基于PC104的某型导弹随动装置检测系统设计

尉广军，何 鹏，姚志敏，史连艳

（军械工程学院 导弹工程系，河北 石家庄 050003）

某型导弹的随动装置是该导弹发控系统的重要组成部分，它控制发射制导装置的弹架，使发射轨线在方位和高低两方向上与瞄准线同步随动，二者的误差保持在规定值内，使导弹发射后进入测角仪的光学视场。该装置的性能直接影响导弹发射的成功率。

该型导弹发射车虽然配备了检测工程车，但检测工程车只能将故障定位到随动装置的各个分系统，不能具体检测出各个分系统的故障单元，这给保障人员的维修带来了很大不便。因此，研究设计一种能够定位到随动装置各个部件的检测系统是十分必要的。笔者以PC104嵌入式系统为开发平台，设计了能对随动装置中各分系统的电器性能进行现场检测的专用测试系统，通过对样机的试应用，证明该检测系统集成度高，便携性、维修性好，对于增强某型导弹武器系统的工作效能，提高技术人员的故障诊断效率都具有很大帮助。

1 总体设计方案

为不影响武器系统的结构，随动装置的检测系统主要利用随动装置预留的数据采集口进行检测。检测系统对随动装置的电源、方位、高低D/A输出信号，方位、高低接触器驱动信号，设备自检，系统复位信号，方位、高低误差合格信号等进行采集，然后将采集的信号与标准值进行对比，从而判定系统工作状态是否正常。

随动装置检测系统主要由嵌入式系统、电量取样板（传感器板）、驱动板、液晶显示屏、控制按键和开关电源等几部分构成。其中，嵌入式系统包括PC104嵌入式系统主板、A/D采集板、I/O接口板3部分。随动装置检测系统的总体结构原理框图如图1所示。

图1 随动装置检测仪总体结构原理框图Fig.1 Chart of overall structure principle of text system for follow-up mechanism

随动装置检测系统由车载发射制导装置上+26 V电源供电，并通过测试电缆与车载随动装置的检测口X1、X2相连。嵌入式系统主板是仪器的核心，用于对检测仪的测试程序控制、数据传输与处理，测试结果的信息管理等。A/D采集板和接口板用于采集需要检测的车载随动装置输出模拟信号和开关量信号，并将其送入嵌入式系统主板进行相应检测控制工作。电量取样板用于接收车载随动装置的X1、X2端口输出信号，并将其变换为符合A/D采集板和I/O接口板信号要求的相应信号。同时，为了增大开关量信号的驱动功率，在I/O接口板前增加了驱动板电路。液晶显示屏用于显示检测软件操作界面和检测结果，控制按键安装在检测仪前面板上，供操作员进行检测操作。开关电源用于产生电量取样板工作所需的±12 V电压和嵌入式系统主板、驱动板工作所需的+5 V电压。

2 系统硬件设计

随动装置检测平台的硬件设计以功能模块为基本组件，包括CPU模块、硬盘模块、A/D模块、I/O模块、控制模块等。这些模块通过PC104总线连接，并利用标准的固定孔进行固定，形成栈接式的紧凑结构，从而实现模块之间任意搭接和系统功能的扩充[1-2]。这种栈接式结构有利于设计较高密度、小体积、便携式的测试平台。检测平台的栈接式实物外型结构如图1所示。

图2 检测系统的栈接式实物外形结构Fig.2 Meet in the stack of material object form structure for text system

2.1 PC104嵌入式系统主板设计

充分考虑到应用环境，嵌入式系统选用了PC104主机，其MCU采用嵌入式低功耗专用处理器VORTEX DX86处理器[3-4]。PC104计算机现阶段技术发展比较成熟，而且也是未来测控技术发展的趋势。PC104计算机相对于台式工控机有安全高效、低功耗等优点，可在多种应用环境下运行。高度紧凑的PC104结构形式，尺寸一般仅为：100 mm×90 mm×15 mm，可以方便设计集成度高的仪器设备，比台式工控机用复杂连线搭建起来的系统要紧凑。其供电电压只需5 V，功率只有10 W左右，而一般工控机则需300 V左右的工控电流，功率也在250 W左右，可见使用PC104计算机能显著降低消耗。工作频率现在也都能达到1 GHz，64 KB一级高速缓存和2 MB二级高速缓存以上，在数据处理和分析上能达到较快速度。在接口方面，提供USB2.0、标准并行口、串行口、PS/2键盘和鼠标接口等多种外设接口，使用灵活方便；工作环境适应性强，可在环境温度 -20℃～+70℃、相对湿度5%～95%的情况下正常工作，在极小空间里几乎实现了PC机所有的功能，能实现数据的高效传输和多种通讯。对于组建系统，PC104计算机既可作为外接工控机使用，也可作为嵌入式计算机使用。所以使用PC104计算机作为主机，其适应性、灵活性强，能满足随动装置检测系统的需要。

2.2 外围电路设计

1）A/D采样板设计 随动装置输出的方位、高低信号为模拟信号，需要对其进行数字化转换。根据车载随动装置的待测要求，A/D采集板选用了PM516采集板。PM516采集板具有32路模拟通道、输入信号范围-5 V～+5 V、最大采样频率75 kHz、输入精度12 bit，低功耗等特点。并且和嵌入式系统主板兼容性好，连接方便。

2）I/O接口板设计 随动装置输出地设备自检，系统复位信号，方位、高低误差合格信号，误差合格信号等均为开关量信号，根据车载随动装置的测试要求，I/O接口板选用了PM549板。PM549采集板具有32路光隔离开关量输入及32路光隔离开关量输出。且全部输出为达林顿输出，驱动能力大，符合设计要求，并且和嵌入式系统主板兼容性好，连接方便。

由于系统外存在各种干扰且被测开关量多为12 V的直流信号，所以在开关量输入通道中需要设置隔离器件。PM549板卡的光偶输入端使用光偶芯片PS2801，光偶输出端使用芯片PS2802，达林顿输出，如图3和图4所示。PM549板卡采用光隔离的输入输出方式，增强了信号的抗干扰能力，大大提高了检测系统的信号传输效率和可靠性。

图3 PM549光耦输入端Fig.3 Light-coupler input of PM549

图4 PM549光耦输出端Fig.4 Light-coupler output of PM549

3）电量取样板设计 车载随动装置的待测信号中，有电源电压信号、TTL开关量信号、非TTL开关量信号、PWM脉冲信号等多种类型。为了正确采集和处理这些信号，在测试系统中，选用了高精度的直流电压传感器、交直流电压传感器和频率传感器等器件，设计了一块电量取样板，将待测信号转换为能被嵌入式系统处理的标准信号。电量取样板的内部结构如图5所示。电量取样板工作电压为+12 V，由检测仪的开关电源提供。其输出的模拟量信号连接A/D采集板PM516，开关量信号连接I/O驱动板。

图5 电量取样板的结构示意图Fig.5 Structure diagram of power sampling board

4）I/O驱动板设计 为了增大由电量取样板输出的开关量信号的功率，在这些开关量信号输入I/O接口板之前，设计了驱动板电路，以增强信号的驱动能力。驱动板的内部结构如图6所示。此外，通过驱动板后，有6个开关量信号的电平有效方式由低电平变成了高电平，其他开关量有效电平方式不变。驱动板为+5 V供电，由驱动板内部提供，其输出信号接入I/O接口板PM549。

5）开关电源设计 设备中的开关电源是一款宽输入范围的DC/DC变换器，工作可靠稳定。其输入为车载随动装置的+26 V直流电源，输出+12 V和+5 V直流电压，为电量取样板和嵌入式系统主板以及液晶显示屏提供所需的直流电压。

6）液晶显示屏设计 液晶显示屏采用日本三菱公司6寸液晶屏，型号为AA065VB05。其分辨率为640×480，可在-10℃～+70℃温度范围内可靠工作。其工作电压为+5 V，由检测仪内部的开关电源提供。

7）控制按键设计 控制按键模块设置在检测仪的前面板上，包括五个功能按钮、一个电源指示灯和一个电源开关。按键及指示灯均选用瑞士eao公司产品，开关选用法国高质量的APEM防水开关。可保证设备工作安全可靠。

3 系统软件设计

图6 驱动板的结构示意图Fig.6 Structure diagram of driveboard

为了缩短开发周期，同时兼顾测试的实时性和测试程序的可移植性，随动装置检测系统的软件是在Windows XP操作系统的基础上采用C语言编写[5-6]。在软件设计时，采用结构化、模块化的设计思想，根据控制系统测试所需完成的测试任务和测试流程，对各子程序模块进行逐一编写，包括系统的初始化部分，系统自检模块，控制模块 ，人机交互模块，数据处理模块以及完成具体测试项目的测试程序集，其组成如图7所示。

图7 系统软件组成Fig.7 System composed of software

系统自检用于对测试的模块电路的硬件进行自动检测、诊断。通过对系统硬件各电路模块进行测试，判明测试系统本身是否处于良好状态。当系统检测到某功能电路工作不正常时，系统将根据诊断结果直接指示故障模块，以便排除故障。在检测时，软件首先对A/D模块、I/O模块进行初始化配置，同时调用相应的测试程序及测试数据，完成对随动装置的检测[7]。系统的测试流程如图8所示。

图8 主程序流程图Fig.8 Main flow chart of system software

4 结 论

本文基于PC104嵌入式系统开发平台，设计了某型导弹随动装置检测系统，该系统大量采用商品化的模块，具有高可靠性、低功耗、小尺寸的技术特点，能够随时随地对随动装置进行检测，具有很好的便携性，大大提高了部队维修保障人员在遂行作战任务中的保障能力。同时，该检测系统可以装配到该型导弹检测工程车上，从而扩展检测工程车对导弹的检测功能，这将为减少武器系统全周期维护费用提供有效途径，具有重大军事应用价值。

[1]张超，许华龙.导弹控制系统数据采集系统设计[J].计算机测量与控制，2009，17（10）：2015-2016.ZHANG Chao，XU Hua-long.Design of data acquisition system based on PC/104 bus for missile control system[J].Computer Measurement&Control，2009，17（10）：2015-2016.

[2]洪光，摆卫兵，陈世纯.基于PC104总线的检测维修训练系统研究[J].微计算机信息，2010，26（12）：45-46.HONG Guang， BAI Wei-bing， CHEN Shi-chun.Research on detecting and servicing training system based on PC104 bus[J].Microcomputer Information，2010，26（12）：45-46.

[3]朱安石，路平，邱金刚.某型无人机飞控机检测系统设计[J].信息技术，2010（12）：119-121.ZHU An-shi， LU Ping， QIU Jin-gang.Test system design of certainUAVflightcontrolcomputer[J].InformationTechnology，2010（12）：119-121.

[4]袁魏华，韩裕生，张伟伟.LabVIEW平台下调用DLL实现PC/104 数据采集[J].微计算机信息，2008，24（4）：56-58.YUAN Wei-hua， HAN Yu-sheng， ZHANG Wei-wei.Using DLL for PC-104 data acquiring in LabVIEW platform[J].Microcomputer Information，2008，24（4）：56-58.

[5]闫淑群，母勇民，罗宇辉.基于PC104总线的导弹阵地检测系统研究[J].弹箭与制导学报，2010，30（4）：214-216.YAN Shu-qun， MU Yong-min，LUO Yu-hui.Investigation of missile position testing system based on PC104 bus[J].Journal of Projectiles， Rockets， Missiles and Guidance，2010，30（4）：214-216.

[6]张蓉，邓浩，王磊.基于PC104的时序控制系统设计[J].计算机工程，2011，37（1）：251-253.ZHANG Rong， DENG Hao， WANG Lei.Design of timesequence control system based on PC104[J].Computer Engineering，2011，37（1）：251-253.

[7]赵德林，王社伟，陶军.基于PC104总线的ARINC429航空接口卡设计[J].新技术新仪器，2011，31（1）：14-17.ZHAO De-lin， WANG She-wei， TAO Jun.Designof ARINC429 bus interface-card based on PC104 bus[J].New Technology， New Instrument，2011，31（1）：14-17.