基于嵌入式計(jì)算機(jī)PC/104的某火箭彈自動(dòng)測(cè)試儀應(yīng)用

引言

變滾轉(zhuǎn)速率火箭彈中的陀螺是敏感元件，它的作用是測(cè)出火箭彈飛行過(guò)程中出現(xiàn)的偏航角，這個(gè)偏航角經(jīng)過(guò)解算模塊的計(jì)算由控制器啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行姿態(tài)控制，從而達(dá)到修正偏航的目的。但陀螺是一次性產(chǎn)品，在研制和測(cè)試過(guò)程中它是不工作的，因此需要對(duì)陀螺信號(hào)進(jìn)行模擬。對(duì)于偏航修正的結(jié)果也要進(jìn)行判定，看它是否與理想的控制效果一致，是否存在超前或滯后現(xiàn)象。因此有必要研制一臺(tái)自動(dòng)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，除了以上兩個(gè)重要方面外，根據(jù)研制要求和測(cè)試要求本測(cè)試儀需要檢測(cè)的內(nèi)容還有二次電源、控制器時(shí)序、主發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)阻測(cè)試、姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)阻測(cè)試。

本測(cè)試系統(tǒng)采用嵌入式計(jì)算機(jī)PC/104，PC/104與PC/AT體系結(jié)構(gòu)完全兼容，大小只有90mmX96mm,但它幾乎集成了普通臺(tái)式PC機(jī)的所有功能，并與之兼容，因此在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)的程序可以直接在PC/104 CPU模塊上運(yùn)行，與單片機(jī)系統(tǒng)相比省去了專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)工具，而且維護(hù)方便。PC/104采用模塊化設(shè)計(jì)，硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，減少了開(kāi)發(fā)周期。因此在本測(cè)試系統(tǒng)中我們采用嵌入式計(jì)算機(jī)PC/104。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1硬件框圖，如圖1所示：

　　圖1 硬件框圖

系統(tǒng)中中心模塊采用盛博公司的SCM-6456，它采用增強(qiáng)型80486DX的CPU，32M的RAM;兩個(gè)串口，波特率可由軟件控制，其中COM2可設(shè)置為RS-485方式；一個(gè)并口；VGA支持彩色和單色LCD、EL平板顯示器和模擬CRT;在板IDE和Floppy接口；采集模塊選用盛博公司的ADT650，此模塊具有12位的分辨率，最大100KHz的采樣率，模擬輸入共有16通道，最大 10V輸入；4通道模擬輸出；24通道TTL/CMOS兼容I/O;3個(gè)16位、最大10MHz的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；信號(hào)條理部分主要是將待測(cè)試信號(hào)變換成適合ADT650采集的信號(hào)；人機(jī)界面中，因?yàn)橐筝斎胱址苌?，自行設(shè)計(jì)了4X4的矩陣鍵盤(pán)，顯示結(jié)果既可在顯示器上顯示，也可以用打印機(jī)打印。

2.1.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的配置

本測(cè)試儀要求輸出頻率為5-13Hz的信號(hào)，則周期為200ms到80ms左右，如果采取1ms定時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的辦法，最小的一個(gè)周期輸出80個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，能夠滿(mǎn)足測(cè)試對(duì)象對(duì)模擬激勵(lì)信號(hào)的要求；另外在采集測(cè)試對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)時(shí)采用1ms定時(shí)采集的辦法，也能滿(mǎn)足最后數(shù)據(jù)判斷的要求，因此定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為1ms（即定時(shí)器的輸出時(shí)鐘為1KHz）。而采集模塊ADT650上三個(gè)定時(shí)器的輸入時(shí)鐘都為10MHz,不能滿(mǎn)足要求，可以用級(jí)連的方法即將COUNTRT0的OUT與COUNTRT1的CLK輸入端、COUNTRT1的OUT與COUNTRT2的CLK端相連，其編程設(shè)置如下：（Base表示ADT650模塊的基地址，為0x330,下同）

outportb（Base+15,0x35）； /＊ 定時(shí)器0 方波發(fā)生器 ＊/

outportb（Base +12,00）； /＊ 計(jì)數(shù)值低字節(jié)送計(jì)數(shù)器0＊/

outportb（Base +12,10）； /＊計(jì)數(shù)值低字節(jié)送計(jì)數(shù)器0＊/

outportb（Base +15,0x75）； /＊ 定時(shí)器1 方波發(fā)生器 ＊/

outportb（Base +13,10）； /＊ 計(jì)數(shù)值低字節(jié)送計(jì)數(shù)器1＊/

outportb（Base +13,0）； /＊ 計(jì)數(shù)值低字節(jié)送計(jì)數(shù)器1＊/

即10MHz的時(shí)鐘經(jīng)1000分頻和10分頻后得到1KHz的時(shí)鐘；

2.1.2 模擬陀螺信號(hào)的設(shè)計(jì)

在火箭彈的研制和測(cè)試過(guò)程中，陀螺不工作，所以要求提供能夠模擬陀螺的激勵(lì)信號(hào)，有兩路：一路是偏航信號(hào)，一路是俯仰信號(hào)；這兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)相位相差90度，頻率由5Hz到13Hz逐漸變大，幅值由1V逐漸變小。ADT650上的模擬輸出范圍是-5V到+5V，D/A轉(zhuǎn)換的分辨率是12位，則-5V～+5V對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)是0—4095，輸出0V對(duì)應(yīng)2048;設(shè)周期為T(mén)，則通過(guò)程序計(jì)算

2048+（409-40＊step）＊sin（2＊pi＊i/T）

再計(jì)算DA數(shù)據(jù)的底8位（LSB）和高4位（MSB），分別寫(xiě)入通道Base+1、Base+2，則數(shù)據(jù)被送到DA轉(zhuǎn)換器，并且每1ms輸出，就可以得到要求的信號(hào)；啟使時(shí)step=0，其中409表示輸出的幅值為1V，即1/5＊2048=409;隨時(shí)間變化step加1，就能使幅值逐漸變小。當(dāng)輸出一定周期數(shù)后，使頻率加1，這樣就達(dá)到頻率逐漸增大的要求，相應(yīng)的T就變小。另一路與它的相位相差90度，其計(jì)算函數(shù)為

2048+（409-40＊step）＊sin（2＊pi＊（I+4/T）/T）。

2.1.3 偏航修正的測(cè)試

火箭彈測(cè)試中的最重要內(nèi)容就是看執(zhí)行偏航修正的結(jié)果是否與理論的控制結(jié)果一致?；鸺龔椫袌?zhí)行偏航修正的是通過(guò)兩對(duì)電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)改變姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噴火方向，所以該測(cè)試儀就必須采集4路電磁閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)。ADT650集成了uPD71055可編程外圍接口，用PA0～3來(lái)采集電磁閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)，采用1ms中斷采集一次信號(hào)，最后將采集的控制信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)進(jìn)行比較，找出在切換時(shí)是否存在超前或滯后問(wèn)題，以此來(lái)決定火箭彈性能的好壞。

2. 1. 4 模擬量采集

除了以上兩項(xiàng)重要的測(cè)試內(nèi)容外，還需測(cè)試的有二次電源，主發(fā)動(dòng)內(nèi)阻，姿態(tài)發(fā)機(jī)內(nèi)阻

測(cè)試。二次電源主要有 5V和 12V，而ADT650的最大輸入范圍是 10V，因此要分壓衰減后才能輸入到A/D輸入端；對(duì)于內(nèi)阻的測(cè)試，采用轉(zhuǎn)換為測(cè)電壓的方法，最后在程序中轉(zhuǎn)換為所需實(shí)際電阻值；

對(duì)ADT650的A/D轉(zhuǎn)換利用直接編程的方法，首先寫(xiě)B(tài)ase+3來(lái)選擇輸入通道，對(duì)于多通道采集只需設(shè)置一次，下一次A/D轉(zhuǎn)換會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)如下一通道。設(shè)置完成后寫(xiě)入Base+0任何值便啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，等待Base+5的位0變?yōu)?時(shí)（即A/D轉(zhuǎn)換完成），就可以讀取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為有意義的數(shù)據(jù)。

2.1.5 RS-485通信

本測(cè)試系統(tǒng)要與測(cè)試對(duì)象進(jìn)行通信，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，我們采用RS-485通信。SCM-6456模塊中有兩個(gè)串口COM1和COM2，其中COM2可通過(guò)跳線設(shè)置為RS485方式，其應(yīng)用電路如圖2：

圖2 485通訊

2.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)PC/104的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用DOS6.22操作系統(tǒng)，TC2.0環(huán)境編程，模塊化設(shè)計(jì)，并將程序固化在電子盤(pán)中，啟動(dòng)時(shí)也從電子盤(pán)啟動(dòng)。主要包括初使化模塊、串行通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等，程序流程圖如圖3：

　圖3 程序流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

采用PC/104計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，具有體積小、功耗低的特點(diǎn)，適宜做成便攜式設(shè)備，方便野外應(yīng)用。本測(cè)試儀還可在研制階段中代替信號(hào)發(fā)生器、示波器，方便數(shù)據(jù)分析。實(shí)際應(yīng)用表明，該測(cè)試儀穩(wěn)定、可靠。