飞机电源车在线故障检测系统实现

陈友龙，程 瑞，李勋章，胡新生

(海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041)

近年来我国海军四站保障装备正处在快速发展的阶段，保障装备的信息化也需要及时跟进，保障飞机飞行的电源车的型号多，保障要求高，因而很需要研制一套能够自动采集车辆动态技术状态的设备，对科学确定车辆的维修保养时间，实现车辆器材消耗规律的准确分析和预测，为管理部门提高车辆管理信息具有极为重要的意义。近年来国内很多专家学者对此展开了大量研究［1-5］。飞机电源车在线故障检测系统，应用了自动化检测和高级语言编程技术对电源车启动后的各种重要数据进行实时的检测、显示和存储。该检测系统由硬件和软件组成，安装在电源车车体内部，部队通过系统的适配箱以及配套的上位机软件可以随时查看车辆的整车运行情况，同时能够实现对出现的各种故障进行快速地定位和排除。

1 系统组成和工作原理

飞机电源车在线故障检测系统是由信号采集板卡、信号调理箱、信号综合处理电路板、模拟量采集器、UBS 接口组成，通过测量电源车蓄电池电压、应急开关工作情况、交流输出开关工作情况、(36 V)输出开关工作情况、(115 V)输出开关工作情况、(115 V)继电器工作情况、开关工作情况、油压开关工作情况、仪表用柴油机转速、调速用柴油机转速、直流电压、直流电流、发电机组三相电压、电缆输出三相电压、单相115 V 电压、单相交流电流，采集的电压、电流信号、脉冲信号，通过信号调理转换为0 ～5 V 的标准信号，标准信号通过USB 接口输出给上位机进行读取和储存。操作人员通过检测仪的适配箱以及配套的上位机软件可以随时查看车辆的整车运行情况，同时能够实现对出现的各种故障进行快速的定位和排除。系统原理如图1 所示。

图1 系统原理

2 系统硬件设计

飞机地面电源车在线检测系统的硬件部分主要完成电源车测量信号的调理和采集等功能，硬件结构框图如图2所示。行放大调理，最终将各种交流信号统一变送为0 ～5 V 的标准信号送入数模转换模块。

图2 硬件原理

转速信号调理电路将来自于车体的转速信号通过自制的转速调理电路进行信号的整形、放大、隔离，将转速信号统一变送为0 ～5 V 的标准信号送入数模转换模块。

开关量信号调理电路将来自于车体的开关量信号通过光电隔离器件进行隔离处理，采用日本东芝的PS8701 进行隔离，该隔离芯片的特点是隔离电压高(大于3 000 V)，响应速度快(小于1 μs)，同时抗震性能较为优越，广泛应用于车载电子系统，使我们本系统理想的选择器件。

信号综合处理电路板将上述模块进行集中整合，并对一些输出信号进行二次隔离、放大处理，同时将所有信号的连接线统一转换为能与模拟量采集器连接的标准连接方式。

12 位USB 模拟量采集器采用双诺公司的MP 系列采集卡，该采集卡集成的转换芯片为逐次逼近的A/D 转换芯片，采集速度大于300k，其12 位的精度完成能满足本系统的要求，内部参考电源采用美信公司的Max 系列参考电源，该系列参考电源温漂小、长期使用稳定性能优异。多路模拟转换开关选用ST 公司的集成缓冲功能的32 路转换芯片，切换速度小于0.5 μs，满足本系统要求。

由于自检仪适配箱采用车载蓄电池作为供电来源，该电源为车载其他众多设备共用，因此电源的洁净度较低，为了保证系统的可靠运行，必须对该电源进行净化。我们采用以下方案，如图3 所示。

图3 系统供电

直流信号调理电路将来自于车体的直流信号采用军品隔离变送模块进行隔离和运放处理。变送模块选用四川绵阳维博公司的0.2 级PCB 板安装的直流变送模块，将各种直流信号统一变送为0 ～5 V 的标准信号送入数模转换模块。

交流信号调理电路将来自于车体的交流信号采用军品隔离变送模块进行隔离和运放处理。变送模块选用美国LEM 公司的0.2 级PCB 板安装的交流变送模块，模块的输出信号通过交流信号调理电路上的二次运放电路进一步进

蓄电池电源通过共模滤波器消除了共模干扰信号，进一步输入到宽压输入的DC-DC，因为蓄电池电源同时供给车载多个电子设备使用，因此电源存在严重的瞬间拉电或浪涌的情况，必须采用宽压输入的DC-DC，我们选用的是专业做电源的北京朝阳公司的军品级宽压输入DC-DC(输入为18 ～36 V，输出为5 V 和±12 V)，该DC-DC 的优良的品质已经被部队多年实际使用证实。DC-DC 的输出通过线路板滤波器的进一步净化就可以提供给系统进行使用了。电源监测模块的主要作用是监测系统电源是否要发生变化。系统电源如果发生掉电情况，由于板上电容等储电器件的作用，电源会在100 ms 内才跌落出系统正常工作的电源范围，而电源监测模块会在电源变化得一开始就进行判断，在很短的时间内判断出电源是否要掉电，如果是则马上进行相应处理，在电源跌落出系统正常的工作范围之前，对USB 数据采集器进行硬触发从而通知上位机进行低压报警显示，极大的保证了系统的可靠性。

3 系统软件设计部分

如图4 所示，主要分以下4 个子模块。

操作功能设定模块:主要通过操作人员的选择和设定完成检测项目的选择、检测时间、检测模式的设定以及其他一些操作的设置。

图4 软件系统

虚拟仪表显示模块:主要完成测量数据的同步显示。主要有2 方面功能，一方面将测量数据以时间为横坐标、以数据实际数值为纵坐标进行曲线显示。另一方面可以通过与电源车车载电气系统完全相同的虚拟仪表对测量数据进行虚拟显示。例如在2009 年9 月8 日上午9 时12 分操作人员进行了某型电源车的单相115 V 供电操作，则虚拟仪表就会显示出当时操作人员进行的操作情况，如操作的各种开关状态、各种电压、电流、频率等数显表的当时显示等，为操作人员排除故障提供了极大的便利。

故障查询分析模块:主要完成用户对故障现象的查询功能，并为用户提供排故方法和播放排故录像。

结果处理模块:主要完成各种数据报表的打印、保存等功能，便于用户将重要数据进行保存和记录。

4 结束语

飞机电源车故障在线自检仪可以实现电源车的工况在线检测，为厂家对车况的整体把握和操作人员对出现故障后的及时排除提供了有利的保证。该自检仪在安装使用时充分考虑了各种恶劣的环境因素，具有很好的抗冲击、抗腐蚀、抗静电干扰等性能。该自检仪的应用对提高部队的装备维修效率和提高部队的应急作战能力具有深远的意义。

该仪器的研制成功将极大的提高对电源车装备的维护和维修能力，解决了电源车没有配套车载在线故障诊断仪器的问题，对电源车装备向信息化和智能化方向的发展起到了积极地推动作用，具有极高的军事和经济价值。

［1］李彤，李闯，常成.基于ZigBee 协议的短距离无线通信节点设计［J］.四川兵工学报，2012（7）:2729.

［2］李云溪，韩涛，项建峰.基于单片机的GPS 定位系统设计［J］.四川兵工学报，2012（11）:111-113.

［3］王建宇，戴跃伟.微型计算机原理及应用［M］.北京:化学工业出版社，2001.

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［5］唐运虞，刘向东，修春波.基于GPS/GPRS/GIS 的车辆监控系统的设计［J］.计算机系统应用，2004（10）:7-9.