坦克火控系统故障注入设备控制软件设计

杜斌 张雷

摘要：针对我陆军在合成化改革后暴露出对装备保障训练工作建设不足的问题，提出了一种新型设备维修训练手段。以坦克火控系统为具体研究对象，采用故障注入技术，在深入研究火控系统工作原理、构造、故障机理、故障注入等问题基础上，提出了一种通用型、自动化的故障注入设备的控制软件设计思路，对于提升火控系统测试水平，促进火控系统的部队维修保障能力建设具有十分积极的意义。

关键词：坦克火控系统;故障注入;软件设计

0 引言

坦克火控系统故障注入设备的主要功能是为坦克火控系统的故障诊断与排除教学提供平台，同时可以作为辅助教学手段，提高坦克火控专业维修和保障人员的培训效率。根据文献[1]可知，故障注入设备应具备以下功能：（1）火控系统中各类信号采集功能;（2）故障注入功能;（3）数据存储、管理与分析功能。为实现上述功能，故障注入设备被划分为主控单元和中控单元两大主要组成部分。中控单元用于实现运行状态监测、故障生成、故障注入、信号采集与指示功能，为硬件部分;主控单元由上位机及其控制软件组成，用于发出控制信号，令下位机完成坦克火控系统技术状态参数以及各测试点的输出信号采集、故障生成、故障注入，并给用户提供人机交互界面，还具备数据管理与数据库维护等功能。

1 软件功能分析

坦克火控系统故障注入设备控制软件在设计阶段需要考虑到：（1）软件安全性;（2）软件可移植性;（3）可扩展性;（4）易维护性等。在系统设计时，采用3层体系结构，这是较为先进的一种软件设计思路[2]。软件整体体系结构如图1所示，分为展示层、逻辑层和数据访问层。其中，展示层给用户提供前台的交互与操作界面;逻辑层即控制软件中的程序逻辑控制，包括运算、数据转换和数据传递等;访问层是控制软件主要完成软件层面对软件数据库的维护与访问。

2 软件方案设计

根据火控系统运行特性和开展故障注入试验的相关要求[3]，坦克火控系统故障注入设备控制软件的基本功能结构框图如图2所示。

软件应实现的主要功能包括：

（1）坦克火控系统运行部件故障检测。通过采集坦克火控系统技术状态信号和运行数据，开展故障诊断和故障机理分析。控制软件应在后端分析、监控并判读坦克火控系统的运行数据，实时显示采集的坦克火控系统运行参数并辅以图形表示，还能快速保存和回放测试数据，最后输出符合用户要求的试验数据记录表。

（2）故障注入。构建坦克火控系统工作流程数据链仿真功能，以此模拟坦克火控系统动作指令，同时控制仿真数据链，实现对故障诊断结果与试验数据管理的交互模拟，完成预设故障模式的注入。

（3）数据管理。构建软件数据库，满足每次使用坦克火控系统故障注入设备开展故障注入试验后的管理、存储和用户查询每次测试数据需求，同时数据库还方便调用和对比专家库中的历史数据，进而完成故障定位、检测与预测功能。

（4）通信配置。配置通信接口，设置参数，并实现控制软件自检以及电气参数检查功能，尽可能保证软件的正常运行，预防和避免事故的发生及被测对象的损坏。

（5）用户管理。基于软件工程思想，设定不同的用户权限，区分上位机控制软件的使用者和开发者，提高软件的稳定性、安全性，保证上位机控制软件的代码保密性。

（6）软件帮助。通过文字说明、视频图像、音频播放等方式，提供上位机控制软件的操作方法与功能描述，便于用户学习和使用。

3 主程序设计

控制软件主程序基本流程如图3所示。

（1）初始化。包括软件初始变量赋值、基本参数初始化和用户交互界面的初始化生成。

（2）传递技术状态检测指令至下位机。上位机将控制指令通过微控制器下达至信号采集器，然后信号采集器采集坦克火控系统各部件运行技术状态信号后，再经由调理电路转换为电平信号，最后采用光电耦合转化，消除模数转换期间的电磁干扰，最终回传至微控制器。微控制器经CAN总线实时将采集到的技术状态信号传输至上位机，上位机控制软件将状态信号通过图形方式在故障注入操作界面直观显示给用户;另外，微控制器将采集到的技术状态信号送入故障注入器，由故障注入器驱动继电器阵列物理显示。

（3）调整软件参数，注入预设故障模式。将预设故障模式转化为故障注入信号发送至下位机，由微控制器驱动故障注入器进行故障注入，然后将故障注入后传输线缆航空插头内针脚状态信号回传至控制软件，软件分析采集数据后判断当前坦克火控系统技术状态，实施故障隔离，输出故障检测结果。

（4）结束运行条件。直至故障注入试验结束前可重复注入故障，当不再进行注入故障时，控制程序的主程序结束运行。

控制软件与下位机通信流程如下：

（1）在下位机收到控制软件发出的设置故障操作指令前，该控制软件均运行后台闲置程序，下位机即故障注入设备的硬件部分不发生动作，也就是不向坦克火控系统系统注入故障。

（2）当下位机接收到控制软件通过CAN总线传输的故障注入操作指令时，下位机按控制软件通信协议进行故障设置指令的读取和解析，然后将自身的故障样本编号和IP地址返回控制软件进行分析，并等待下一个故障设置指令的发出。

（3）在定时器达到2/3时设置溢出中断，即每30 ms发生一次中断。在控制软件的“定时器2/3中断”函数中编程，采集并调整坦克火控系统技术状态信息后，经“CANII发送函数”传至上位机。最后由控制软件进行数据处理，并对用户以图形界面的形式显示数据处理结果。

4 结语

本文提出了坦克火控系统故障注入设备控制软件的设计思路，为故障注入设备的实现以及后续软件编程的实现打好了理论基础。

[参考文献]

[1] 邵思杰，熊伟，曹勇，等.某型自动装弹机故障注入系统研究[J].计算机测量与控制，2018，26（2）：125-128.

[2] 李志宇，黄考利，连光耀.基于测试性設计的软件故障注入研究综述[J].计算机测量与控制，2013（5）：1112-1114.

[3] 李佳亮.故障注入技术综述[J].探索科学，2016（4）：205.

收稿日期：2020-05-06

作者简介：杜斌（1981—），男，山西五台人，研究方向：火力与指挥控制。