摘要：飛機防滑剎車控制器是飛機制動系統(tǒng)的核心部件。裝機前對它進行離線測試能夠為它裝機后的正常運行提供重要保障，從而極大地降低它的裝機成本。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
    飛機防滑剎車系統(tǒng)是飛機重要的機載設(shè)備，它是飛機上具有相對獨立功能的子系統(tǒng)，對飛機的起飛和安全著陸起著重要的作用。由于飛機著陸過程持續(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)，以確保飛機安全、可靠剎車。防滑剎車系統(tǒng)的響應(yīng)速度、輪間保護、剎車率等性能的好壞直接影響到飛機及機載人員的安全。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，就必須對飛機防滑剎車系統(tǒng)的性能進行檢測。
    飛機防滑剎車控制器測試系統(tǒng)是指在飛機起飛和檢修時對防滑剎車控制器進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)并對其性能進行檢測，保障防滑剎車系統(tǒng)安全、可靠、快速運行，確保飛機剎車安全。

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RS 232通信，如圖1所示。

    ATmega 16是基于增強型AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器，具有先進的RISC結(jié)構(gòu)。由于其先進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。
    機輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生頻率與機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)機輪轉(zhuǎn)速模擬時，機輪速度信號可通過上位機設(shè)定方式和單片機設(shè)定方式進行設(shè)定。上位機設(shè)定方式允許用戶在上位機界面中輸入模擬機輪速度。單片機設(shè)定方式允許用戶通過鍵盤設(shè)定模擬機輪速度為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顯示兩種顯示方式。

    飛機剎車過程中開關(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)進行設(shè)定，例如修改模擬機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電路與上位機進行通信，可將測試到的實時數(shù)據(jù)上傳至PC機，并可通過上位機軟件對測試系統(tǒng)進行設(shè)置。上位機程序由LabVIEW軟件編寫。
    測試時要模擬飛機剎車過程，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輪轉(zhuǎn)速及其對應(yīng)的參考轉(zhuǎn)速這兩個關(guān)鍵量進行采樣、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
    測試系統(tǒng)以ATmega16單片機為核心，硬件設(shè)計主要包括以下幾個部分：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)計中的幾個關(guān)鍵點和難點。
2．1 A／D采樣電路
    測試系統(tǒng)需要采集的模擬量有機輪參考速度和伺服閥電壓，設(shè)計中直接應(yīng)用ATmega16芯片內(nèi)部的A／D口進行信號采集，采用CD4053對A／D口擴展。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，Z0通道選通，進行機輪參考速度的采樣；為高電平時Z1通道選通，進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)計中采用串行10位數(shù)／模轉(zhuǎn)換器TLC5615進行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，每個SCLK時鐘的上升沿將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模擬機輪速度信號
    機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)運算放大器后作為機輪速度的模擬信號，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KEY端口會變?yōu)榈碗娖剑弥噶羁勺x出所按鍵值。電路如圖6所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件總體設(shè)計流程如圖7所示，程序進入主函數(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，進入死循環(huán)的主程序運行，直到系統(tǒng)斷電。子程序的設(shè)計主要包括：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 上位機分析軟件
    上位機數(shù)據(jù)分析軟件是運行在PC機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，人機界面良好，可靠性高，并且在實際運行過程中取得了良好的運行效果。能夠快速地檢測到飛機剎車防滑控制盒的故障信息，并能把檢測結(jié)果實時顯示在液晶屏上，并由上位機軟件對檢測結(jié)果進行記錄。測試數(shù)據(jù)為飛機剎車事故分析、處理和預(yù)防提供有利的證據(jù)，同時也能通過防滑控制盒的檢測結(jié)果，為防滑控制盒的改進工作提供參考依據(jù)。