嵌入式PC104舵電位計測試儀的設計

近年來，PC104技術迅速發(fā)展，其本身具備IDE接口可以外接硬盤和光驅，并具備并行接口和串行接口，并且可以擴展網絡接口。在嵌入式應用方面，與工業(yè)控制計算機相比，PC104可使儀器做得更加便攜，體積更小。本文介紹了PC104用于舵電位計測試儀方面的開發(fā)。舵電位計是一種專用儀器，其測試的精度要求很高，故測試很麻煩。舵電位計在使用之前或許由于某種原因存在一些問題，如果不對其進行測試，可能不能正常工作。因此，我們研制了1臺舵電位計測試系統(tǒng)，以保證其正常工作。

1. 舵電位計工作原理

　　舵電位計是導彈控制系統(tǒng)的一種重要儀器，其作用是對導彈燃氣舵的偏轉進行反饋，將信息送給計算機處理，用于導彈的制導和穩(wěn)定，它是導彈主動段飛行時制導系統(tǒng)和穩(wěn)定系統(tǒng)中的一個重要的環(huán)節(jié)。其工作原理如圖1所示。圖1中12、13點與18、22點有電氣上的連接關系，10、11點在機械上與滑動觸頭有連接關系，當燃氣舵偏轉帶動舵電位計偏轉，并使滑動觸頭到達電氣限動點后，限動信號輸入和限動信號輸出觸點接觸，則舵電位計的輸出2作為限動信號，同時輸出 1和輸出2兩路合成一路信號，作為反饋信號，共同送到彈載計算機，限制燃氣舵的偏轉。

2. 舵電位計測試儀的功能概述

　　通過測試儀與舵電位計對接，利用繼電器陣列控制精密電壓原、精密恒流源對舵電位計進行測試，來判斷舵電位計是否為合格產品。測試結果通過顯示器直觀顯示出來，并可以儲存、打印測試結果。該測試儀可實現(xiàn)的功能包括：舵電位計自檢、接觸可靠性檢測、電阻性能檢測、工作角檢測、電壓性能檢測。

3. 測試儀硬件設計

3.1 測試儀硬件構成

　　舵電位計測試儀硬件由PC104及其外圍電路、測量電路、控制電路組成。硬件電路結構圖如圖2所示。

　　由于舵電位計的輸出受電源精度尤其是紋波電壓的影響較大,故測試時加的電源應比較穩(wěn)定，因此采用穩(wěn)壓源。A/ D 轉換器的位數(shù)是9位，可以使測量誤差 0.3%，滿足設計要求。測量電路由模擬開關、前置電路和A/D轉換器組成，實現(xiàn)舵電位計電阻、電壓的多點測量，并將測量的物理量轉化為數(shù)字量，送入計算機;控制電路由I/O電路、繼電器開關陣列組成，提供舵電位計測試所需電壓、電流;控制通道根據(jù)程序自動切換和加載;電源電路由穩(wěn)壓源、恒流源組成，滿足繼電器開關陣列驅動，提供舵電位計測量用的高精度源;步進電機控制反饋電路，完成回轉工作臺旋轉驅動和定位控制;工業(yè)控制計算機部分，選用嵌人式 PC104工業(yè)控制計算機是從可靠性角度考慮，以工控機為核心，實現(xiàn)產品測試過程的自動化。觸摸屏完成狀態(tài)、參數(shù)的設置，同時在觸摸屏上顯示測試結果，判斷測量數(shù)據(jù)正確性。通訊接口包括外接鍵盤和鼠標，USB用于存儲數(shù)據(jù)導出和與打印機相連輸出測試報告。

3.2 測量方法

　　測量方法如下：

　?、?電位計測試儀自檢

　　如果需要對測試儀進行自檢，需將測試短路頭連接到測試儀的X38接口上。自檢時采用短路接插件的方法，電位計測試儀自動測量各通道的連線、繼電器開關和電路的電阻值，并將這一數(shù)據(jù)記憶和保存，在測試儀進行舵電位計測量時自動減去，確保測量電阻準確性。

　　⑵ 電位計接觸可靠性檢測

　　當控制電路將左、右舵電位器的3和16腳連接在一起，并自動在兩個滑動觸點5和18腳上加載DC+5V電壓時，測量電路以1K采樣頻率讀取測試過程數(shù)據(jù)，也可以外接示波器觀察波形，完成電位計接觸可靠性檢測。

　　⑶ 電位計電阻性能檢測

　　控制電路自動將電流源分別與電位計的3和7腳連接，COM端與1腳連接，測量電路COM端與1腳連接，自動讀取3和1腳（或7和1腳）的電壓數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)輸入計算機，計算得到電位計的全電阻和半電阻值。同樣方法可以完成另一個電位計的全電阻和半電阻值的檢測。

　?、?電位計工作角檢測

　　控制電路可以根據(jù)舵電位計的電氣閉合觸點10和12腳狀態(tài)，自動輸出指示和控制。

　　⑸ 電位計電壓性能檢測

　　控制電路自動將電壓源（DC+15）與電位計的1連接，電壓源（DC-15）與電位計的3連接，COM端與7腳連接，測量電路COM端與7腳連接;人工輸入測量角度范圍，測試儀自動讀取5腳的電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入到計算機，計算得到電位計的零點重合性及不靈敏區(qū)。同樣方法可以完成另一個電位計的檢測。

　?、?自動測量

　　電位計測試過程受控PC104嵌人式工業(yè)計算機，人工設置好所有需要測試項目，測試儀根據(jù)順序自動檢測完成，當需要人工輸入參數(shù)或數(shù)據(jù)，測試儀會顯示提示，指導使用者工作。

4. 測試儀軟件設計

　　舵電位計測試儀是一臺自動測量設備，軟件在Visual C ++ 6. 0 和Windowsxp平臺上編寫,人機界面非常友好,操作人員易于使用。

4.1 測試儀自檢

　　舵電位計測試儀測試軟件操作界面面如圖3所示。點擊“測試儀自檢”，程序進入舵電位計自檢測試子程序，進入自檢界面，如圖4所示，點擊“開始自檢”，設備即開始自檢，檢查的項目如圖4所示，結果會在圖4對應的欄目中顯示出來，設備自檢完后，去掉短路連接頭，將舵電電位計連接上測試儀，準備進入舵電位計測試。

4.2 舵電位計測試

　　返回測試儀自檢單元，退回到測試軟件的主界面，如圖3所示。點擊進入單元測試，程序調用單元測試子程序，進入單元測試界面，如圖5所示，點擊進入“開始測試”，將進入舵電位計的單元測試。首先是電阻測試，測試界面如圖6所示，點擊“開始測量”，系統(tǒng)將開始對電位計的電阻性能進行測試，測試完成后，測量結果將顯示在對應的欄目中。

　　電阻的測量采用5 mA 恒流源對被測對象加激勵的方法,再采樣被測對象所加電流正端的電壓,根據(jù)被測對象的電壓和電流來計算電阻。電阻測試完成后，單擊“確認”，將提示“是否進入下一步測試項目”，點擊“是”，將進入電氣閉合角和機械限制角測試。工作角測試可以通過檢測限動信號的方法來確定。若無限動信號,則表明舵電位計未到電氣限動點。若已到達電氣限動點,則可以檢測到限動信號,電氣限動點對應的角就是工作角。機械限制角就是機械限動點對應的轉角,其測試可以用手感來判斷,當轉臺搖不動時,將轉臺向反方向搖動,轉向點處的轉角就是限制角,并將其存儲到計算機中。同樣方法，即可完成不靈敏區(qū)測試、零點重合性測試和均勻性測試。在測試中發(fā)現(xiàn)，即使是在舵電位計的輸入轉角和輸出電壓的線性部分，其關系也并非嚴格的線性，而是類似磁滯回線。因此，測試時可按由左到零和由右到零兩個方向搖回轉臺，并在零點處采樣舵電位計的輸出，則零點重合性（零位電壓） 可以測出。測量完成后，點擊“確認”，本次單元測試結束。點擊單元測試中的“退出測試”，又將會出現(xiàn)測試軟件的主界面，點擊主界面的單步測試，將進入單步性能測試界面。在此，可以選擇需要測試的性能進行測試，具體方法與單元測試一致。同樣，可以對測試儀的參數(shù)進行設置，也可對測試儀的數(shù)據(jù)管理信息進行設置。

5. 結論

　　本文設計的舵電位計測試儀,能夠正確判斷舵電位計是否合格，使測試精度達到0.3%，減少了測量時間，較以前的測試系統(tǒng)有較大提高,并且降低了操作的復雜性,操作界面美觀，因而具有良好的應用價值。