基于ATmega16的飛機(jī)防滑剎車測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：飛機(jī)防滑剎車控制器是飛機(jī)制動系統(tǒng)的核心部件。裝機(jī)前對它進(jìn)行離線測試能夠為它裝機(jī)后的正常運行提供重要保障，從而極大地降低它的裝機(jī)成本。描述了一種針對該控制器，基于ATmega16的離線測試系統(tǒng)的原理以及實現(xiàn)方法。核心思想為將模擬出的飛機(jī)剎車過程中的各種物理量施加在控制器上，完成相關(guān)功能測試，再利用LabVIEW軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的接收、處理和顯示，為控制器提供了一套有效的檢測手段。
關(guān)鍵詞：控制器；ATmega16；測試系統(tǒng)；LabVIEW

0 引言
飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)是飛機(jī)重要的機(jī)載設(shè)備，它是飛機(jī)上具有相對獨立功能的子系統(tǒng)，對飛機(jī)的起飛和安全著陸起著重要的作用。由于飛機(jī)著陸過程持續(xù)的時間比較短，正常剎車時在1．5 s內(nèi)防滑剎車系統(tǒng)必須做出反應(yīng)，以確保飛機(jī)安全、可靠剎車。防滑剎車系統(tǒng)的響應(yīng)速度、輪間保護(hù)、剎車率等性能的好壞直接影響到飛機(jī)及機(jī)載人員的安全。為避免防滑剎車系統(tǒng)某些裝置發(fā)生故障而引起整個系統(tǒng)的癱瘓，就必須對飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)的性能進(jìn)行檢測。
飛機(jī)防滑剎車控制器測試系統(tǒng)是指在飛機(jī)起飛和檢修時對防滑剎車控制器進(jìn)行性能自動檢測的地勤設(shè)備。通過檢測可對防滑剎車控制器的性能、狀態(tài)做出評估。本文設(shè)計一種基于ATmega16芯片的用于測試飛機(jī)防滑剎車控制器的自動測試系統(tǒng)，能模擬剎車控制器的多種剎車狀態(tài)并對其性能進(jìn)行檢測，保障防滑剎車系統(tǒng)安全、可靠、快速運行，確保飛機(jī)剎車安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理
測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中包括：主控芯片ATmega16，模擬機(jī)輪速度輸出，模擬信號采集，開關(guān)信號輸出，剎車壓力信號，液晶顯示及鍵盤輸入，上位機(jī)RS 232通信，如圖1所示。

ATmega 16是基于增強(qiáng)型AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega 16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS／MHz，芯片運行穩(wěn)定，程序不易跑飛，因此選其作為本測試系統(tǒng)的主芯片。
機(jī)輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生頻率與機(jī)輪速度成正比的近似正弦電信號，頻率范圍為0～3 kHz。測試系統(tǒng)中利用可編程波形發(fā)生器模擬輪速信號，作為剎車控制器工作時的輸入信號。采用美國AD公司推出的DDS芯片AD9833，通過軟件編程產(chǎn)生頻率及幅值可調(diào)的正弦信號。當(dāng)AD9833主頻時鐘為25 MHz時，其精度為0．1 Hz。在實現(xiàn)機(jī)輪轉(zhuǎn)速模擬時，機(jī)輪速度信號可通過上位機(jī)設(shè)定方式和單片機(jī)設(shè)定方式進(jìn)行設(shè)定。上位機(jī)設(shè)定方式允許用戶在上位機(jī)界面中輸入模擬機(jī)輪速度。單片機(jī)設(shè)定方式允許用戶通過鍵盤設(shè)定模擬機(jī)輪速度為0～2 600 Hz的正弦信號。
測試系統(tǒng)需要檢測和顯示的參量主要有六路模擬量信號，如圖2所示，通過ATmega16的PA口輸入。在程序初始化時將PA口設(shè)置為A／D轉(zhuǎn)換功能對六路模擬信號進(jìn)行采集，采集結(jié)果經(jīng)轉(zhuǎn)換后由液晶屏顯示。為了使系統(tǒng)使用靈活，增加其通用性，本測試系統(tǒng)設(shè)計了液晶顯示與上位機(jī)顯示兩種顯示方式。

飛機(jī)剎車過程中開關(guān)信號主要包括靜剎信號、輪載信號以及落地信號等?？赡M飛機(jī)的各種剎車狀態(tài)：地面靜剎車、起落架收上剎車、空中剎車和正常剎車。測試系統(tǒng)中采用雙向模擬開關(guān)，與剎車過程中各個開關(guān)量一一對應(yīng)，每個開關(guān)均由ATmega16的一個端口對其進(jìn)行控制，可確定信號處于有效或無效狀態(tài)。通過對模擬開關(guān)的控制，系統(tǒng)可測試剎車控制盒在多種工作狀態(tài)下的剎車情況。
剎車壓力信號用來模擬飛行員通過剎車踏板施加的剎車壓力信號，它是一個模擬量，在系統(tǒng)設(shè)計時采用電位器來分別給出可調(diào)的剎車壓力信號。剎車控制盒響應(yīng)該信號后開始工作，同時測試系統(tǒng)對控制盒工作情況進(jìn)行檢測。
液晶顯示及鍵盤輸入部分是將測試系統(tǒng)的測試信息通過液晶屏幕進(jìn)行顯示，方便用戶及時了解測試情況，并可通過鍵盤對測試系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，例如修改模擬機(jī)輪速度的正弦信號的頻率，設(shè)定剎車狀態(tài)等等。
測試系統(tǒng)通過RS 232電路與上位機(jī)進(jìn)行通信，可將測試到的實時數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)，并可通過上位機(jī)軟件對測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。上位機(jī)程序由LabVIEW軟件編寫。
測試時要模擬飛機(jī)剎車過程，測試系統(tǒng)只需要向剎試系統(tǒng)需要對剎車控制器工作時的機(jī)輪轉(zhuǎn)速及其對應(yīng)的參考轉(zhuǎn)速這兩個關(guān)鍵量進(jìn)行采樣、處理及顯示。另外，為了檢測伺服閥這一剎車關(guān)鍵作動器件的工作狀態(tài)，測試系統(tǒng)還將伺服閥電壓進(jìn)行采樣并顯示，這些信號也正是控制器反饋給測試系統(tǒng)的信號量，所有這些信號量一起構(gòu)成了控制器與控制器測試系統(tǒng)之間的信號流動，連接方式如圖2所示。