摘 要：本文介紹了基于嵌入式PC104的舵電位計(jì)測試儀的設(shè)計(jì)，該測試儀適用于C38-16。 通過測試儀與舵電位計(jì)對接，利用繼電器陣列控制精密電壓源、精密恒流源對舵電位計(jì)進(jìn)行測試，以此來判斷舵電位計(jì)是否合格。分析了舵電位計(jì)的工作原理,闡述了該測試儀所實(shí)現(xiàn)的功能。實(shí)驗(yàn)和分析表明,該測試儀能夠判斷舵電位計(jì)是否合格，測量精度 0.3%,造型美觀，從而證明了本系統(tǒng)的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：嵌入式PC104;舵電位計(jì);測試儀;繼電器陣列

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

近年來，PC104技術(shù)迅速發(fā)展，其本身具備IDE接口可以外接硬盤和光驅(qū)，并具備并行接口和串行接口，并且可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口。在嵌入式應(yīng)用方面，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，PC104可使儀器做得更加便攜，體積更小。本文介紹了PC104用于舵電位計(jì)測試儀方面的開發(fā)。舵電位計(jì)是一種專用儀器，其測試的精度要求很高，故測試很麻煩。舵電位計(jì)在使用之前或許由于某種原因存在一些問題，如果不對其進(jìn)行測試，可能不能正常工作。因此，我們研制了1臺舵電位計(jì)測試系統(tǒng)，以保證其正常工作。

1. 舵電位計(jì)工作原理

舵電位計(jì)是導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的一種重要儀器，其作用是對導(dǎo)彈燃?xì)舛娴钠D(zhuǎn)進(jìn)行反饋，將信息送給計(jì)算機(jī)處理，用于導(dǎo)彈的制導(dǎo)和穩(wěn)定，它是導(dǎo)彈主動段飛行時(shí)制導(dǎo)系統(tǒng)和穩(wěn)定系統(tǒng)中的一個重要的環(huán)節(jié)。其工作原理如圖1所示。圖1中12、13點(diǎn)與18、22點(diǎn)有電氣上的連接關(guān)系，10、11點(diǎn)在機(jī)械上與滑動觸頭有連接關(guān)系，當(dāng)燃?xì)舛嫫D(zhuǎn)帶動舵電位計(jì)偏轉(zhuǎn)，并使滑動觸頭到達(dá)電氣限動點(diǎn)后，限動信號輸入和限動信號輸出觸點(diǎn)接觸，則舵電位計(jì)的輸出2作為限動信號，同時(shí)輸出1和輸出2兩路合成一路信號，作為反饋信號，共同送到彈載計(jì)算機(jī)，限制燃?xì)舛娴钠D(zhuǎn)。

2. 舵電位計(jì)測試儀的功能概述

通過測試儀與舵電位計(jì)對接，利用繼電器陣列控制精密電壓原、精密恒流源對舵電位計(jì)進(jìn)行測試，來判斷舵電位計(jì)是否為合格產(chǎn)品。測試結(jié)果通過顯示器直觀顯示出來，并可以儲存、打印測試結(jié)果。該測試儀可實(shí)現(xiàn)的功能包括：舵電位計(jì)自檢、接觸可靠性檢測、電阻性能檢測、工作角檢測、電壓性能檢測。

圖1 舵電位計(jì)電路原理圖

3. 測試儀硬件設(shè)計(jì)

3.1 測試儀硬件構(gòu)成

舵電位計(jì)測試儀硬件由PC104及其外圍電路、測量電路、控制電路組成。硬件電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 舵電位計(jì)測試儀硬件電路結(jié)構(gòu)圖

由于舵電位計(jì)的輸出受電源精度尤其是紋波電壓的影響較大,故測試時(shí)加的電源應(yīng)比較穩(wěn)定，因此采用穩(wěn)壓源。A/ D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是9位，可以使測量誤差 0.3%，滿足設(shè)計(jì)要求。測量電路由模擬開關(guān)、前置電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成，實(shí)現(xiàn)舵電位計(jì)電阻、電壓的多點(diǎn)測量，并將測量的物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī);控制電路由I/O電路、繼電器開關(guān)陣列組成，提供舵電位計(jì)測試所需電壓、電流;控制通道根據(jù)程序自動切換和加載;電源電路由穩(wěn)壓源、恒流源組成，滿足繼電器開關(guān)陣列驅(qū)動，提供舵電位計(jì)測量用的高精度源;步進(jìn)電機(jī)控制反饋電路，完成回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和定位控制;工業(yè)控制計(jì)算機(jī)部分，選用嵌人式PC104工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是從可靠性角度考慮，以工控機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品測試過程的自動化。觸摸屏完成狀態(tài)、參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)在觸摸屏上顯示測試結(jié)果，判斷測量數(shù)據(jù)正確性。通訊接口包括外接鍵盤和鼠標(biāo)，USB用于存儲數(shù)據(jù)導(dǎo)出和與打印機(jī)相連輸出測試報(bào)告。

3.2 測量方法

測量方法如下：

⑴ 電位計(jì)測試儀自檢

如果需要對測試儀進(jìn)行自檢，需將測試短路頭連接到測試儀的X38接口上。自檢時(shí)采用短路接插件的方法，電位計(jì)測試儀自動測量各通道的連線、繼電器開關(guān)和電路的電阻值，并將這一數(shù)據(jù)記憶和保存，在測試儀進(jìn)行舵電位計(jì)測量時(shí)自動減去，確保測量電阻準(zhǔn)確性。

⑵ 電位計(jì)接觸可靠性檢測

當(dāng)控制電路將左、右舵電位器的3和16腳連接在一起，并自動在兩個滑動觸點(diǎn)5和18腳上加載DC+5V電壓時(shí)，測量電路以1K采樣頻率讀取測試過程數(shù)據(jù)，也可以外接示波器觀察波形，完成電位計(jì)接觸可靠性檢測。

⑶ 電位計(jì)電阻性能檢測

控制電路自動將電流源分別與電位計(jì)的3和7腳連接，COM端與1腳連接，測量電路COM端與1腳連接，自動讀取3和1腳（或7和1腳）的電壓數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算得到電位計(jì)的全電阻和半電阻值。同樣方法可以完成另一個電位計(jì)的全電阻和半電阻值的檢測。

⑷ 電位計(jì)工作角檢測

控制電路可以根據(jù)舵電位計(jì)的電氣閉合觸點(diǎn)10和12腳狀態(tài)，自動輸出指示和控制。

⑸ 電位計(jì)電壓性能檢測

控制電路自動將電壓源（DC+15）與電位計(jì)的1連接，電壓源（DC-15）與電位計(jì)的3連接，COM端與7腳連接，測量電路COM端與7腳連接;人工輸入測量角度范圍，測試儀自動讀取5腳的電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算得到電位計(jì)的零點(diǎn)重合性及不靈敏區(qū)。同樣方法可以完成另一個電位計(jì)的檢測。

⑹ 自動測量

電位計(jì)測試過程受控PC104嵌人式工業(yè)計(jì)算機(jī)，人工設(shè)置好所有需要測試項(xiàng)目，測試儀根據(jù)順序自動檢測完成，當(dāng)需要人工輸入?yún)?shù)或數(shù)據(jù)，測試儀會顯示提示，指導(dǎo)使用者工作。

4. 測試儀軟件設(shè)計(jì)

舵電位計(jì)測試儀是一臺自動測量設(shè)備，軟件在Visual C ++ 6. 0 和Windowsxp平臺上編寫,人機(jī)界面非常友好,操作人員易于使用。

4.1 測試儀自檢

舵電位計(jì)測試儀測試軟件操作界面面如圖3所示。點(diǎn)擊“測試儀自檢”，程序進(jìn)入舵電位計(jì)自檢測試子程序，進(jìn)入自檢界面，如圖4所示，點(diǎn)擊“開始自檢”，設(shè)備即開始自檢，檢查的項(xiàng)目如圖4所示，結(jié)果會在圖4對應(yīng)的欄目中顯示出來，設(shè)備自檢完后，去掉短路連接頭，將舵電電位計(jì)連接上測試儀，準(zhǔn)備進(jìn)入舵電位計(jì)測試。

圖3 舵電位計(jì)測試儀主界面

圖4 舵電位計(jì)測試儀自檢測試界面

4.2 舵電位計(jì)測試

返回測試儀自檢單元，退回到測試軟件的主界面，如圖3所示。點(diǎn)擊進(jìn)入單元測試，程序調(diào)用單元測試子程序，進(jìn)入單元測試界面，如圖5所示，點(diǎn)擊進(jìn)入“開始測試”，將進(jìn)入舵電位計(jì)的單元測試。首先是電阻測試，測試界面如圖6所示，點(diǎn)擊“開始測量”，系統(tǒng)將開始對電位計(jì)的電阻性能進(jìn)行測試，測試完成后，測量結(jié)果將顯示在對應(yīng)的欄目中。

圖5 單元測試界面

圖6 電阻測試界面

電阻的測量采用5 mA 恒流源對被測對象加激勵的方法,再采樣被測對象所加電流正端的電壓,根據(jù)被測對象的電壓和電流來計(jì)算電阻。電阻測試完成后，單擊“確認(rèn)”，將提示“是否進(jìn)入下一步測試項(xiàng)目”，點(diǎn)擊“是”，將進(jìn)入電氣閉合角和機(jī)械限制角測試。工作角測試可以通過檢測限動信號的方法來確定。若無限動信號,則表明舵電位計(jì)未到電氣限動點(diǎn)。若已到達(dá)電氣限動點(diǎn),則可以檢測到限動信號,電氣限動點(diǎn)對應(yīng)的角就是工作角。機(jī)械限制角就是機(jī)械限動點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)角,其測試可以用手感來判斷,當(dāng)轉(zhuǎn)臺搖不動時(shí),將轉(zhuǎn)臺向反方向搖動,轉(zhuǎn)向點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角就是限制角,并將其存儲到計(jì)算機(jī)中。同樣方法，即可完成不靈敏區(qū)測試、零點(diǎn)重合性測試和均勻性測試。在測試中發(fā)現(xiàn)，即使是在舵電位計(jì)的輸入轉(zhuǎn)角和輸出電壓的線性部分，其關(guān)系也并非嚴(yán)格的線性，而是類似磁滯回線。因此，測試時(shí)可按由左到零和由右到零兩個方向搖回轉(zhuǎn)臺，并在零點(diǎn)處采樣舵電位計(jì)的輸出，則零點(diǎn)重合性（零位電壓） 可以測出。測量完成后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”，本次單元測試結(jié)束。點(diǎn)擊單元測試中的“退出測試”，又將會出現(xiàn)測試軟件的主界面，點(diǎn)擊主界面的單步測試，將進(jìn)入單步性能測試界面。在此，可以選擇需要測試的性能進(jìn)行測試，具體方法與單元測試一致。同樣，可以對測試儀的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，也可對測試儀的數(shù)據(jù)管理信息進(jìn)行設(shè)置。

5. 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的舵電位計(jì)測試儀,能夠正確判斷舵電位計(jì)是否合格，使測試精度達(dá)到0.3%，減少了測量時(shí)間，較以前的測試系統(tǒng)有較大提高,并且降低了操作的復(fù)雜性,操作界面美觀，因而具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊素行等.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，1996

[2] 胡安平，郭菊珍.PC/104在導(dǎo)航工控機(jī)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2003：11-11

[3] 鄭莉，董淵，張瑞豐編著.C++語言程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2003

[4] 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，1991

[5] 中國IT培訓(xùn)工程編委會編.VC++6.0入門與進(jìn)階.珠海：珠海出版社，2002

[6] 戴文剛，李國平，陳林華.新型舵電位計(jì)測試系統(tǒng)的研制[J].測控技術(shù)，2001：20-8.

[7] 張建新，SBS嵌入式PC104開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：盛博科技出版社，1995

[8] 胡瑞雯，智能檢測與控制系統(tǒng).西安：西安交通大學(xué)出版社，1991.

[9] 楊功訓(xùn)，屈鵬宇.基于PC104工控機(jī)的嵌入式直流監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)[J].工礦自動化，2002：25-27

[10] 吳正毅，測試技術(shù)與測試信號處理.北京，清華大學(xué)出版社，1991.

[11] 孫鑫，余安萍編著.VC++深入詳解.北京：電子工業(yè)出版社，2006