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作者：董文岳1, 潘泳江2 （1.珠海歐比特控制工程股份有限公司，珠海，519080；2. 珠海歐比特控制工程股份有限公司，珠海，519080） 摘 要：MIL-STD-1553B總線以其高可靠性、實時性、靈活性等優點，一直廣泛應用于現代航空、航天、兵器等重要領域。其中作為物理載體的1553B總線電纜，在實際生產以及使用過程中，其物理及電氣性能的評估顯得尤為重要。本文闡述了一種高度集成化的1553B電纜測試系統，實現了1553B總線電纜所需檢驗項目的自動化、高效化測試。 作為當前航空航天電子設備首選的數據總線， 1553B 總線電纜網絡的可靠性直接影響到整個系統的正常運行，總線故障甚至會造成難以估計的損失，因此電纜網絡的生產加工、系統組裝前、使用維護等各環節的檢測是對使用1553B總線的整個系統可靠性的最基本的保障。 1 需求分析 傳統的1553B電纜網絡性能參數的全面測試，包含了靜態電氣性能測試、動態信號波形測試，需要用到萬用表、特性阻抗分析儀、示波器、信號發生器、絕緣耐壓測試儀等設備，整個測試過程十分繁瑣，對測試人員要求高，耗時相當長，效率極低。一種高度集成化的電纜測試系統，是集成了上述儀器儀表功能的智能化測試系統，整個過程全自動完成，無須人工干預，最終形成詳細的測試分析報告，可大大提高測試效和可靠性。 2 總體設計方案 為能夠適應內場和外場的測試場地以及運輸的方便，本系統采用一體化便攜型機箱結構，系統框圖如圖1所示。系統主要包括系統主控制處理單元，1553B總線測試專用單元，測量采集模塊，測試接口單元。 
圖1高度集成化1553B電纜測試系統的組成 主控單元采用嵌入式平板電腦，其豐富的外設可滿足擴展各個系統模塊的要求，可安裝Windows XP操作系統。1553B總線測試專用單元基于FPGA設計，主板控制處理器、網絡測試用的1553B總線控制器全部集成在FPGA內部，集成度高，體積小，達到便攜式設計要求，實現信號激勵源以及1553B協議通訊等。數據采集模塊采用基于USB計，負責對總線上的數據信號的采集和對總線物理性能測量等，傳輸到主控單元進行分析處理。測試接口單元能實現被測網絡接入的的繼電器矩陣模塊，是線纜與總線測試專用單元的橋梁。 2 硬件設計 2.1 主控單元 主控單元采用的是嵌入式工業級平板計算機，搭載觸摸液晶顯示屏，可安裝Windows XP操作系統系統，具有多個USB、RS232、WLAN接口，為設計友好的人機交互界面提供了條件。 2.2 測量采集單元 測量采集單元選用的是基于USB接口的測量采集模塊，其中內部已固定嵌入USB型的數字示波器和USB型數字萬用表模塊，外部可根據需求擴展USB型或串口型通訊的測試設備，例如絕緣電阻測試儀、介質耐壓測試儀等。其中數字示波器具有以下性能，帶寬200MHz，采樣速率高達1 GS/s；支持2通道輸入；存儲深度為32Mpts；垂直分辨率8位 ；緊湊的便攜式結構；最大輸入CAT 130Vrms， 42Vpk。 數字萬用表具有以下性能，分辨率位數為6為半， 2線或4線的電阻測量，測量范圍位0-10MΩ。 2.3 總線測試單元 總線測試單元是基于FPGA設計，其主板的原理框圖如圖2所示。總線測試單元主板搭載的核心是一款大容量的FPGA，其中內嵌歐比特公司的高可靠嵌入式處理器S698 IP核作為主控SOC，同時內部集成了電纜網絡測試和終端設備功能測試用的1553B總線控制器，配合外圍接口模塊，實現了USB 接口、RS232接口 、1553B 電纜網絡測試控制模塊以及1553B 終端設備控制模塊的功能。其 S698 IP 核是一款可裁減的基于AMBA總線架構的內核，帶有豐富的外設，特點如下： ● 帶 IU/FPU 單元，支持 5級流水 ； ● 帶有內存控制器，可以外接 SRAM /PROM/SDRAM； ● 帶有中斷控制器； ● 帶有 2 個 UART 串口； ● 帶有 2 個內部定時器； ● 帶有 GPIO 接口； 1553B總線控制器 IP核是歐比特公司專 門為航空、航天測控網絡中的設備開發的符合MIL -STD -1553B協議的總線控制器模塊。該模塊內部實現了1553B總線協議處理器和總線數據收發器，可以完成總線控制器、遠程終端和總線監視器三種總線設備的功能。此處使用的1553B內核是集成了2個OBT1553B的功能，從而實現具有獨立兩路1553B功能的總線控制器。同時內核內置了32K X 16Bit靜態存儲器，靜態存儲器容量可根據需要修改。
圖2總線測試單元原理框圖 2.3 測試接口單元 測試接口單元是以繼電器為基礎,基于RS232通訊的鏈路切換矩陣，由于測試功能及測試鏈路多，因此采用了I/O口資源多的FPGA作為主控芯片，其繼電器矩陣如圖3所示。 為保證信號質量本單元設計中，選用的是磁保持繼電器，在匹配阻抗的同時兼顧了絕緣耐壓測試所需的安全距離使整個系統自身直流1000V絕緣電阻達到100MΩ以上，交流500V漏電流小于0.02mA。
圖3測試接口單元原理框圖 3 軟件設計 為保證軟件的可靠行、可擴展性以及維護方便，本軟件采用設計增量模型進行軟件工程的開發，在明確需求后將各個構件模塊是逐漸并入已有的軟件體系結構中。其中系統軟件主要包含用戶管理模塊、參數配置模塊、功能測試模塊、報表統計及分析模塊、無人值守測試模塊，底層驅動模塊、波形分析及回放模塊，軟件的總體框圖如圖4所示。
圖3系統軟件框圖 測試系統采用中文界面軟件。軟件平臺具有以下功能和特性： a) 友好的人機交互界面：軟件系統操作簡單、易學、易掌握，界面美觀、操作舒適； b) 完備的測試控制：可以根據測試要求設置各種測試條件，對于復雜的設置，系統給出操作步驟向導或提示； c) 實時的測試監視：系統實時采集測試數據，并根據要求以數字、文字、曲線、圖形等方式顯示出來（導通、隔離性能需要記錄實測值；網絡性能測試需要保存示波器圖片）； d) 統一的數據管理：系統可以記錄保存所有測試數據，具有數據分析功能，可以根據分析結果生成測試報告并打印輸出；測試過程中也可進行數據報表的查看和分析功能； e) 測試控制：可進行自動測試，也可根據用戶的設置完成對被測試通信網絡制定的單步測試。可根據生產實際情況刪減測試條目。被測對象出現不合格時，直接定位總線故障所在點。并能根據被測對象的具體結構和性能參數，設定產品的合格判定指標范圍，設備測試值自動比較判定，給出結論； f) 測試回放管理：系統可以將保存的測試數據在軟件系統上回放，回放數據同樣可以以數字、文字、曲線等方式顯示出來； g) 具備按照用戶定義執行定時測試，也可按任務計劃表執行無人值守測試的功能。 4 結語 本文闡述了一種高度集成化的智能化的1553B電纜測試系統，通過該系統可以驗證1553B總線電纜網拓撲結構以及生產工藝的合理性，并能充分驗證被測的總線電纜是否滿足GJB 289A -9或MIL-STD-1553B-1996的要求。該系統不受限于使用產地，并且高度集成化，可擴展功能多，能夠滿足生產以及維護1553B總線電纜的所有測試需求。目前該系統已經實現應用，其可靠性、高效性也得到了充分的驗證。 參考文獻: [1] GJB5186.5-2004數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線測試方法[S] .2004. [2] GJB298A-97數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線[S] .1997. |
