音频控制面板5145-1-XX 系列测试台的设计与实现

■ 李钰歌 史健康/法荷航空附件服务（上海）有限公司

0 引言

随着民航运输业的快速发展，国内部附件维修企业的维修业务量不断攀升，其中包括音频控制面板的送修。国内的主流中大型客机为波音和空客机型，波音客机装备的音频控制面板5145-1-XX 系列因其稳定优秀的性能沿用至今，该系列音频控制面板在维修市场拥有巨大的体量。

音频控制面板（ACP）是飞机音频控制系统的人机交互接口，其可靠性直接与空地通信和机组间通信质量相关联。因此，在ACP 送修量加大的情况下保证维修质量和增强部件维修的可靠性具有现实意义，其中的关键是解决ACP 的测试问题。

由于传统的手动测试台使用原厂提供的电路图设计，测试步骤繁琐，操作较多。随着ACP 送修量加大，几百个测试数据都需要手动操作和记录，大大增加了部件维修人员的工作量，容易导致出错。此外，传统测试台仅仅局限于对ACP 开关功能的测试，无法复现因ACP 其他部分损坏导致的很多间歇性故障，这对于复杂故障的排除非常不利，容易导致ACP 的短小时拆换。

因此提出设计并制作一种全新的满足CMM 手册测试需求的ACP 自动测试设备，一方面可以提高ACP 的测试效率和排故效率，实现无法由手动测试台实现的众多功能，另一方面可以积累设计经验，透彻理解该系列音频控制面板的工作原理。

1 ACP 功能和工作原理简介

图1 为PN：5145-1-64 ACP 的外观展示。该型ACP 与REU（遥控电子组件）协作管理进出飞行机组的音频信号，飞行机组使用ACP 控制通信和导航系统的音频。ACP 的功能包括音频的选择呼叫功能、接收器的音频调节功能、无线电与内话模式的PTT 选择功能、音频过滤选择功能、应急/正常模式的切换功能以及BOOM-MASK 选择功能，部分5145 系列的ACP 还有卫星通话的相关选择功能。

图1 音频控制面板5145-1-64外观图

根据ACP 相关CMM 手册提供的电路原理图和REU 相关电路原理图可知，REU 工作时需要给ACP 提供一个连续的时钟信号，ACP 的多路复用电路将REU 提供的时钟信号和BCD 计数器初始化，ACP 发送给REU 的5 位字在两个多路复用器之间进行比较，随着地址的变化，多路复用器将逐步扫描每路输入信号。每个前面板的控制器在每个扫描周期内单独采样，此时的多路复用器输入端电压是每个控制器直接的电平状态。图2 所示为ACP 输出的典型波形，表1 是ACP 输出波形每个数据位对应的具体通道位置。

表1 数据位位置和分配

图2 ACP输出典型波形

2 ACP 测试台的设计与制作

从上述分析可知，ACP 与REU 之间的通信方式更类似于一种复用与解复用的关系。REU 给ACP 提供一个时钟信号，ACP 通过不断扫描获得各个控制器通道的电平，并将这些电平打包成一串可由REU 识别的模拟脉冲信号，REU 接收信号后通过解复用的方式获得所有通道的具体电平信息，ACP 与REU 之间通过该过程即可实现控制信号的发送与接收。

因此，设计ACP 测试台也要从该信号的特征入手，所设计的测试台不仅需要模拟REU 输出信号，还要接收并分析ACP 输出的脉冲信号串。

2.1 ACP 时钟信号产生

对原厂测试台电路原理图进行模拟与仿真发现，ACP 工作所需的输入信号频率较低，但输入信号电平较高，因此可以使用单片机输出适当频率的方波信号，配合NPN 三极管组成开关电路产生时钟信号，具体电路如图3 所示。

图3 ACP时钟信号产生电路

2.2 ACP 输出信号检测

对REU 测试台进行多次实际测量发现，ACP 输出的波形信号可以通过单片机AD 采样获得各个通道的具体值。考虑到ACP 输出波形的脉冲宽度较小，需要一种AD 采样速率较快的单片机用于输出波形的采样。

因此，选用ATMEGA2560-16AU 芯片作为测试台的主要控制芯片，在输出时钟信号的同时，通过ADC 采样解码ACP 输出的波形信号。ATMEGA2560-16AU 芯片有10 位精度的ADC 功能，AD 转换速度为13 ～260μs，可以满足该信号的采样要求。此外，该型单片机ADC 可以选用两种外置的电压参考基准，这对于提高AD 采样的准确性有很大作用。

2.3 ACP 测试台基本架构

ACP 测试台的基本架构如图4 所示。

图4 ACP测试台基本架构图

硬件层由电源管理模块、ACP 测试主控模块和ACP 接口模块组成。其中，电源管理模块包括交直流电源转换单元、DCDC 电源转换单元、DCDC 电源显示与保护单元，用于ACP 供电和测试台的基本供电；ACP 测试主控模块包括开关主控单元和MCU 主控单元，开关主控单元用于将手动测试台开关电子化，实现程控开关的功能，兼具ACP输入输出信号的电平转换功能，MCU主控模块用于测试台硬件层测试程序实现，包括时钟信号的产生和ACP 输出脉冲信号的解码。开关主控单元电路图如图5 所示。

图5 ACP_MCB电路图

通信层使用常用的RS-232 串行通信方式，预留RS-422 通信接口，可在需要时启用。

软件层使用C#语言编程。该编程语言是微软公司发布的由C 和C++衍生的面向对象的编程语言，是一种运行于.NET Framework 和.NET Core（完全开源，跨平台）之上的高级程序设计语言，可以很好地设计并调试ACP 测试台软件，与C++、C 之间具有很强的类似性，容易学习和使用。测试台软件层功能包括手工测试功能、自动测试功能、测试报告生成功能、测试报告打印功能、测试台自检功能。软件部分人机交互界面图如图6 所示。

图6 测试台人机交互界面

从整个ACP 测试台系统的角度出发，应用层分为ACP 功能性测试、ACP机载功能模拟和ACP 故障大数据分析。其中，ACP 功能性测试是基本功能应用，依据CMM 手册测试相关章节进行适当的自动或手动测试；ACP 机载功能模拟用于复现常规测试台难以复现的部分故障，ACP 测试台可以模拟REU 功能实现ACP 部分机载功能的车间模拟；ACP 故障大数据分析基于ACP 自动测试报告的积累并通过CMM 手册提供的排故指引实现故障“发现即排除”，同时，通过对测试数据的分析可以发现ACP的隐性故障，帮助维修人员快速排故，提高维修质量。

3 ACP 测试台功能验证

根据民航规章对该类设备的要求，需要对此类设备进行相关性验证测试，记录试验结果并分析该设备是否与OEM 设备等效。

本文使用传统的手动测试台，依据CMM 手册23-51-23 的测试部分对ACP（PN：5145-1-64，SN：6645）进行功能测试并记录所有测试结果，然后使用研发的自动测试台对该ACP 进行5 次循环测试，得到5 次循环测试的结果，进行相关性分析，部分试验结果如图7所示。

图7 相关性验证部分结果

通过相关性验证可以确定，该测试台测试结果完全符合CMM 手册23-51-23 测试要求，可以很好地完成件号5145-1-64 的ACP 的功能测试，测试效率也因自动测试功能软件的优化设计得到大幅提高。

为了更好地支持其他5145-1-XX 系列的ACP，该测试台针对其他件号ACP进行了多次软件适配工作，目前该测试台已能支持6 个件号的ACP，正在进行波音737MAX 飞机上新型ACP 的软件适配工作，并取得了实质进展。

4 总结

本文介绍了一种新型5145-1-XX 系列ACP 测试台的设计与制作，相较于传统的手动测试台，该型测试台从ACP输出信号处理的角度提供了一种新的设计思路。通过大面积的电子开关的应用，实现了所有原测试台传统开关的有效程控；通过研究CMM 手册测试步骤，研发了符合CMM 手册测试规范的自动测试软件，有效减少了传统测试过程的操作步骤，提高了测试效率。经过多次试验与测试验证，该型测试台能够很好地满足CMM 手册的测试要求，为部附件行业手动测试台的改进提供了新的思路。