基于PC/104的某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测系统

崔云先，郭立明，吕作良，安阳，祁洋

(1.大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028;2.大连大学 经济管理学院，辽宁 大连 116028)

基于PC/104的某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测系统

崔云先1，郭立明1，吕作良2，安阳1，祁洋1

(1.大连交通大学 机械工程学院，辽宁 大连 116028;2.大连大学 经济管理学院，辽宁 大连 116028)

针对某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置在实际应用中的测试和维修需求，研制了一种基于PC104工业主板的自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测系统.该检测系统以PC104工业主板为硬件核心，通过PC104总线控制PCM-3718HG数据采集模块采集数据，采用NI公司的LabVIEW软件编译检测软件系统.系统可完成信号的采集、实时运算、数据波形实时显示、故障分析和数据存储等功能.该检测设备操作简单，性能稳定，大大缩短了设备维修时间，为该型号自行榴弹炮武器系统的快速维护提供了有力保障.

榴弹炮；供输弹驱动控制；PC104；LabVIEW；检测系统

0 引言

在当今信息化时代，战争呈现高技术特征，随之武器装备的快速保障也成为军队战斗力提升的重要保证.某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置主要功能是控制炮管、协调器、弹仓等设备的协调工作，实施对地面目标的精确打击.目前，该型号自行榴弹炮供输弹驱动控制装置并没有适合基层二级或中继级修理机构的检测设备，该控制装置如果需要修理，必须拆卸后送到装备有相应型号自行榴弹炮检测车的一级维修机构进行测试、维修.该控制装置的拆卸、运输等过程需要浪费大量时间，严重影响了该型号自行榴弹炮的保障效率和部队的应急作战能力.因此，急需研制一种自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测系统 ，用于基层二级或中继级修理机构的检测维修.

1 供输弹驱动控制装置的基本功能与要求

某型自行榴弹炮供输弹驱动控制装置，已预留出数据采集接口.对该装置进行检测时,需开启自行榴弹炮辅机，通过操纵自行榴弹炮控制箱输出炮管、协调器和弹仓工作指令,并同时通过数据采集接口采集自行榴弹炮供输弹驱动控制装置输出的指令信号和相应设备的工作信号，将采集到的信号与标准值数据库进行比较，从而自动判断并显示检测结果.同时，需要实时显示检测信号波形、存储检测结果，以便后期查看结果、总结故障规律.

表1 待测信号与信号特征

此外，检测系统的硬件系统要求防震性能好,方便拆卸，操作简单[1]；能够准确采集各项被测信号值，测量误差不超过0.5%；能够多通道并行依次进行数据采集，最低采样频率50 kHz；能够实时显示并记录保存测试信息结果，按输入条件随时查询测试结果.榴弹炮供输弹驱动控制装置中所需测试信号及信号特征如表1所示.

2 检测系统硬件组成

根据某型榴弹炮供输弹驱动控制装置对检测系统必须能够满足野战和恶劣环境下的便携仪器的需要，采用小体积、高可靠性的嵌入式系统.与通用型计算机系统相比，嵌入式系统具有功耗低、可靠性高、功能强大、性价比高、实时性强、支持多任务、占用空间小、效率高等特点，可面向特定应用，根据需要灵活定制，并越来越多地应用到测控领域[2].基于驱动控制装置的检测需求,结合成本控制要求，在满足全部测试任务和一定的扩展性的前提下，构建了基于PC/104的嵌入式系统的开发平台.硬件设备主要包括PC104嵌入式工业主板、PCM- 3718HG数据采集卡、AA084XA03型8.4寸工业LCD液晶屏、触摸屏等，以及自行研制的电源系统、信号调理板和矩阵键盘等.系统原理图如图1所示.

图1 系统原理图

2.1 PC/104嵌入式工业主板

由于设备应用环境复杂，根据供输弹驱动控制装置的测试需求，选择Advantech公司的PCM3362N-S6型嵌入式工业主板，该主板集成Intel Atom N450低功耗处理器，工作主频最高可达1.66 GHz，能够充分满足对数据采集和数据处理的要求.在接口方面，提供18/24位TFT LCD接口，PC/104总线接口，以及USB等多种外设接口[3- 4].能够在温度范围为-40～+85℃、相对湿度范围为5%～95%的环境下正常工作[5].

2.2 数据采集卡

由于需要采集的供输弹驱动控制装置的9路信号均为模拟电压信号，为了配合使用PC/104工业主板，采集卡选用Advantech公司的PCM- 3718HG数据采集卡.它是一种高性能多功能数据采集模块，提供16单端或8微分模拟输入接口，输入信号范围0～10 V，以及12位A/D转换器，通过DMA(直接存储器存取)转移，采样率可达100 kHz.该采集卡能够通过PC104总线接口直接与PCM3362N-S6型嵌入式工业主板连接，利用标准的固定孔进行固定，形成栈接式的紧凑结构[3].

2.3 信号调理板

由于供输弹驱动控制装置待测信号为模拟电压信号，范围在0～28 V之间，所选采集卡输入模拟信号电压范围为0～10 V，所以要对待测信号进行处理，以匹配采集卡的输入范围[6].同时搭建数据采集卡PCM3718HG与自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测端口之间的信号通道.根据各路待测信号特征，将所需信号进行滤波、衰减或电平处理输入计算机.为了减小负载对测试信号的影响，根据电阻串联分压公式

(1)

选择R1=11kΩ,R2=100kΩ,将信号衰减为原来的1/10，以满足采集卡对输入电压信号的要求.

采用滤波器在一定的频率范围内去除干扰噪声.几乎所有的数据采集应用都会在一定程度上受到来自于电线或机械设备等50Hz或60Hz的噪声影响[7].为了最大程度上抑制50Hz或60Hz噪声而专门设计了低通滤波器.RC无源滤波器截止频率计算公式

(2)

当选用相同截止频率值时，电阻越小，负载对滤波器的影响越小.取R=2kΩ，由式(2)计算得出C=2μF.信号调理板前端电路如图2所示.

图2 信号调理板电路

2.4 键盘

键盘功能主要有按键识别、去抖、发送扫描码、自动重发、接收键盘命令、处理命令等.为实现设备的简单操作，键盘采用4行×6列的矩阵行列结构，采用行扫描法识别按下的按键.

89C51单片机有4个8位I/O端口,因此可以采用P0口的4个(P0.0-P0.3)作为行扫描线.P2口的6个(P2.0-P2.5)作为列输入线.采用P3.0、P3.1作为数据线和时钟线与PC系统进行通信.键盘硬件原理图如图3所示.单片机主程序流程图如图4所示.

图3 键盘硬件原理图

图4 主程序流程图

键盘与PC104工业主板通过一个五芯插座相接，4个有效引脚的定义分别是电源(VCC)、地(GND)、串行时钟线(CLK)、串行数据线(DATA).其接口如表2所示.

2.5 电源系统

为了适应野战环境要求，电源由自行榴弹炮自身提供+24V直流电压源，需分别为PC/104工业主板和散热器提供12V和5V直流电压源.根据需求，采用SF24S12- 10W模块和SF24S5- 20W模块构成设备电源系统.其中SF24S12- 10W模块为24V输入，12V输出，输出功率10W，SF24S5- 20W模块为24V输入，5V输出，输出功率20W.电源入口采用自熔断恢复器保护电路安全.模块前端采用LC滤波，使电源更加稳定、可靠.

3 检测系统软件设计

检测软件基于Windows2000操作系统，在LabVIEW环境下编写面向对象的可视化应用程序.软件采用模块化设计[8]，其主要功能是控制PC104计算机采集自行榴弹炮供输弹驱动控制装置检测端口的输出信号，将实际采集值与理论基准值进行对比，最终判断并显示和存储结果.

为了能够更好地显示测试结果，软件中除表针和数字窗指示测试结果外，还设置了波形显示窗口、故障指示灯等显示方式，能够实时显示采集的信号波形，提示检测项目运行状态.同时能够根据数据库中已知故障数据进行故障分析，帮助检修人员完成快速诊断.检测仪单项测试界面如图5所示.同时该软件可提供历史数据查询功能，每次测试的结果保存在数据库中，以便技术人员对故障原因进行分析、总结，最终对故障数据库进行升级.历史检测数据查询界面及检测数据如图6所示.

图5 单项测试界面图

图6 检测数据查询界面图

软件程序调用第三方控件，循环采集数据采集卡各通道数据，通过判断、比较，最终将所需结果显示在前面板.数据采集部分程序框图如图7所示.

图7 数据采集部分程序框图

4 结论

本测试系统以PC104工业主板为硬件核心，具有小体积、高可靠性等特点，能够满足恶劣环境下的便携仪器的需要.软件系统以LabVIEW为开发平台，其人机界面友好，功能强大；开发效率高、可维护性强；测试精度高、稳定性和可靠性能得到充分保证；具有很高的性价比.检测结果表明，测试系统能够实时、稳定、连续地提供自行榴弹炮供输弹系统运动的动态信息，从而能更好地掌握驱动控制装置的工作状态，为自行榴弹炮武器系统的快速维护提供了保障.

[1]丁超.基于PC104的视频采集系统设计[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学,2010.

[2]ZHANGYE,LIWENXING.TheDesignofVibrationMonitoringSystemBasedonPC104Bus[J].ProcardiaEngineering,2011,15：3911- 3915.

[3]张志勇,李亮.基于PC104总线技术和EVC软件平台的分布式测试系统开发[J].工业控制计算机，2011,24(10):3- 5.

[4]吴昊.USB-PC104接口的设计与实现[D].成都：四川大学,2005.

[5]张武,张春华,唐劲松,等.基于PC/104-Plus总线数据采集系统设计与实现[J].微计算机应用，2006(1):57- 60.

[6]胡明华.基于PC104工控机的切割机数控系统研制[D].成都：西南交通大学,2011.

[7]房纪涛.基于PC104总线的数据采集仪与数据分析系统的研究开发[D].淄博：山东理工大学,2006.

[8]陈勇,刘晓平,应怀樵.基于PC104的高性能便携式数据采集系统[J].测控技术,2009(1):28- 31.

A Detection System of Ammunition Drive Control Device for a Howitzer based on PC/104

CUI Yunxian1,GUO Liming1,LYU Zuoliang2,AN Yang1,QI Yang1

(1.School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China;2.School of Economic and Management,Dalian University,Dalian 116028,China)

A drive control device detection system is developed to detect the accuracy of transport ammunition for howitzer with PC104 industrial motherboard as the core.To cope with a drive control device testing and maintenance requirements in practical application,the detection system uses the compile testing software Lab VIEW to collect data through PCM- 3718-HG data acquisition module which controlled by PC104 bus.The system has functions such as signal acquisition,real-time operation,waveform data real-time display,fault analysi and data storage.The equipment provides a powerful guarantee,with simple operation,stable performance and short maintenance time for the rapid maintenance of the howitzer weapon system.

howitzers;ammunition drive control;PC104;Lab VIEW;detection system

1673- 9590(2015)01- 0051- 04

2014- 04- 14

辽宁省教育厅高等学校科学研究计划资助项目(L2013184);辽宁省自然科学基金资助项目(201202024)

崔云先(1963-)，女，教授，博士，主要研究方向为传感器与测试技术，先进制造技术的研究

E-mail:dlcyx007@126.com.

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