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基于嵌入式PC104舵电位计测试仪的设计
xiao_xiao1 发表于 2009/4/14 12:32:41 451 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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关键词：嵌入式PC104;舵电位计;测试仪;继电器阵列
Abstract : This article introduced the design of a helm potentiometer instrument based on embedded PC104, this measure instrument is appropriate to C38-16. Collecting helm potentiometer to measure instrument, using of relay array to control precision power supply to test helm potentiometer.and then deciding helm potentiometer is up to standard or not.Analyzed principle of helm potentiometer and expounded this instrument’s function of consummating.The test and analysis show that the measure instrument can determine whether helm potentiometer is qualified or not,the accuracy of this instrument measurement is less than or equal to three in a thousand ,the sculpt look beautiful,and then advantage of the system is proved.
Key words : embedded PC104; helm potentiometer; measure instrument; relay array
近年来，PC104技术迅速发展，其本身具备IDE接口可以外接硬盘和光驱，并具备并行接口和串行接口，并且可以扩展网络接口。在嵌入式应用方面，与工业控制计算机相比，PC104可使仪器做得更加便携，体积更小。本文介绍了PC104用于舵电位计测试仪方面的开发。舵电位计是一种专用仪器，其测试的精度要求很高，故测试很麻烦。舵电位计在使用之前或许由于某种原因存在一些问题，如果不对其进行测试，可能不能正常工作。因此，我们研制了1台舵电位计测试系统，以保证其正常工作。
1. 舵电位计工作原理
舵电位计是导弹控制系统的一种重要仪器，其作用是对导弹燃气舵的偏转进行反馈，将信息送给计算机处理，用于导弹的制导和稳定，它是导弹主动段飞行时制导系统和稳定系统中的一个重要的环节。其工作原理如图1所示。图1中12、13点与18、22点有电气上的连接关系，10、11点在机械上与滑动触头有连接关系，当燃气舵偏转带动舵电位计偏转，并使滑动触头到达电气限动点后，限动信号输入和限动信号输出触点接触，则舵电位计的输出2作为限动信号，同时输出1和输出2两路合成一路信号，作为反馈信号，共同送到弹载计算机，限制燃气舵的偏转。
2. 舵电位计测试仪的功能概述
通过测试仪与舵电位计对接，利用继电器阵列控制精密电压原、精密恒流源对舵电位计进行测试，来判断舵电位计是否为合格产品。测试结果通过显示器直观显示出来，并可以储存、打印测试结果。该测试仪可实现的功能包括：舵电位计自检、接触可靠性检测、电阻性能检测、工作角检测、电压性能检测。
图1 舵电位计电路原理图
3. 测试仪硬件设计
3.1 测试仪硬件构成
舵电位计测试仪硬件由PC104及其外围电路、测量电路、控制电路组成。硬件电路结构图如图2所示。
图2 舵电位计测试仪硬件电路结构图
由于舵电位计的输出受电源精度尤其是纹波电压的影响较大,故测试时加的电源应比较稳定，因此采用稳压源。A/ D 转换器的位数是9位，可以使测量误差 0.3%，满足设计要求。测量电路由模拟开关、前置电路和A/D转换器组成，实现舵电位计电阻、电压的多点测量，并将测量的物理量转化为数字量，送入计算机;控制电路由I/O电路、继电器开关阵列组成，提供舵电位计测试所需电压、电流;控制通道根据程序自动切换和加载;电源电路由稳压源、恒流源组成，满足继电器开关阵列驱动，提供舵电位计测量用的高精度源;步进电机控制反馈电路，完成回转工作台旋转驱动和定位控制;工业控制计算机部分，选用嵌人式PC104工业控制计算机是从可靠性角度考虑，以工控机为核心，实现产品测试过程的自动化。触摸屏完成状态、参数的设置，同时在触摸屏上显示测试结果，判断测量数据正确性。通讯接口包括外接键盘和鼠标，USB用于存储数据导出和与打印机相连输出测试报告。
3.2 测量方法
测量方法如下：
⑴ 电位计测试仪自检
如果需要对测试仪进行自检，需将测试短路头连接到测试仪的X38接口上。自检时采用短路接插件的方法，电位计测试仪自动测量各通道的连线、继电器开关和电路的电阻值，并将这一数据记忆和保存，在测试仪进行舵电位计测量时自动减去，确保测量电阻准确性。
⑵ 电位计接触可靠性检测
当控制电路将左、右舵电位器的3和16脚连接在一起，并自动在两个滑动触点5和18脚上加载DC+5V电压时，测量电路以1K采样频率读取测试过程数据，也可以外接示波器观察波形，完成电位计接触可靠性检测。
⑶ 电位计电阻性能检测
控制电路自动将电流源分别与电位计的3和7脚连接，COM端与1脚连接，测量电路COM端与1脚连接，自动读取3和1脚（或7和1脚）的电压数据，测量数据输入计算机，计算得到电位计的全电阻和半电阻值。同样方法可以完成另一个电位计的全电阻和半电阻值的检测。
⑷ 电位计工作角检测
控制电路可以根据舵电位计的电气闭合触点10和12脚状态，自动输出指示和控制。
⑸ 电位计电压性能检测
控制电路自动将电压源（DC+15）与电位计的1连接，电压源（DC-15）与电位计的3连接，COM端与7脚连接，测量电路COM端与7脚连接;人工输入测量角度范围，测试仪自动读取5脚的电压数据，数据输入到计算机，计算得到电位计的零点重合性及不灵敏区。同样方法可以完成另一个电位计的检测。
⑹ 自动测量
电位计测试过程受控PC104嵌人式工业计算机，人工设置好所有需要测试项目，测试仪根据顺序自动检测完成，当需要人工输入参数或数据，测试仪会显示提示，指导使用者工作。
4. 测试仪软件设计
舵电位计测试仪是一台自动测量设备，软件在Visual C ++ 6. 0 和Windowsxp平台上编写,人机界面非常友好,操作人员易于使用。
4.1 测试仪自检
舵电位计测试仪测试软件操作界面面如图3所示。点击“测试仪自检”，程序进入舵电位计自检测试子程序，进入自检界面，如图4所示，点击“开始自检”，设备即开始自检，检查的项目如图4所示，结果会在图4对应的栏目中显示出来，设备自检完后，去掉短路连接头，将舵电电位计连接上测试仪，准备进入舵电位计测试。
图3 舵电位计测试仪主界面
图4 舵电位计测试仪自检测试界面
4.2 舵电位计测试
返回测试仪自检单元，退回到测试软件的主界面，如图3所示。点击进入单元测试，程序调用单元测试子程序，进入单元测试界面，如图5所示，点击进入“开始测试”，将进入舵电位计的单元测试。首先是电阻测试，测试界面如图6所示，点击“开始测量”，系统将开始对电位计的电阻性能进行测试，测试完成后，测量结果将显示在对应的栏目中。
图5 单元测试界面
图6 电阻测试界面
电阻的测量采用5 mA 恒流源对被测对象加激励的方法,再采样被测对象所加电流正端的电压,根据被测对象的电压和电流来计算电阻。电阻测试完成后，单击“确认”，将提示“是否进入下一步测试项目”，点击“是”，将进入电气闭合角和机械限制角测试。工作角测试可以通过检测限动信号的方法来确定。若无限动信号,则表明舵电位计未到电气限动点。若已到达电气限动点,则可以检测到限动信号,电气限动点对应的角就是工作角。机械限制角就是机械限动点对应的转角,其测试可以用手感来判断,当转台摇不动时,将转台向反方向摇动,转向点处的转角就是限制角,并将其存储到计算机中。同样方法，即可完成不灵敏区测试、零点重合性测试和均匀性测试。在测试中发现，即使是在舵电位计的输入转角和输出电压的线性部分，其关系也并非严格的线性，而是类似磁滞回线。因此，测试时可按由左到零和由右到零两个方向摇回转台，并在零点处采样舵电位计的输出，则零点重合性（零位电压） 可以测出。测量完成后，点击“确认”，本次单元测试结束。点击单元测试中的“退出测试”，又将会出现测试软件的主界面，点击主界面的单步测试，将进入单步性能测试界面。在此，可以选择需要测试的性能进行测试，具体方法与单元测试一致。同样，可以对测试仪的参数进行设置，也可对测试仪的数据管理信息进行设置。