某型飞机航空火箭弹发控系统检测仪设计

张兵，刘向东，曹建平，王玉刚

（1.海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041；2.海军北海舰队航空兵航空仪器计量站，山东青岛266041）

某型飞机航空火箭弹发控系统检测仪设计

张兵1，刘向东2，曹建平1，王玉刚1

（1.海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041；2.海军北海舰队航空兵航空仪器计量站，山东青岛266041）

在现有的维修基础之上，改进目前使用的航空火箭弹发控系统检查仪，进一步提高航空火箭弹发控系统的维护效率和质量。

航空火箭弹；火箭弹发控系统；单片机

0 引言

航空火箭弹是一种常用的对地攻击武器，在我国的各型歼击机、歼击轰炸机乃至教练机上都有装备，且在训练中经常使用。随着实战化训练、实战化保障要求的提出，各类型航空军械装备的保障工作都面临着更高的工作标准和更快的工作节奏要求。设计开发了一种低成本、高可靠性、功能完善、便携式的航空火箭弹发控系统一线检测设备，经机上试用证明，该检测仪很好地满足了以上需求。

1 总体设计

检测仪的方案设计考虑了2种总体方案。

（1）使用NATIONAL INSTRUMENTS的PXI总线结构搭建检测仪，其总体系统结构框图，图1。

图1 PXI总线方案结构框图

目前的PXI技术已经非常成熟、应用非常广泛，硬件模块和软件开发包都比较丰富，具有软硬件开发周期短的特点，且功能全面，可以检测各种高低频模拟信号、数字信号，并且具备较为完善的串行总线通信能力和数字、模拟控制量输出能力，还具备实时的电流/电压检测能力。但缺点是硬件体积大、结构复杂，造成其便携性差、可靠性不佳；另外，其开发成本也比较高。因此，不选用这种方案。

（2）采用了STC单片机控制器的方案，其总体系统结构框图，图2。

图2 单片机控制器方案结构框图

该方案具有体积小、硬件成本低的优点，制作出的检测仪可以实现小型化，方便外场一线使用。MCU的可靠性也很高，完全可以满足大电流、强辐射条件的工作。缺点是为了实现小型化，硬件上需要自行设计电路板，软件上没有通用的开发包，从底层的硬件驱动，到顶层的应用软件均需要自行开发，开发成本比较高和周期比较长。

综合考虑各方面的因素，最终笔者选用了方案（2），所制作的检测仪的外观图，图3。

2 硬件设计

检测仪的硬件选用3块STC军品级MCU作为控制器，分别用于自检、采样和输入输出的控制。整个系统的硬件由信号隔离调理电路、采样电路、I/O电路和自检电路组成。

2.1 信号隔离调理电路

信号隔离调理模块结构框图，图4。为了确保火箭弹不被意外点火，设计了32路运放隔离电路，确保检测仪内部的大电流不会窜入火箭发控电路。

2.2 采样电路

图3 检测仪外观图

采样电路结构框图，图5。采样电路内设1个独立A/D转换器（转换速率为3 MSa/s），控制32个模拟通道，因此，在最多32通道同时输入状态下仍可保持每通道10 kSa/s的采样率。外部输入的模拟信号经过通道隔离及信号调理后，进入核心器件A/D转换器转换为数字量后存入FIFO中。由于外部输入为32通道，采样电路具有单次采样、单通道扫描、重复周期扫描、多通道轮询扫描等多种工作模式，在MCU1内设软序列发生器，其功能就是实现这些不同的工作方式，它根据本次的工作需要，设置ADC的工作方式，并按照一定的时序切换不同的通道。

2.3 I/O电路

I/O电路原理，图6。其中，LED驱动电路使用8050三极管直接驱动面板上的16个高亮度集成LED灯管，可保证在外场烈日下清晰可见；LCD驱动电路使用RA8835A驱动一个宽温单色LCD点阵屏，使用温度范围为-10～70℃；键盘驱动电路采用中断控制，由MCU2的中断服务程序负责处理按键事件。

2.4 自检电路

自检电路使用一个独立的MCU2，模拟机上发控线路产生的脉冲，直接并联加载在运放隔离调理电路中，这个模拟信号会通过整个电路。这样设计自检电路的好处是，如果电路中的任何一个环节出现了问题，自检电路都可以发现。

3 软件设计

测试系统的软件采用KEIL μVision4 C51开发环境，配合STC调试软件和仿真器进行开发。51系列单片机的软件开发资料比较多，因此本文不做过多的讨论，只就本系统中一些自行设计的比较有特点的软件结构进行一个罗列。

3.1 任务调度系统设计

软件系统的核心为一个自行设计开发的STC MCU任务调度系统。这个调度系统可以实现一个小型的时间分片式实时任务系统的基本功能，它将所有的任务分为实时任务和非实时任务两大类，分别由实时任务中断管理系统和非实时任务调度系统负责管理调度。3个MCU的任务调度系统结构基本相同。MCU2的任务管理调度系统结构图，图7。

实时任务采用中断的形式调度运行，区分不同的任务优先级，保证高优先级任务的响应时间在需求指标范围内；非实时任务由一个任务调度函数负责统一调度，采用8051 MCU的通用计时器0方式0进行计时。

3.2 系统工作模式转换

整个软件系统的工作采用了“基于状态”的管理方式，将系统从开机到关机的所有工作状态抽象为几个“模式”，系统的状态在各个“模式”之间切换。当前系统的“模式”是且只能是一个“模式”，因而进一步抽象了系统的逻辑概念。有3个优点。

（1）减少了代码编辑过程中的人为差错。

（2）提高了代码的可读性和可维护性。

（3）为将来进一步扩充系统功能提供了空间，如果需要加入新的功能，只需将其作为一种模式加入即可。

系统中MCU2的系统工作状态转换图，图8。

调度系统根据一定的转换条件将系统的工作状态在“等待模式”、“查询模式”、“内检模式”、“检完模式”、“自检模式”5种状态之间来回切换，实现了整个系统工作逻辑的统一控制。

图4 信号隔离调理模块结构框图

图6 I/O电路结构框图

4 结束语

笔者设计制作了某型飞机航空火箭弹发控系统检测仪，重点讨论了系统的总体设计、硬件结构和软件设计等方面的问题。在外场的实际应用中证明，它能在确保安全的前提下，自动完成多种型号飞机火箭发控线路的电性能测试，并给出测试结论以及故障诊断结果，很好地满足了实际工作需要，能明显地提高机上火箭发控线路的测试效率以及维修水平，降低了系统的维护使用成本。

图7 MCU2系统工作模式转换图

图8 MCU2系统工作模式转换图

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〔编辑 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.53