基于嵌入式計算機PC/104的某火箭彈自動測試儀應(yīng)用

1 引言

　　變滾轉(zhuǎn)速率火箭彈中的陀螺是敏感元件，它的作用是測出火箭彈飛行過程中出現(xiàn)的偏航角，這個偏航角經(jīng)過解算模塊的計算由控制器啟動執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行姿態(tài)控制，從而達(dá)到修正偏航的目的。但陀螺是一次性產(chǎn)品，在研制和測試過程中它是不工作的，因此需要對陀螺信號進(jìn)行模擬。對于偏航修正的結(jié)果也要進(jìn)行判定，看它是否與理想的控制效果一致，是否存在超前或滯后現(xiàn)象。因此有必要研制一臺自動測試儀進(jìn)行測試，除了以上兩個重要方面外，根據(jù)研制要求和測試要求本測試儀需要檢測的內(nèi)容還有二次電源、控制器時序、主發(fā)動機內(nèi)阻測試、姿態(tài)控制發(fā)動機內(nèi)阻測試.

　　本測試系統(tǒng)采用嵌入式計算機PC/104，PC/104與PC/AT體系結(jié)構(gòu)完全兼容，大小只有90mmX96mm,但它幾乎集成了普通臺式PC機的所有功能，并與之兼容，因此在PC機上開發(fā)的程序可以直接在PC/104 CPU模塊上運行，與單片機系統(tǒng)相比省去了專用的開發(fā)工具，而且維護(hù)方便。PC/104采用模塊化設(shè)計，硬件電路設(shè)計簡單，減少了開發(fā)周期。因此在本測試系統(tǒng)中我們采用嵌入式計算機PC/104。

2 系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1硬件框圖，如圖1所示：

圖1 硬件框圖

　　系統(tǒng)中中心模塊采用盛博公司的SCM-6456，它采用增強型80486DX的CPU，32M的RAM;兩個串口，波特率可由軟件控制，其中COM2可設(shè)置為RS-485方式;一個并口;VGA支持彩色和單色LCD、EL平板顯示器和模擬CRT;在板IDE和Floppy接口;采集模塊選用盛博公司的ADT650，此模塊具有12位的分辨率，最大100KHz的采樣率，模擬輸入共有16通道，最大 10V輸入;4通道模擬輸出;24通道TTL/CMOS兼容I/O;3個16位、最大10MHz的定時/計數(shù)器;信號條理部分主要是將待測試信號變換成適合ADT650采集的信號;人機界面中，因為要求輸入字符很少，自行設(shè)計了4X4的矩陣鍵盤，顯示結(jié)果既可在顯示器上顯示，也可以用打印機打印。

　　2.1.1 定時/計數(shù)器的配置

　　本測試儀要求輸出頻率為5-13Hz的信號，則周期為200ms到80ms左右，如果采取1ms定時進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的辦法，最小的一個周期輸出80個點，經(jīng)過實際測試，能夠滿足測試對象對模擬激勵信號的要求;另外在采集測試對象執(zhí)行機構(gòu)的控制信號時采用1ms定時采集的辦法，也能滿足最后數(shù)據(jù)判斷的要求，因此定時器定時時間為1ms（即定時器的輸出時鐘為1KHz）。而采集模塊ADT650上三個定時器的輸入時鐘都為10MHz,不能滿足要求，可以用級連的方法即將COUNTRT0的OUT與COUNTRT1的CLK輸入端、COUNTRT1的OUT與COUNTRT2的CLK端相連，其編程設(shè)置如下：（Base表示ADT650模塊的基地址，為0x330,下同）

　　outportb（Base+15,0x35）; /＊ 定時器0 方波發(fā)生器 ＊/

　　outportb（Base +12,00）; /＊ 計數(shù)值低字節(jié)送計數(shù)器0＊/

　　outportb（Base +12,10）; /＊計數(shù)值低字節(jié)送計數(shù)器0＊/

　　outportb（Base +15,0x75）; /＊ 定時器1 方波發(fā)生器 ＊/

　　outportb（Base +13,10）; /＊ 計數(shù)值低字節(jié)送計數(shù)器1＊/

　　outportb（Base +13,0）; /＊ 計數(shù)值低字節(jié)送計數(shù)器1＊/

　　即10MHz的時鐘經(jīng)1000分頻和10分頻后得到1KHz的時鐘;

　　2.1.2 模擬陀螺信號的設(shè)計

　　在火箭彈的研制和測試過程中，陀螺不工作，所以要求提供能夠模擬陀螺的激勵信號，有兩路：一路是偏航信號，一路是俯仰信號;這兩路信號經(jīng)過試驗相位相差90度，頻率由5Hz到13Hz逐漸變大，幅值由1V逐漸變小。ADT650上的模擬輸出范圍是-5V到+5V，D/A轉(zhuǎn)換的分辨率是12位，則-5V～+5V對應(yīng)的數(shù)據(jù)是0—4095，輸出0V對應(yīng)2048;設(shè)周期為T，則通過程序計算

　　2048+（409-40＊step）＊sin（2＊pi＊i/T）[!--empirenews.page--]

　　再計算DA數(shù)據(jù)的底8位（LSB）和高4位（MSB），分別寫入通道Base+1、Base+2，則數(shù)據(jù)被送到DA轉(zhuǎn)換器，并且每1ms輸出，就可以得到要求的信號;啟使時step=0，其中409表示輸出的幅值為1V，即1/5＊2048=409;隨時間變化step加1，就能使幅值逐漸變小。當(dāng)輸出一定周期數(shù)后，使頻率加1，這樣就達(dá)到頻率逐漸增大的要求，相應(yīng)的T就變小。另一路與它的相位相差90度，其計算函數(shù)為

　　2048+（409-40＊step）＊sin（2＊pi＊（I+4/T）/T）。

　　2.1.3 偏航修正的測試

　　火箭彈測試中的最重要內(nèi)容就是看執(zhí)行偏航修正的結(jié)果是否與理論的控制結(jié)果一致?；鸺龔椫袌?zhí)行偏航修正的是通過兩對電磁閥的開關(guān)來改變姿態(tài)控制發(fā)動機的噴火方向，所以該測試儀就必須采集4路電磁閥的開關(guān)信號。ADT650集成了uPD71055可編程外圍接口，用PA0～3來采集電磁閥的開關(guān)信號，采用1ms中斷采集一次信號，最后將采集的控制信號與標(biāo)準(zhǔn)的控制信號進(jìn)行比較，找出在切換時是否存在超前或滯后問題，以此來決定火箭彈性能的好壞。

　　2. 1. 4 模擬量采集

　　除了以上兩項重要的測試內(nèi)容外，還需測試的有二次電源，主發(fā)動內(nèi)阻，姿態(tài)發(fā)機內(nèi)阻

　   測試。二次電源主要有 5V和 12V，而ADT650的最大輸入范圍是 10V，因此要分壓衰減后才能輸入到A/D輸入端;對于內(nèi)阻的測試，采用轉(zhuǎn)換為測電壓的方法，最后在程序中轉(zhuǎn)換為所需實際電阻值;

　　對ADT650的A/D轉(zhuǎn)換利用直接編程的方法，首先寫B(tài)ase+3來選擇輸入通道，對于多通道采集只需設(shè)置一次，下一次A/D轉(zhuǎn)換會自動轉(zhuǎn)如下一通道。設(shè)置完成后寫入Base+0任何值便啟動A/D轉(zhuǎn)換，等待Base+5的位0變?yōu)?時（即A/D轉(zhuǎn)換完成），就可以讀取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為有意義的數(shù)據(jù)。

　　2.1.5 RS-485通信

　　本測試系統(tǒng)要與測試對象進(jìn)行通信，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，我們采用RS-485通信。SCM-6456模塊中有兩個串口COM1和COM2，其中COM2可通過跳線設(shè)置為RS485方式，其應(yīng)用電路如圖2：

圖2 485通訊

　　2.2 軟件設(shè)計

　　根據(jù)PC/104的特點，本系統(tǒng)采用DOS6.22操作系統(tǒng)，TC2.0環(huán)境編程，模塊化設(shè)計，并將程序固化在電子盤中，啟動時也從電子盤啟動。主要包括初使化模塊、串行通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等，程序流程圖如圖3：

圖3 程序流程圖

3 結(jié)束語

　　采用PC/104計算機設(shè)計自動測試系統(tǒng)，具有體積小、功耗低的特點，適宜做成便攜式設(shè)備，方便野外應(yīng)用。本測試儀還可在研制階段中代替信號發(fā)生器、示波器，方便數(shù)據(jù)分析。實際應(yīng)用表明，該測試儀穩(wěn)定、可靠。