高度集成化1553B電纜測試系統(tǒng)

作為當(dāng)前航空航天電子設(shè)備首選的數(shù)據(jù)總線， 1553B 總線電纜網(wǎng)絡(luò)的可靠性直接影響到整個系統(tǒng)的正常運行，總線故障甚至?xí)斐呻y以估計的損失，因此電纜網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)加工、系統(tǒng)組裝前、使用維護等各環(huán)節(jié)的檢測是對使用1553B總線的整個系統(tǒng)可靠性的最基本的保障。

1 需求分析

傳統(tǒng)的1553B電纜網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的全面測試，包含了靜態(tài)電氣性能測試、動態(tài)信號波形測試，需要用到萬用表、特性阻抗分析儀、示波器、信號發(fā)生器、絕緣耐壓測試儀等設(shè)備，整個測試過程十分繁瑣，對測試人員要求高，耗時相當(dāng)長，效率極低。一種高度集成化的電纜測試系統(tǒng)，是集成了上述儀器儀表功能的智能化測試系統(tǒng)，整個過程全自動完成，無須人工干預(yù)，最終形成詳細的測試分析報告，可大大提高測試效和可靠性。

2 總體設(shè)計方案

為能夠適應(yīng)內(nèi)場和外場的測試場地以及運輸?shù)姆奖悖鞠到y(tǒng)采用一體化便攜型機箱結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主控制處理單元，1553B總線測試專用單元，測量采集模塊，測試接口單元。

圖1高度集成化1553B電纜測試系統(tǒng)的組成

主控單元采用嵌入式平板電腦，其豐富的外設(shè)可滿足擴展各個系統(tǒng)模塊的要求，可安裝Windows XP操作系統(tǒng)。1553B總線測試專用單元基于FPGA設(shè)計，主板控制處理器、網(wǎng)絡(luò)測試用的1553B總線控制器全部集成在FPGA內(nèi)部，集成度高，體積小，達到便攜式設(shè)計要求，實現(xiàn)信號激勵源以及1553B協(xié)議通訊等。數(shù)據(jù)采集模塊采用基于USB計，負責(zé)對總線上的數(shù)據(jù)信號的采集和對總線物理性能測量等，傳輸?shù)街骺貑卧M行分析處理。測試接口單元能實現(xiàn)被測網(wǎng)絡(luò)接入的的繼電器矩陣模塊，是線纜與總線測試專用單元的橋梁。

2 硬件設(shè)計

2.1 主控單元

主控單元采用的是嵌入式工業(yè)級平板計算機，搭載觸摸液晶顯示屏，可安裝Windows XP操作系統(tǒng)系統(tǒng)，具有多個USB、RS232、WLAN接口，為設(shè)計友好的人機交互界面提供了條件。

2.2 測量采集單元

測量采集單元選用的是基于USB接口的測量采集模塊，其中內(nèi)部已固定嵌入USB型的數(shù)字示波器和USB型數(shù)字萬用表模塊，外部可根據(jù)需求擴展USB型或串口型通訊的測試設(shè)備，例如絕緣電阻測試儀、介質(zhì)耐壓測試儀等。其中數(shù)字示波器具有以下性能，帶寬200MHz，采樣速率高達1 GS/s;支持2通道輸入;存儲深度為32Mpts;垂直分辨率8位 ;緊湊的便攜式結(jié)構(gòu);最大輸入CAT 130Vrms， 42Vpk。 數(shù)字萬用表具有以下性能，分辨率位數(shù)為6為半， 2線或4線的電阻測量，測量范圍位0-10MΩ。

2.3 總線測試單元

總線測試單元是基于FPGA設(shè)計，其主板的原理框圖如圖2所示?？偩€測試單元主板搭載的核心是一款大容量的FPGA，其中內(nèi)嵌歐比特公司的高可靠嵌入式處理器S698 IP核作為主控SOC，同時內(nèi)部集成了電纜網(wǎng)絡(luò)測試和終端設(shè)備功能測試用的1553B總線控制器，配合外圍接口模塊，實現(xiàn)了USB 接口、RS232接口 、1553B 電纜網(wǎng)絡(luò)測試控制模塊以及1553B 終端設(shè)備控制模塊的功能。其 S698 IP 核是一款可裁減的基于AMBA總線架構(gòu)的內(nèi)核，帶有豐富的外設(shè)，特點如下：

● 帶 IU/FPU 單元，支持 5級流水 ;

● 帶有內(nèi)存控制器，可以外接 SRAM /PROM/SDRAM;

● 帶有中斷控制器;

● 帶有 2 個 UART 串口;

● 帶有 2 個內(nèi)部定時器;

● 帶有 GPIO 接口;

1553B總線控制器 IP核是歐比特公司專 門為航空、航天測控網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備開發(fā)的符合MIL -STD -1553B協(xié)議的總線控制器模塊。該模塊內(nèi)部實現(xiàn)了1553B總線協(xié)議處理器和總線數(shù)據(jù)收發(fā)器，可以完成總線控制器、遠程終端和總線監(jiān)視器三種總線設(shè)備的功能。此處使用的1553B內(nèi)核是集成了2個OBT1553B的功能，從而實現(xiàn)具有獨立兩路1553B功能的總線控制器。同時內(nèi)核內(nèi)置了32K X 16Bit靜態(tài)存儲器，靜態(tài)存儲器容量可根據(jù)需要修改。

圖2總線測試單元原理框圖

2.3 測試接口單元

測試接口單元是以繼電器為基礎(chǔ),基于RS232通訊的鏈路切換矩陣，由于測試功能及測試鏈路多，因此采用了I/O口資源多的FPGA作為主控芯片，其繼電器矩陣如圖3所示。

為保證信號質(zhì)量本單元設(shè)計中，選用的是磁保持繼電器，在匹配阻抗的同時兼顧了絕緣耐壓測試所需的安全距離使整個系統(tǒng)自身直流1000V絕緣電阻達到100MΩ以上，交流500V漏電流小于0.02mA。

圖3測試接口單元原理框圖

4 軟件設(shè)計

為保證軟件的可靠行、可擴展性以及維護方便，本軟件采用設(shè)計增量模型進行軟件工程的開發(fā)，在明確需求后將各個構(gòu)件模塊是逐漸并入已有的軟件體系結(jié)構(gòu)中。其中系統(tǒng)軟件主要包含用戶管理模塊、參數(shù)配置模塊、功能測試模塊、報表統(tǒng)計及分析模塊、無人值守測試模塊，底層驅(qū)動模塊、波形分析及回放模塊，軟件的總體框圖如圖4所示。

圖4系統(tǒng)軟件框圖

測試系統(tǒng)采用中文界面軟件。軟件平臺具有以下功能和特性：

a) 友好的人機交互界面：軟件系統(tǒng)操作簡單、易學(xué)、易掌握，界面美觀、操作舒適;

b) 完備的測試控制：可以根據(jù)測試要求設(shè)置各種測試條件，對于復(fù)雜的設(shè)置，系統(tǒng)給出操作步驟向?qū)Щ蛱崾?

c) 實時的測試監(jiān)視：系統(tǒng)實時采集測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)要求以數(shù)字、文字、曲線、圖形等方式顯示出來(導(dǎo)通、隔離性能需要記錄實測值;網(wǎng)絡(luò)性能測試需要保存示波器圖片);

d) 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理：系統(tǒng)可以記錄保存所有測試數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)分析功能，可以根據(jù)分析結(jié)果生成測試報告并打印輸出;測試過程中也可進行數(shù)據(jù)報表的查看和分析功能;

e) 測試控制：可進行自動測試，也可根據(jù)用戶的設(shè)置完成對被測試通信網(wǎng)絡(luò)制定的單步測試?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實際情況刪減測試條目。被測對象出現(xiàn)不合格時，直接定位總線故障所在點。并能根據(jù)被測對象的具體結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，設(shè)定產(chǎn)品的合格判定指標范圍，設(shè)備測試值自動比較判定，給出結(jié)論;

f) 測試回放管理：系統(tǒng)可以將保存的測試數(shù)據(jù)在軟件系統(tǒng)上回放，回放數(shù)據(jù)同樣可以以數(shù)字、文字、曲線等方式顯示出來;

g) 具備按照用戶定義執(zhí)行定時測試，也可按任務(wù)計劃表執(zhí)行無人值守測試的功能。

5 結(jié)語

本文闡述了一種高度集成化的智能化的1553B電纜測試系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以驗證1553B總線電纜網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)工藝的合理性，并能充分驗證被測的總線電纜是否滿足GJB 289A -9或MIL-STD-1553B-1996的要求。該系統(tǒng)不受限于使用產(chǎn)地，并且高度集成化，可擴展功能多，能夠滿足生產(chǎn)以及維護1553B總線電纜的所有測試需求。目前該系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用，其可靠性、高效性也得到了充分的驗證。