加一級信號調(diào)理電路。電路如圖2所示，R1，R2構(gòu)成分壓電阻，為了保證A／D的精度，電路加一級電壓跟隨和低通濾波；二極管D1，D2是為了對DSP的A／D進(jìn)行保護(hù)設(shè)計，將輸入電壓鉗位在A／D不被損壞的允許值范圍內(nèi)。從抗干擾角度講，在運(yùn)放電源處加濾波電容。

2．2 USB接口電路
    CH375為國內(nèi)沁恒公司自主研發(fā)的USB接口芯片。支持3．3V和5V供電，支持全速USB接口，兼容USB 2．0協(xié)議；支持多種傳輸方式；關(guān)鍵是具有省事的內(nèi)置固件模式和靈活的外圍固件模式。內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關(guān)的USB協(xié)議，自動完成標(biāo)準(zhǔn)的USB枚舉過程，能大大簡化本地控制器的固件處理程序；采用4線控制：寫選通、讀選通、片選輸入、中斷輸出。
    DSP與CH375的接口電路如圖3所示。DSP與CH375采用異步串行通信，電源引腳線上并聯(lián)的電容為退耦作用，CH375中斷端口與DSP的外部中斷輸入腳連接，下降沿有效。

2．3 模擬機(jī)輪速度信號電路
    在實(shí)際的剎車過程中，機(jī)輪速度傳感器所產(chǎn)生的信號近似為正弦信號，所以設(shè)計正弦信號發(fā)生電路，并且信號的頻率可以改變，基于上述要求，選擇AD公司生產(chǎn)的低功耗、可編程的高精度波形發(fā)生芯片AD9833。AD9833具有外圍設(shè)備簡單，支持SPI通信方便與DSP的連接，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，并且波形的頻率和相位都可以通過編程改變。
    AD9833與DSP通信接口電路如圖3所示。圖中10M的信號來自外接的晶振，EN_9833來自DSP的使能控制信號，SPICLK、SPISIMO為與DSP之間的SPI通信數(shù)據(jù)線。設(shè)置使能控制信號主要是為了不同外設(shè)分時利用SPI總線。

2．4 人機(jī)接口電路
    人機(jī)接口電路主要包括DSP和液晶的通信電路、按鍵掃描電路。DSP和液晶根據(jù)DSP的I／O口的分配情況采用并口通信，在通信線路上加一級低通濾波；因?yàn)榘存I僅幾個，采用普通的矩陣掃描式結(jié)構(gòu)。這兩個電路硬件簡單，不貼出具體電路圖了。

3 系統(tǒng)主要軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件分為下位機(jī)軟件程序和上位機(jī)軟件程序，而下位機(jī)軟件包括系統(tǒng)初始化、按鍵處理子程序、液晶顯示子程序、USB中斷服務(wù)子程序、各功能模塊檢測程序等。整個系統(tǒng)軟件采用C語言嵌入?yún)R編語言(下位機(jī))、C++Builder(上位機(jī))語言開發(fā)。
3．1 系統(tǒng)主程序軟件
    DSP運(yùn)行主程序框圖如圖6所示。功能模塊檢測程序主要包括防滑剎車控制盒功能檢測、機(jī)輪速度傳感器開短路檢測、電液壓力伺服閥開短路檢測、控制盒電源電壓檢測等。

3．2 模擬機(jī)輪速度信號產(chǎn)生程序
    DSP通過SPI總線和AD9833進(jìn)行通信，通過對AD9833寫不同的控制字，改變AD9833產(chǎn)生信號的頻率(這里不需要修改信號相位)。本檢測裝置設(shè)計利用按鍵依照人為的要求對頻率的增減。具體實(shí)現(xiàn)的流程圖如圖7所示。

3．3 USB中斷服務(wù)程序
    CH375初始化先進(jìn)行自檢，判斷CH375是否工作正常，如果工作正常則進(jìn)入下一步，否則繼續(xù)等待；將CH375配置為內(nèi)置固件模式。USB數(shù)據(jù)發(fā)送過程為：先向CH375寫入WR_USB_DATA命令，等待USB主機(jī)取走數(shù)據(jù)，然后CH375鎖定當(dāng)前的緩沖區(qū)，防止重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)，將INT#引腳設(shè)置為低，進(jìn)入USB中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行GET STATUS命令獲取中斷狀態(tài)，執(zhí)行WR USB DATA命令，寫入待發(fā)送數(shù)據(jù)。執(zhí)行UNLOCK USB命令釋放緩沖區(qū)，退出中斷服務(wù)子程序，等待發(fā)送下一組數(shù)據(jù)。
3．4 上位機(jī)處理程序
    上位機(jī)軟件采用C++Builder開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取、顯示、歷史數(shù)據(jù)保存和一定的分析處理功能。在實(shí)際程序設(shè)計中，用戶登陸、檢測USB設(shè)備和請求上傳數(shù)據(jù)均設(shè)置有允許失敗次數(shù)，并予以相應(yīng)提示。上位機(jī)軟件和下位機(jī)通信程序流程圖如圖8所示。
    USB是一個全新的外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，具有熱插撥、自動配置功能。USB接口的使用，方便檢測裝置和電腦的數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)語
    該檢測裝置經(jīng)過測試能夠快速地檢測飛機(jī)防滑控制盒和機(jī)輪剎車系統(tǒng)附件的故障信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，上傳PC分析、處理等功能；具有良好的人機(jī)界面使檢測裝置能獨(dú)立在野外實(shí)行操作；現(xiàn)在正處于最后的細(xì)節(jié)完善階段。