嵌入式PC104舵電位計(jì)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

近年來，PC104技術(shù)迅速發(fā)展，其本身具備IDE接口可以外接硬盤和光驅(qū)，并具備并行接口和串行接口，并且可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口。在嵌入式應(yīng)用方面，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)測(cè)試儀方面的開發(fā)。舵電位計(jì)是一種專用儀器，其測(cè)試的精度要求很高，故測(cè)試很麻煩。舵電位計(jì)在使用之前或許由于某種原因存在一些問題，如果不對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，可能不能正常工作。因此，我們研制了1臺(tái)舵電位計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，以保證其正常工作。

1. 舵電位計(jì)工作原理

　　舵電位計(jì)是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的一種重要儀器，其作用是對(duì)導(dǎo)彈燃?xì)舛娴钠D(zhuǎn)進(jìn)行反饋，將信息送給計(jì)算機(jī)處理，用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)和穩(wěn)定，它是導(dǎo)彈主動(dòng)段飛行時(shí)制導(dǎo)系統(tǒng)和穩(wěn)定系統(tǒng)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。其工作原理如圖1所示。圖1中12、13點(diǎn)與18、22點(diǎn)有電氣上的連接關(guān)系，10、11點(diǎn)在機(jī)械上與滑動(dòng)觸頭有連接關(guān)系，當(dāng)燃?xì)舛嫫D(zhuǎn)帶動(dòng)舵電位計(jì)偏轉(zhuǎn)，并使滑動(dòng)觸頭到達(dá)電氣限動(dòng)點(diǎn)后，限動(dòng)信號(hào)輸入和限動(dòng)信號(hào)輸出觸點(diǎn)接觸，則舵電位計(jì)的輸出2作為限動(dòng)信號(hào)，同時(shí)輸出 1和輸出2兩路合成一路信號(hào)，作為反饋信號(hào)，共同送到彈載計(jì)算機(jī)，限制燃?xì)舛娴钠D(zhuǎn)。

2. 舵電位計(jì)測(cè)試儀的功能概述

　　通過測(cè)試儀與舵電位計(jì)對(duì)接，利用繼電器陣列控制精密電壓原、精密恒流源對(duì)舵電位計(jì)進(jìn)行測(cè)試，來判斷舵電位計(jì)是否為合格產(chǎn)品。測(cè)試結(jié)果通過顯示器直觀顯示出來，并可以儲(chǔ)存、打印測(cè)試結(jié)果。該測(cè)試儀可實(shí)現(xiàn)的功能包括：舵電位計(jì)自檢、接觸可靠性檢測(cè)、電阻性能檢測(cè)、工作角檢測(cè)、電壓性能檢測(cè)。

3. 測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)試儀硬件構(gòu)成

　　舵電位計(jì)測(cè)試儀硬件由PC104及其外圍電路、測(cè)量電路、控制電路組成。硬件電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　由于舵電位計(jì)的輸出受電源精度尤其是紋波電壓的影響較大,故測(cè)試時(shí)加的電源應(yīng)比較穩(wěn)定，因此采用穩(wěn)壓源。A/ D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是9位，可以使測(cè)量誤差 0.3%，滿足設(shè)計(jì)要求。測(cè)量電路由模擬開關(guān)、前置電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成，實(shí)現(xiàn)舵電位計(jì)電阻、電壓的多點(diǎn)測(cè)量，并將測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī);控制電路由I/O電路、繼電器開關(guān)陣列組成，提供舵電位計(jì)測(cè)試所需電壓、電流;控制通道根據(jù)程序自動(dòng)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(guān)陣列驅(qū)動(dòng)，提供舵電位計(jì)測(cè)量用的高精度源;步進(jìn)電機(jī)控制反饋電路，完成回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和定位控制;工業(yè)控制計(jì)算機(jī)部分，選用嵌人式 PC104工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是從可靠性角度考慮，以工控機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品測(cè)試過程的自動(dòng)化。觸摸屏完成狀態(tài)、參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)在觸摸屏上顯示測(cè)試結(jié)果，判斷測(cè)量數(shù)據(jù)正確性。通訊接口包括外接鍵盤和鼠標(biāo)，USB用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)出和與打印機(jī)相連輸出測(cè)試報(bào)告。

3.2 測(cè)量方法

　　測(cè)量方法如下：

　?、?電位計(jì)測(cè)試儀自檢

　　如果需要對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行自檢，需將測(cè)試短路頭連接到測(cè)試儀的X38接口上。自檢時(shí)采用短路接插件的方法，電位計(jì)測(cè)試儀自動(dòng)測(cè)量各通道的連線、繼電器開關(guān)和電路的電阻值，并將這一數(shù)據(jù)記憶和保存，在測(cè)試儀進(jìn)行舵電位計(jì)測(cè)量時(shí)自動(dòng)減去，確保測(cè)量電阻準(zhǔn)確性。

　　⑵ 電位計(jì)接觸可靠性檢測(cè)

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

　?、?電位計(jì)電阻性能檢測(cè)

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

　?、?電位計(jì)工作角檢測(cè)

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

　　⑸ 電位計(jì)電壓性能檢測(cè)

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

　　⑹ 自動(dòng)測(cè)量

　　電位計(jì)測(cè)試過程受控PC104嵌人式工業(yè)計(jì)算機(jī)，人工設(shè)置好所有需要測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試儀根據(jù)順序自動(dòng)檢測(cè)完成，當(dāng)需要人工輸入?yún)?shù)或數(shù)據(jù)，測(cè)試儀會(huì)顯示提示，指導(dǎo)使用者工作。

4. 測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)

　　舵電位計(jì)測(cè)試儀是一臺(tái)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，軟件在Visual C ++ 6. 0 和Windowsxp平臺(tái)上編寫,人機(jī)界面非常友好,操作人員易于使用。

4.1 測(cè)試儀自檢

　　舵電位計(jì)測(cè)試儀測(cè)試軟件操作界面面如圖3所示。點(diǎn)擊“測(cè)試儀自檢”，程序進(jìn)入舵電位計(jì)自檢測(cè)試子程序，進(jìn)入自檢界面，如圖4所示，點(diǎn)擊“開始自檢”，設(shè)備即開始自檢，檢查的項(xiàng)目如圖4所示，結(jié)果會(huì)在圖4對(duì)應(yīng)的欄目中顯示出來，設(shè)備自檢完后，去掉短路連接頭，將舵電電位計(jì)連接上測(cè)試儀，準(zhǔn)備進(jìn)入舵電位計(jì)測(cè)試。

4.2 舵電位計(jì)測(cè)試

　　返回測(cè)試儀自檢單元，退回到測(cè)試軟件的主界面，如圖3所示。點(diǎn)擊進(jìn)入單元測(cè)試，程序調(diào)用單元測(cè)試子程序，進(jìn)入單元測(cè)試界面，如圖5所示，點(diǎn)擊進(jìn)入“開始測(cè)試”，將進(jìn)入舵電位計(jì)的單元測(cè)試。首先是電阻測(cè)試，測(cè)試界面如圖6所示，點(diǎn)擊“開始測(cè)量”，系統(tǒng)將開始對(duì)電位計(jì)的電阻性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成后，測(cè)量結(jié)果將顯示在對(duì)應(yīng)的欄目中。

　　電阻的測(cè)量采用5 mA 恒流源對(duì)被測(cè)對(duì)象加激勵(lì)的方法,再采樣被測(cè)對(duì)象所加電流正端的電壓,根據(jù)被測(cè)對(duì)象的電壓和電流來計(jì)算電阻。電阻測(cè)試完成后，單擊“確認(rèn)”，將提示“是否進(jìn)入下一步測(cè)試項(xiàng)目”，點(diǎn)擊“是”，將進(jìn)入電氣閉合角和機(jī)械限制角測(cè)試。工作角測(cè)試可以通過檢測(cè)限動(dòng)信號(hào)的方法來確定。若無限動(dòng)信號(hào),則表明舵電位計(jì)未到電氣限動(dòng)點(diǎn)。若已到達(dá)電氣限動(dòng)點(diǎn),則可以檢測(cè)到限動(dòng)信號(hào),電氣限動(dòng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角就是工作角。機(jī)械限制角就是機(jī)械限動(dòng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角,其測(cè)試可以用手感來判斷,當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)搖不動(dòng)時(shí),將轉(zhuǎn)臺(tái)向反方向搖動(dòng),轉(zhuǎn)向點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角就是限制角,并將其存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中。同樣方法，即可完成不靈敏區(qū)測(cè)試、零點(diǎn)重合性測(cè)試和均勻性測(cè)試。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，即使是在舵電位計(jì)的輸入轉(zhuǎn)角和輸出電壓的線性部分，其關(guān)系也并非嚴(yán)格的線性，而是類似磁滯回線。因此，測(cè)試時(shí)可按由左到零和由右到零兩個(gè)方向搖回轉(zhuǎn)臺(tái)，并在零點(diǎn)處采樣舵電位計(jì)的輸出，則零點(diǎn)重合性（零位電壓） 可以測(cè)出。測(cè)量完成后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，本次單元測(cè)試結(jié)束。點(diǎn)擊單元測(cè)試中的“退出測(cè)試”，又將會(huì)出現(xiàn)測(cè)試軟件的主界面，點(diǎn)擊主界面的單步測(cè)試，將進(jìn)入單步性能測(cè)試界面。在此，可以選擇需要測(cè)試的性能進(jìn)行測(cè)試，具體方法與單元測(cè)試一致。同樣，可以對(duì)測(cè)試儀的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，也可對(duì)測(cè)試儀的數(shù)據(jù)管理信息進(jìn)行設(shè)置。

5. 結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)的舵電位計(jì)測(cè)試儀,能夠正確判斷舵電位計(jì)是否合格，使測(cè)試精度達(dá)到0.3%，減少了測(cè)量時(shí)間，較以前的測(cè)試系統(tǒng)有較大提高,并且降低了操作的復(fù)雜性,操作界面美觀，因而具有良好的應(yīng)用價(jià)值。