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?yàn)樗b機(jī)后的正常運(yùn)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(shí)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(shí)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(dú)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(shí)間比較短，正常剎車時(shí)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(gè)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(shí)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(jì)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(yùn)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(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega 16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS／MHz，芯片運(yùn)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(shí)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(shí)鐘為25 MHz時(shí)，其精度為0．1 Hz。在實(shí)現(xiàn)機(jī)輪轉(zhuǎn)速模擬時(shí)，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(shí)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(jì)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(gè)開關(guān)量一一對應(yīng)，每個(gè)開關(guān)均由ATmega16的一個(gè)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(gè)模擬量，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)的機(jī)輪轉(zhuǎn)速及其對應(yīng)的參考轉(zhuǎn)速這兩個(gè)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。

2 硬件設(shè)計(jì)
    測試系統(tǒng)以ATmega16單片機(jī)為核心，硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)部分：信號采集與輸出部分、信號模擬部分、信號處理和數(shù)據(jù)傳輸部分。下面主要介紹硬件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。
2．1 A／D采樣電路
    測試系統(tǒng)需要采集的模擬量有機(jī)輪參考速度和伺服閥電壓，設(shè)計(jì)中直接應(yīng)用ATmega16芯片內(nèi)部的A／D口進(jìn)行信號采集，采用CD4053對A／D口擴(kuò)展。待測模擬信號經(jīng)過跟隨電路后分壓。當(dāng)設(shè)置ATmega16的控制端S1為低電平時(shí)，Z0通道選通，進(jìn)行機(jī)輪參考速度的采樣；為高電平時(shí)Z1通道選通，進(jìn)行伺服閥電壓的采樣，如圖3所示。

2．2 D／A轉(zhuǎn)換電路
    設(shè)計(jì)中采用串行10位數(shù)／模轉(zhuǎn)換器TLC5615進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速率快，只需三根串行總線就可完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入。當(dāng)片選端CS為低電平時(shí)，每個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿將DIN的一位數(shù)據(jù)移入16位移位寄存器，在CS的上升沿將16位移位寄存器的10位有效數(shù)據(jù)存于10位DAC寄存器，供DAC電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。DAC輸出的最大電壓為2倍基準(zhǔn)輸入電壓?；鶞?zhǔn)電壓采用精密的2．5 V并聯(lián)穩(wěn)壓器LM336。如圖4所示。

2．3 AD9833模擬機(jī)輪速度信號
    機(jī)輪速度信號的模擬采用低功耗、可編程的波形發(fā)生器AD9833，它能夠產(chǎn)生正弦波并且無需外接元件，輸出頻率和相位都可通過軟件編程，易于調(diào)節(jié)。其輸出的正弦信號經(jīng)運(yùn)算放大器后作為機(jī)輪速度的模擬信號，如圖5所示。

2．4 串口通信電路
    采用RS 232標(biāo)準(zhǔn)電路，完成測試系統(tǒng)與上位機(jī)之間的通信。
2．5 鍵盤掃描電路
    鍵盤掃描芯片選用ZLG7289，內(nèi)部含有譯碼器，具有串行接口，單片即可完成鍵盤接口的全部功能。外接四行三列12鍵鍵盤，當(dāng)有按鍵按下時(shí)KEY端口會變?yōu)榈碗娖?，利用指令可讀出所按鍵值。電路如圖6所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)流程如圖7所示，程序進(jìn)入主函數(shù)先是完成對系統(tǒng)的初始化，包括：關(guān)閉總中斷，完成單片機(jī)內(nèi)部相關(guān)寄存器的配置、AD9833的初始化和ZLG7289的配置，開總中斷，進(jìn)入死循環(huán)的主程序運(yùn)行，直到系統(tǒng)斷電。子程序的設(shè)計(jì)主要包括：模擬信號的采集和處理子程序、正弦信號控制子程序、鍵盤掃描子程序、RS 232通信子程序。

4 上位機(jī)分析軟件
    上位機(jī)數(shù)據(jù)分析軟件是運(yùn)行在PC機(jī)上脫離于測試儀器的數(shù)據(jù)分析軟件。用LabVIEW 8．6編寫，可記錄并回放測試裝置的檢測數(shù)據(jù)。該軟件在Windows系統(tǒng)下運(yùn)行，可通過串口與測試裝置通信。通過上傳的檢測數(shù)據(jù)可以觀測數(shù)據(jù)波形，例如閥門電流，還可分析防滑剎車控制器的性能。

5 結(jié)語
    目前該測試系統(tǒng)已經(jīng)交付使用，成本低，攜帶方便，人機(jī)界面良好，可靠性高，并且在實(shí)際運(yùn)行過程中取得了良好的運(yùn)行效果。能夠快速地檢測到飛機(jī)剎車防滑控制盒的故障信息，并能把檢測結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在液晶屏上，并由上位機(jī)軟件對檢測結(jié)果進(jìn)行記錄。測試數(shù)據(jù)為飛機(jī)剎車事故分析、處理和預(yù)防提供有利的證據(jù)，同時(shí)也能通過防滑控制盒的檢測結(jié)果，為防滑控制盒的改進(jìn)工作提供參考依據(jù)。