基于PXI总线架构的发动机参数采集系统仿真设备研究

刘源 赵小勇 周宇辰

摘 要：针对某型发动机参数采集器的调试、试验、验收及外场联试等需求，设计基于PXI总线架构的发动机参数采集系统仿真设备。本文以发动机参数采集系统为描述对象，从系统架构设计、硬件设计、软件设计三个方面开展工作，对实现方案进行介绍，并给出相关实现结果，具有较强的应用价值。

关键词：发动机参数采集；PXI；LabVIEW

发动机参数采集系统主要用于采集发动机滑油压力、滑油温度、旋翼转速的等系统参数信息；采集发动机控制器、告警盒相关数据；记录发动机历程参数，并能进行发动机功率检查；将采集的参数处理后送给综合显示器、飞行参数采集记录器及发参显示器[1]。

由于发动机参数采集系统内部交联信号较多且复杂，为了保证发动机参数采集系统的稳定可靠的运行，同时提高产品的研发能力、缩短调试周期、便于开展外场试验和软件测试工作，本文以某型发动机参数采集器为实际被控对象，开发一套基于PXI总线的发动机参数采集系统仿真设备，并对设计与实现进行了详细介绍。

1 系统架构设计

基于PXI总线架构的仿真设备系统架构组成如图1所示，主要包括PXI工控机、信号调理箱、发动机参数采集器等。发动机参数采集器通过调试线缆与信号调理箱连接，通过调理箱对采集信号进行调理后，送入工控机内的各采集板卡，各采集板卡通过PXI总线与总线控制器交互通讯[2]，在操作系统界面运行测试软件模拟发动机控制器、综合显示器、飞行参数记录器、发参显示器及告警盒等数据，仿真整个发动机参数采集系统。

2 硬件平台设计

仿真设备硬件平台主要由工控机、采集板卡、信号调理箱组成。

2.1 工控机

工控机采用SIC15124i73U机箱作为仿真设备控制承载体；四核TP462作为控制器，采用PXI（cPCI）总线工业板卡，安装在SIC15124i73U机箱内，用于支持发动机参数采集器的硬件接口资源交互，运行操作系统，加载仿真软件。

2.2 采集板卡

2.2.1 A/D数据采集卡

选用A/D扫描采集板卡AECADCPCI32M，该板卡提供32通道单端或16通道差分模拟量输入，具备16bit分辨率和高达250kHz A/D转换速率，可编程增益包括1、2、4、8四种及两种A/D触发模式，板载FIFO 可到32MB，其强大的功能能够满足不同用户的工业测量和自动化控制需求，良好的兼容性适用于各类系统配置。

2.2.2 数字I/O卡

离散量输入选用采集卡CPCI1105A，该板卡基于32位/33MHz CPCI 总线规范，提供96路离散量信号采集，输入具有滞回比较及保护功能，提高抗干扰能力，每个通道可软件设置为28V/开（28V/地）或地/开采集两种采集模式。

离散量输出选用板卡CPCI1101A，该板卡基于32位/33MHz CPCI 总线规范，提供96路离散量输出信号，每个通道可手动设置为电源/电源断或电源地/电源地断输出，可用于各类工業测量。

2.2.3 ARINC429板卡

ARINC429通讯选用板卡型号为AEC429CPCI1616，该板卡为CPCI数据接口总线，32位总线接口，共16路发送通道，16路接收通道，波特率100K，50K、12.5K可自选设置，并带自检功能。

2.2.4 串口通讯卡

串口通讯选用AECRSCPCI16/Z串口卡实现交互功能。该串口卡采用标准32位33MHz的CPCI总线接口；具备16路RS232/RS422/RS485串行通讯接口，电平模式硬件选择；波特率及数据格式软件可编程；支持中断和查询两种数据读取模式，每路发送缓冲容量为2047×8Bit，每路接收缓冲容量为4M×8Bit，满足系统需求。

2.3 信号调理箱

信号调理箱主要完成工控机、采集板卡与发动机参数采集器信号调理、分类及交联工作。调理箱前面板可提供被测产品的信号断连及调试开关，方便调试排故；调理箱后面板用于设备交联，采用防差错设计，提供设备使用的安全性、可靠性。

3 软件设计

仿真软件采用NI公司的LabVIEW平台开发。LabVIEW和basic、labWINDOWS/ CVI一样，是一种程序开发环境，其最大区别是使用了图形化编程语言 G语言，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员所熟悉的术语、图标和概念，是一个面向最终用户的工具，同时，其自带的函数库可以用于数据采集、GPIB 和串行设备的控制、数据分析、数据显示和数据存储，提供了实现仪器编程和数据采集的便捷途径[3]。

仿真软件主要包括接口测试软件和系统仿真软件两部分组成，接口测试软件用于完成发动机参数采集器的接口的手动测试、自动测试功能；系统仿真软件通过模拟发动机控制器、综合显示器、飞行参数记录器、发参显示器及告警盒等设备，完成与发动机参数采集器的数据交互，模拟整个参数采集系统；并同时提供设备自检、用户数据管理和设备校准等功能。

3.1 设备校准软件

设备校准是提供仿真设备信号校准的方法。将校准结果保存到资源配置库中对应的数据表中。编写校准软件之前，在资源配置库中填写校准配置表。校准软件界面显示校准通道的信号名称、断点号、接口定义，信号范围等信息。模拟量校准按照两级校准方式，根据调理比例系数、软件界面输出值与参考信号范围，经比例系数换算后，再通过软件公式校准一次，作为结果输出，校准软件界面如图2所示。

3.2 接口测试软件

接口测试软件包括手动、自动测试两部分，可手动或自动完成对发动机参数采集器的离散量输入/输出接口检测、模拟量输入/输出接口检测、频率量输入接口检测、通讯接口检测等组成，接口测试界面如图3所示。

3.3 系统仿真软件

系统仿真软件用于模拟发动机参数采集系统的运行状态，仿真界面如图4所示，发参采集器采集调理箱模拟送出的发动机滑油压力、滑油温度、主减滑油温度、主减滑油压力等模拟量信号，旋翼转速、自由涡轮转速等转速信号，轮载、放气活门等离散量信号，并通过ARINC429总线接收仿真软件模拟端的发动机控制器、告警盒的输出参数，通过采集器自身解析、组包后，由RS422总线发送给仿真软件上模拟端的综合显示器、发参显示器、飞行参数记录器，并接收综合显示器的控制命令，完成整个参数采集系统数据交互及仿真。

4 总结

本文提出了一种基于PXI总线架构的发动机参数采集系统仿真设备的研究，并从系统架构设计、硬件平台设计、仿真软件设计三个方面介绍了仿真设备的具体实现方案。经过实际使用，该仿真设备能较好的完成发动机参数采集器的接口测试工作，并能满足发动机参数采集系统的仿真要求，大大缩短了产品开发、调试、试验周期，具有较好的工程实用价值。

参考文献：

[1]刘源，孙东亚，于正同.基于ARM的民机发动机参数采集系统硬件设计与实现[J].信息通信，2017（08）：4344.

[2]李迎.基于PXI的实时仿真测试系统构建技术研究[J].计算技术与自动化，2013（12）：2324.

[3]刘源，张晓斌，高楠，吴小华.基于LabVIEW的机载28V直流用电设备测试系统的设计[J].计算机测量与控制，2011 （19）：13351337.

作者简介：刘源（1987），男，山东日照人，硕士，工程师，计算机应用。