基于以太网的飞机电气参数测试系统设计.pdf

西北工业大学硕士学位论文摘要摘要 网 络技术和总线测试技术的结合，出现了新一代的测试系统一一网络化测试系统。网络化测试系统可以实现在任何地点、任意时间获取测试信息，这无疑能显著提高测试功效，有效降低测试成本，大大缩短测试计量周期.采用网络化测试系统进行测试测量，将成为自 动测试系统发展的一个重要方向。本论文以 某型飞机地面试验测试系统为背景，分析了飞机电气参数测试系统的网络体系结构;分析、研究了 双机箱同步原理、P X I 数据采集及负载控制方法，阐述了 测试系统如何通过以 太网 进行远程监控;依照G J B 1 8 1-1 9 8 6 和G J B 1 8 1 A-2 0 0 3 的规定，介绍了各项参数的计算方法，并且结合L a b V I E W编程技术给出了软件设计方案，采用层次化、模块化的设计手段，完成了电气参数测试和负载配置，实现了远程监控现场测试和远程负载控制。最后，结合当前测试技术的最新发展趋势，指出了在本次论文设计过程中，有待完善和改进的方面。关键词:以 太网，飞 机电 气参数，P X I 总线，同步，L a b V I E W语言，远程监控西北工业大学硕士学位论文Ab s t r a c t T h e c o m b i n a t i o n o f n e t w o r k t e c h n o l o g y a n d t e s t t e c h n o l o g y o f b u s e s r e s u l t s i nt h e a p p e a r a n c e o f a n e w t e s t s y s t e m,n e t w o r k e d t e s t s y s t e m.T e s t i n f o r m a t i o n c o u l db e o b t a i n e d b y n e t w o r k e d t e s t s y s t e m c o n v e n i e n t l y.S o i t w i l l i m p r o v e t h e t e s te f f i c i e n c y e v i d e n t l y,d e c r e a s e t h e t e s t c o s t e ff e c t i v e l y,a n d s h o r t e n t h e t e s t a n dme a s u r e m e n t p e r i o d s e n o r m o u s l y.T e s t a n d me a s u r e me n t w i t h n e t w o r k e d t e s ts y s t e m i s a n i m p o r t a n t d e v e l o p i n g d i r e c t i o n o f t h e a u t o m a t i c t e s t s y s t e m T h i s p a p e r t a k e s t e s t s y s t e m o f c e r t a i n t y p e a i r p l a n e f o r g r o u n d e x p e r i m e n t a t i o na s t h e b a c k g r o u n d,a n a l y z e s t h e n e t w o r k e d fr a m e o f t e s t s y s t e m f o r a i r c r a ft e l e c t r i cp o w e r p a r a m e t e r,s t u d i e s t h e s y n c h r o n i z a t i o n p r i n c i p l e o f d o u b l e c h e s t,P X I d a t aa c q u i s i t i o n a n d l o a d c o n t r o l m e t h o d s,i n t r o d u c e s t h e m e t h o d h o w t o r e a l i z ec o n t r o l l i n g r e m o t e l y v i a E t h e rn e t.A c c o r d i n g t o G J B 1 8 1-1 9 8 6 a n d G J B 1 8 1 A-2 0 0 3,c a l c u l a t i o n a l m e th o d s o f p a r a m e t e r s a r e i n t r o d u c e d a n d t h e s o ft w a r e d e s i g n i n g i sg i v e n w i t h L a b V I E W p r o g r a m m i n g t e c h n o l o g y.U s 吨 h i e r a r c h y a n d m o d u l em e t h o d,t h e s y s t e m a c c o m p l i s h e d t e s t e l e c tr i c p o w e r p a r a m e t e r s a n d d e p l o y i n gl o a d,a n d r e a l i z e d m o n i t o r i n g t h e s c e n e a n d c o n t r o l l i n g t h e l o a d r e m o t e l y.F i n a l l y,c o n s i d e r i n g t h e n e w d e v e l o p i n g t r e n d o f t e s t i n g t e c h n o l o g y,s o m e t e s tm e th o d s t h a t w i l l b e i m p r o v e d o r c o m p l e t e d i s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r.K e y w o r d:E t h e me t,e l e c t r i cP XI b u s,S y n c h r o n i z a t i o n,L a b VI E WR曰 泊。记 c O n t r o lp o w e r p a r a me t e r,l a n g u a g e,R e mo t e c西北工业大学硕士学位论文第一章 概述第一章 概述1.1 引言 在国防科研试验中需要测试的信号种类和数量越来越多，如果将众多的被测信号集中到单一舱室(船舱或机舱)统一进行采集，不仅测试系统硬件设计十分复杂，而且在采集精度和实时性等方面也难以 得到保证。测试系统采用网络化结构，将测试设备靠近被测系统进行安装，除可有效减少被测信号传输电缆数量和长度外，还可提高模拟信号采集精度，同时有利于减小单台测试设备的 体 积 和重 量，便 于 在 船 舱 和飞 机 上 安 装(a ll 本论文设计了 一种用于某型飞机地面试验时的专用测试系统。该测试系统不仅可以 完成现场数据的实时采集、处理、存储、回放等功能，而且能 够实现远程监测和控制。1.2自动测试系统的概述 测试是人们通过实验认识客观世界取得实验对象的定性或定量信息的一种基本方法，实现这种方法的载体就是测试系统。测试系统是把被测参数自 动转换成具有可直接观测的指示值或等效信息的测试设备，是测量控制和分析实验对象各种信息的 全部软件和硬件的 组合，其中关键部件是传感器。传感器是由敏感元件直接感受被测量，并把被测量转变为可用电量(电 信号)的一套完整的测量装置.随着计算机技术在各个领域的广泛应用，以计算机为中心的自 动测试系统(A T S)，采用数据采集和传感器相结合的方式，能最大限度地完成测试工作的全过程。它既能实现对信号的检测，又能对所获信号进行分析处理得到有用的信息。计算机测试系统一般由传感器、信号调理、数据采集和计算机数据输出 等几部分组成 0 2)，如图1.1 所示。1)传感器 传感器完成信号的获取，将被测参量转换成相应的可用电 信号。被测参量可以是各种非电 气参量，如压力、温度、流量等;也可以 是电 气参量，如电 压、电流、电阻等。西北工业大学硕士学位论文第一章 概述 (2)信号调理 来自 传感器的输出信号通常是含有千扰噪声的微弱信号。因此，传感器后面需配接信号调理电 路，信号调理的基本作用有两个:其一是放大，将信号放大到与数据采集板中的A/D转换器相适配;其二是预滤 波，抑制干扰噪声信号的高频分量，将频带压缩以降低采样频率，避免产生混淆。通常信号调理电路输出的是规范化的标准信号，例如4-2 0 m A电流信号、1-5 V电压信号或其他形式的信号。此外，根据需要还可以 进行信号隔离与变换等.图1.1 计算机侧试系统的基本组成 (3)数据采集板 数据采集板主要功能有三个:其一是由衰减器和增益可控放大器进行量程自 动变换;其二是由多路切换开关完成对多点、多通道信号的 分时采样，将各输入信号依次或随机地接到专用放大器或A/D转换器上:其三是将信号的 采样由A/D转换器转换为幅值离散化的数字量，或由V/F转换器转换为脉冲频率以适应计算机的接受。(4)计算机 计算机是系统的 神经中 枢，它使整个测量系统成为一个智能化的有机整体，在软件引导下按预定的程序自 动进行信号采集与储存，自 动进行数据的运算分析、处理以 及记录测量结果。(5)数据输出 测试结果以 适当形式输出、显示、打印 等。从测试系统输入的电信号来分类，可以分成时间(频率)测试系统和电压 (电 流)测试系统，本论文所设计的属于后者。电 压(电 流)测试系统一般由传感器、信号调理、数据采集和计算机等几部分组成，被测的 物理量由 传感器通过信号调理电路产生电压(电流)，再送往后面的A/D转换器，A/D把经过调理放大的输入直流电压转换成与其大小成正比的数码送到计算机存储并进行处理。西北工业大学硕士学位论文第一章 概述1.3自动测试系统的国内外研究现状 现代自 动测试系统的研究工作大约始于1 9 5 6 年美国用于解决美国 军用电子设备(如航空电子学和导弹系统等)维护工作问 题的S E T E 计划，其发展水平在很 大 程度上 代 表了 世界 水平0 3-0 6 1 0 。美国自 动 测试系 统的 发展大致经过了七个阶段:(1)早期的自 动测试系统 早期的自 动测试系统常见的有数据采集系统、自 动分析系统等。尽管它们比较简单，但己经采用了计算机或其他逻辑以及定时电路进行控制，在测试性能和设备功能等方面都比以 前的仪器有较大的改善。然而，当时尚未解决系统内各设备之间连接用的接口标准化问题。(2)C A M A C自 动测试系统 1 9 6 9 年，西欧各国从事核科学研究的一些组织在核电子学标准委员会(E SO N E)领导下，制定并公布计算机自动测量和控制仪器及接口系统规范即C A M A C(C o m p u t e r A u t o m a t e d M e a s u r e m e n t a n d C o n t r o l).1 9 7 5 年以 后，美国电气和电子工程师学会(I E E E)，国际电工委员会(I E C)等组织相继宣布C A M A C标准，并公布相应的标准文本。C A M A C系统的是一种模块化系统，定义了 并行分支总线和串 行总线，用于将单机箱系统扩展为多机箱系统。因此，C A M A C标准接口 系统的特点主要是标准化程度高、数据传递速率快和系统规模大。但由于其造价昂贵，总线没有用于仪器和测试的专用触发线和相加线，电 磁屏蔽等考虑得并不充分，并且受到当时计算机发展水平的限制，指令传输接近微妙量级，使系统的性能扩展和系统应用受到了限制，目 前己基本被淘汰。(3)G P I B自 动测试系统 G P I B(G e n e r a l P u r p o s e I n t e r f a c e，即I E E E 4 8 8)标准接口 系统是 美国H P公司于1 9 7 2 年 提出 的 一套标准 接口 总线系 统(最初定名为H P-I B)，经改 进后于1 9 7 5 年和1 9 7 7 年分别被美国电 气与电 子工程师学会(I E E E)和国际电工委员会(E E C)所接受，正式颁布了标准文件。G P I B总线是一种并行方式的外总线，系统内的 仪器数目 最多不能 超过1 5 台，电缆总长度不超过2 0 米。凡是符合G P I B 标准的电子测量设备，不论出自 何厂，均可用此标准总线连接起来，在控制器的作用下构成自 动测试系统。但由 于G P I B系统在P C机出 现的初期问 世，所以 存在一定的局限性，如数据传输速率低，传输距离短，一个系统最多不超过1 5 台仪器等等。(4)P C-D A Q仪器西北工业大学硕士学位论文第一章 概述 P C-D A Q仪器被称为微机插卡式仪器，也称为个人仪器(p e r s o n a li n s t r u m e n t)。它以 通用微型计算机为 核心，把仪器功能部件做成插卡，插入微型计算机的 扩展槽中，配以 一定的 应用软件，共同 完成测试仪器或仪器系统的任务，与此同时保留了个人计算机的全部功能。这种插卡式的新型仪器，不但能充分利用微型计算机的软、硬件资源，更好地发挥微型计算机的作用，大幅度地降低仪器成本，提高经济效益，而且具有开发周期短、改进更新方便的优点，在组成测试系统和网络方面也有很大潜力。但是，由于没有统一的标准，各厂家的仪器、设备兼容性很差，用户在组建测试系统时 很难选择多个厂家的产品，严重影响了插卡式仪器的发展。(5)v X I 总线自 动测试系统 1 9 8 7年，由 C o l o r a d o D a t a S y s t e m s，H e w l e tt-P a c k a r d，R a c a l-D a n aI n s t r u m e n t T e k t r o n i x 和W a v e t e k 等世界五家著名的 仪器公 司 组成的 联 合体推出了v X I 总线(V X I 总 线，即V M E b u s e x t e n s i o n s f o r i n s tr u m e n t a t i o n 的 缩写)规范，几经修改和完善，于1 9 9 2 年4 月被I E E E接纳为I E E E-1 1 5 5-1 9 9 2 标准。v X I 总线是一种完全开放的模块化仪器系统的规范，集中了智能仪器、个人仪器、和自 动测试系统的很多特长，不仅性能全面优于 I E E E 4 8 8总线系统，而且使自 动测试系统体积大大缩小，测试速度大大提高，可满足目 前自 动测试系统向标准化、自 动化、智能化、模块化、便携式方向发展的要求。但是由于v X】总线造价比 较高，其推广应用受到一定限 制。(6)P M总线自 动测试系统 P X I(P C I e x t e n s i o n s f o r i n s t r u m e n t a t i o n，即P C I 总线在仪器领域的 扩展)总线是1 9 9 7 年美国N a t i o n a l I n s t r u m e n t(N O公司发布的 一 种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线。与v X I 系统相比，P X I 测试系统的优势在于机箱中 模 块体积更小，数据传输速度更高，价格 较低(介于P C-D A Q仪器与V)U系统之间)。目 前由 于P)G模块仪器系统卓越的性能和较低的 价格，使得越来越多的从事自 动测试系统的工程技术人员开始关注 P X I 的发展。尤其是某些军用测试系统，要求具有较小的 体积，如安装在装甲 车和坦克车内的 测试系统。另外，由 于 P X I 测试系统的传输速度更高，在某些高频段的 测试，已 经采用P X I 系统。(7)网络化仪器与测试 计算机技术、微电子技术和网 络通信技术的飞 速进步，使得虚拟仪器渐渐地向网络化的方向发展，也为测试技术网络化提供了强大技术动力与物质支持，并且很多测试任务也提出了 远程测试的要求.以P C机或工作站为基础，西北工业大学硕士学位论文第一章 概述通过网络来构成实用的 测试系统，将成为仪器与测试技术发展的一个重要方向。使用网络化仪器，人们可以 实现在任何地点、任意时间获取测量信息(或数据)，这无疑能显著提高 测量功效，有效降低监测、测控工作地人力和财力地投入，缩短完成一些类型计量测试工作的周期。网络型测试系统组成结构图如图1.2 所示。图1.2 网 络型测试系统示意图 目前，国内 对网络化仪器的研究正处于起步阶段。“网络就是仪器”的提法也己出现，网 络化仪器在测量和测控领域已 有实际应用.如网络流量计己用于检测流动物体的流量，这种仪器不仅能记录各个时段的流量，还能在流量过大或过小时报普;应用于水文监测的网络传感器，能对江河到入海口的各个关键测控点的水位、流量以 及雨水量进行实时在线监测;网 络电能表，已 应用于对异地用电信息的获取和检测;其他如网络化示波器、网 络化逻辑分析仪等也在应用中。尽管多年来，我国在借鉴和吸收国外先进自 动测试技术方面已经取得了一定的成绩，但是与国际先进水平仍有很大差距。近年来，随着航空科技的迅猛发展，先进的机载设备大幅度地增加，传统的现场测试已经无法解决飞机供电参数众多、负载扰动大、现场环境恶劣而难以 进行精确测试的问 题。主要存在两点不足:一是不能共享硬件，造成资源浪费:二是不能实时监控现场测试，不利于远程控制，降低了工作效率。因此，开发网络化测试系统势在必行，也符合测试技术的发展趋势。1。4 工业以太网 以 太网(E 山 e 口 et)网 络是由X er o x、Digi t al与I m e l 三家公司开发出 来的，是目 前世界上使用最普遍、最广泛的局域网，它遵守IEE Es02.3协议。目 前以太网己经在局域网和 恤ernet上取得了巨大的成功，据 V D C(M 幼 奴 江 D eV e1 0 p m ent C O 印)调查报告，如今已 有约95%的网络节点具有E th e rD et接口。西北工业大学硕士学位论文第一章 概述工业以 太网在技术上与商用以太网(I E E E 8 0 2.3 标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度和适用性方面应能满足工业现场的需要，即在环境适应性、可靠 性、安全性和安装使用方面 满足工业 现场的 需 要2 0 1 与专门为工业控制而开发的现场总线相比 较，工业以 太网技术具有一系列优点.具体表现在:以 太网 技术应用广泛，为所有的编程语言所支持;软硬件资源丰富;易于与功 t e m e t 连接，实现办公自 动化网 络与工业控制网 络的无缝连接:可持续发展的空间大。在过去的几年里，以太网标准有了许多进步，特别是在确定性、速度和信息优先级方面。首先，以 太网的 通信速率一再提高，从 I O M b/s,1 0 0 M b/s 到如今的1 0 0 0 M b/s,I O G b l s，在数据吞吐量相同的 情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻，网络碰撞几率大大下降，提高了网络的确定性.其次，交换技术的快速发展使得多个网上设备之间同时进行通信时 不 会发生冲突.其做法是把网 络用交换器分割成互不相连的几个网 段，从而大 大降 低冲突的 可能性 m H O9 1。这些 进步给以 太网 在测试领 域的 应用 提供了技术支持。1.5 论文研究的意义 在上述背景下，本文提出了一种基于以 太网的飞机电 气参数测试系统，既可以实现高可靠、高精度的现场数据采集与处理，又便于实时地远程监测与控制，很好地解决了 飞机供电参数众多、负 载扰动大、现场环境恶劣而难以在现场进行精确测试的问题，使用户能够在办公室的计算机中通过网络监测现场的情况，有如亲临 现场的感觉。概括起来，有如下几点:(1)本课题研究的是面向 飞机供电 系统的网 络化分布式测试系统，符合测试技术的 发展方向，有助于提高测试技术的网 络化水平。(2)网络化测试是当前国外研究的一个热点，但在国内 很少有人研究，因此本课题的 研究有利于国内 产品的国际 化，提高 产品 在国 际市场的竞争能力。(3)由 于国内 对网络化测试技术应用的很少，本课题的 研究有利于推动国内同行对网络化测试技术的关注。1.6 论文的研究内容 本论文设计了 一种基于以太网的飞机电气参数测试系统，主要完成了某型飞机地面试验专用测试系统的研究、开发以及系统联调工作。论文以某型飞机西北工业大学硕士学位论文第一章 概述地面试验测试系统为背景，分析了飞机电气参数测试系统的网络体系结构，研究了 测 试系统软、硬件设计的 理论与 方法，并根 据G J B 1 8 1 A-2 0 0 3 对以 往的 参数计算方法做了改进，同时完成了整个系统的测试软件编写。实践证明，该测试系统设计合理，实 现了 系统预定的各项功能，工作稳定可靠，并交付使用，效果良 好。具体来讲，论文研究内 容包括以 下几个方面:(1)系统结构及功能分析 介绍了系统的 整体结构，并分析了 各个组成部分的功能。(2)硬件设计 介绍了硬件设计方案，在此基础上提出了硬件设计思想及各模块的设计，重点说明了双机箱同步原理。(3)软件需求分析 从系统的功能出发，运用结构化的软件分析方法，对系统软件需求进行了详细分析。(4)数据处理 方法研究 严格按照G J B 1 8 1-1 9 8 6 和G J B 1 8 1 A-2 0 0 3 的规定，对各电 气参数的计算方法进行了详细的理论分析。(5)应用软件设计 在充分了 解算法的基础上，编写了 系统各模块相应的软件来完成系统的功能，详细阐述了软件模块之间的通信.西北工业大学硕士学位论文第二章 飞机电 气参数测试系统总体设计第二章 飞机电气参数测试系统总体设计2.1 飞机电气系统概述z.i.i 飞机供电系统的作用和组成 飞机供电系统是现代飞机的一个重要组成部分，该系统和用电设备组成了飞机的电气系统。供电系统指的是电能的产生、控制、交换和输配的一整套装置所组成的一个完整系统，它的作用是向飞机上所有用电 设备(如飞 行控制系统、各种电子设备、武器控制、照明、防冰设备、生活设施与环境控制系统等)连续地提供满足规定技术性能的电能，为用电设备的正常工作提供条件，以保证飞机的安全飞行和完成运输或作战任务。飞机供电系统可分为主电 源、二次电源和应急电源，有时还包括辅助电源。主电源由航空发动机传动的发电机和电源调节设备等组成，主电源是飞机上全部用电设备的主要电源。二次电 源是将主电 源电能变换为另一种形式或规格电能的装置，用以满足不同用电设备的需要，是飞机电源系统的重要组成部分。应急电源是一个独立电源系统，飞行中当主电 源发生故障时，航空蓄电 池或应急发电 机即成为应急电 源，向飞机上重要用电设备供电。当航空发动机不工作时(如地面检修维护时)，这时由地面电源车供电或靠辅助电 源供电。航空蓄电池，或由一种小型机载发动机、发电机和液压泵等构成的辅助动力装置是飞机 上 常 用 的 辅 助电 源 1 1 J 配电系统由电网、配电 装置和电网保护装置等组成，它的作用是将电 源所产生的电能传输和分配到飞机上各用电设备上去.配电方式一般可分为集中式、分散式和混合式配电 系统。配电 系统通常是电 源系统重量的好几倍，因而减轻配电系统的重量很重要。飞机上采用的电 源系统的 类型随 着飞机类型及其性能、任务要求以 及用电设备的不同而有所不同。目 前国内外正在使用的飞机电 源是多种多样的，有低压电 源系统，恒速恒频交流电 源系统，变速恒频交流电 源系统，混合电 源系统变频交流电源系统，以及高压直流电 源系统等.在低压直流电 源系统中，有变流机静止变流器、直流升压机和直流变换器，它将低压直流电变换成交流电或高压直流电。低压直流电源系统的主电源是由直流发电机、电压调节器、反流割断器和过压保护器等组成，额定电压是西北工业大学硕士学位论文第二幸 飞机电气参数测试系统总体设计2 8.5 V，由变流机或静止变流器把低压直流电变换为交流电作为二次电 源，常用蓄电池作为应急电源 在交流电源系统中，有变压器和变压整流器，它是将一种交流电变换成另一种电压的交流电或直流电。恒速恒频交流电 源系统的主电 源是由 恒速传动装置和交流发电 机及其励磁调节、控制保护装置等组成的4 0 0 H z,1 1 5/2 0 0 V三相交流电源系统。交流发电 机的容量有2 0,3 0,6 0,9 0,1 2 0 等千伏安。由 变压整流器把交流电 变换为直流电作为二次电 源。飞机蓄电池或应急交流发电机作为应急电源。有的飞机上还装有辅助动力装置作为辅助电源。变速恒频交流电 源系统的主电源是由发动机直接传动的无刷交流发电机和变频 器组成的4 0 0 H z 三相 交流电 源系统 2 5 。二 次电 源、应急电 源和辅 助电源与恒速恒频交流电源系统基本相同。这种系统是将发电机变频交流电功率通过变频器变换成频率恒定的交流电功率。变频器是一种电子变换装置，现在用它来代替恒速恒频交流电 源系统中结构复杂、成本高和维护困难的 恒速传动装置。目 前变频器的 变换方式主要有两种形式:交一 直一 交型变速恒频电源系统和交一 交型变速恒频电 源系统。混和电源系统(或称复合电源系统)指的是由 变频交流电 源和恒频交流电源组成的电源系统，也可以是由变频交流电源或(和)恒频交流电源与低压直流电源组成的电源系统。从目前飞机装置的情况来看，采用这种混合电源系统的新飞机是不多的。交流供电不易实现不中断供电，且重量较大、效率较低、不适应机电传动装置和全电飞机的应用。减轻供电系统重量的方法是提高系统工作电压，或是改变供电体制。从飞机供电系统的发展来看，2 7 0伏高压直流电/恒频交流电/变频交流电的混合电 源系统由 于具有可靠性高、效率高、易实 现不中断供电、适应全电飞机发展要求等优点，将成为可供选择的先进飞机电源系统之一。2.1.2 飞机供电系统的工作条件 飞机供电系统的工作条件大大地不同于地面工作条件。飞行高度、速度、机 械过载及在空间的 任意 位置对供电 系统的 工作都有影响 1 9 。由 于有 着特殊的工作条件，因此对系统提出了 一系列的技术要求，它的一些共同的基本要求为:(1)要求供电 系统工作可靠，这是非常重要的要求，直接关系到飞机的西北工业大学硕士学位论文第二章 飞机电 气参数测试系统总体设计安全和战斗力的发挥;(2)供电系统的重量和尺寸要小，这样可使飞机的有效载荷增加;(3)供电 系统工作可靠，要求不受周围介质条件的影响。因为飞机可能处于不同的飞行高度、大气温度下，一般在一 5 5 到+6 0 之间 变化，大气压力可以 从海 平面的7 6 0 m m H g 变化到2 0 0 0 0 米高 度的4 1 m n i H g，周围 空 气的 相 对湿度在2 0 1 5 温度下可达到9 5-9 8%;(4)供电系统工作时要求不受空间位置、速度和加速度的影响。例如飞机作机动飞 行时，设备 元件可以 受到强 度达l o g 长时间的 加速度作用，飞 机翻转时，设备应能正常工作，有工作液体的设备(蓄电 池等)液体不应溢出。还有由 于发动机工作时产生的振动以 及飞机着陆时受到撞击，电气设备元件应能承受l o g 以 上的振动强度。以 上仅列出了 一些基本要求，对整个供电 系统及其设备元件来说是远远不够的，对每一个系统或设备都有一个专门技术规范。这里引用的数据仅仅为了说明飞机供电 系统及飞机电气设备工作的特殊环境，其中 一些要求对地面装置来说，往往是没有意义的，然而对于航空设备来说，这些要求可能起到决定性作用。2.1.3 飞机电 气参数测试要求简介 根据G J B 1 8 1-8 6(飞机供电 特性及对用电设备的要求)和G J B 1 8 1 A-2 0 0 3(飞机供电特性)两个标准的有关规定，飞机供电系统性能参数测试包括的测试内 容如图2.1 所示。目 前，采用直流供电系统的飞机，绝大部分仍为 低压直流供电系统，其额定电 压值为 2 8 V，也有少数飞机已 经采用高压直流供电 系统，其额定电 压值为2 7 0 V。交流供电系统一般采用三相结构，飞机供电系统也不例外，通常称为a,b,c 三相。三相之间对应物理量的 相位相差1 2 0 0，其相序为a 相超前b 相，b 相超前c 相。在某些混合供电 系统中，其交流系统也可以 采用单相结构。2.2 系统结构及功能分析2.2.1 系统总体结构飞机电气参数测试系统是用于测试飞机供电系统中交直流电压、电流、频西北工业大学硕士学位论文第三章 系统硬件平台设计第三章 系统硬件平台设计3.1 总线设计方案 在飞机供电参数测试系统中，实验数据的获取有着重要的意义。数据不仅是分析处理系统性能 参数的原始材料，而且也是检验算法有效性的重要依据。要实现系统所要求的 测试指标，必须保证测试系统在规定实验时间内 有足够的传输速率和存储容量，这就要求 P X I 总线采集数据的速度和精度以 及以太网的实时性和同 步性必须得到满足，以 保证管理计算机能够远程实时监控.因此，在本系统中，对系统硬件部分要求较为严格。3.1.1 P X I 总线 P X I(P C I E x t e n s i o n f o r I n s t r u m e n t a t i o n)是由 美国N I 公司 于1 9 9 7 年推出的测控 仪 器总 线标 准。它将C o m p a c t P C I 规范定义的P C I 总线技 术发展成适用于 试验、测量与数据采集场合的机械、电 气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体协结构。P)G总线规范是在P C I 规范的 基础上发展而来的，具有P C I 的 性能和特点，其电 气结构如图3.1 所示。S t a r T r i g g e r 蚤象沁操一ha一一一一犷麟鬓黯J们0七1佃口习 日。1笼5P C I绒 I 3 2 N l B s 一.3 3 n 4 Hz,-3 2/6 4-b i t C o mp u t e r/广丫P X I T r i g g e r B u s图3.1 P X I 电气结构西北工业大学硕士学位论文第三章 系统硬件平台设计 从图3.1 中可以看出，P X I 总线电 气结构包括3 2/6 4 b i t 数据传输能力以及分别高达1 3 2 M B/s(3 2 b i t)和2 6 4 M B/s(6 4 b i t)的数据传输速度，另外还支持3.3 V系统电压、P C I-P C I 桥路扩展和即插即用。P X I 保持P C I 总线的所有优点，还增加了专门的系统参考时钟、触发总线、星型触发线和模块间的布局总线，以满足高精度的定时、同步与数据通信的要求，这些总线位于 P X I 总线背板。P X I不仅在P C 保持总线所有优点的前提下增加了 这些仪器特性，而且可以 提供比台式P C I 计 算机多的 仪器插槽 3 1 。其功能 模块如 下:(1)参考时钟(I O MH z C L K)P X I 规范定义了 一个低歪斜(l o w s k e w)的I O M H Z 参考时钟。此参考时钟位于 背板上，信号延 伸至每 一 个外设 槽(p e ri p h e r a l s l o t)，如图3.1 所示.其 特色是由时钟源开始至每一个外设槽的布线长度都是等长的，因此每一个外设槽所接受的时钟源都是同相位的，这对多个仪器模块的同步来说是一个很方便的时钟来源.该参考时钟可用做同一测试或控制系统中的多卡(或仪器)同步信号。本测试系统中的双机箱八块采集卡同步采集信号就是利用该参考时钟作为时钟源。(2)触发总线(P X I T ri g g e r B u s)P X I 不仅将E C L参考时钟改为TTL 参考时钟，而且只定义了8 根TTL触发总线，不再定义E C L 逻辑信号.不保留E C L 逻辑电 平则不需要机箱提供额外的电源种类，从而显著减少 P)I的整体成本。使用触发总线的方式可以 是多种多样的。例如，通过触发线可以同步几个不同 P X I 模块上所谓同一种操作，或者通过一个 P X I 模块可以 控制同一系统中其他模块上一系列动作的时间顺序。为了准确地响应正在被监控的外部异步事件。可以将触发从一个模块传给另一个模块。一个特定应用所需要传递的触发数量是随时间的数量与复杂程度而变化的。(3)星型触发(S t a r T ri g g e r)外设槽2 号的左方局部总线在P X I 定义中实际上被作为另一种特殊的信号，称为星型触发线。这 1 3 条星型触发线被依序分别连接到其他外设槽上，且彼此的走线长度都是相同的。也就是说，若在2 号外设槽上同一时间从这1 3 条星型触发线送出触发信号，那么其他仪器模块都会在同一时间收到触发信号(因为每一条触发信号的延迟时间都相同)。正是因为这一项特殊的触发功能只在外设槽2 号上才有，因 此外设 槽2 号也称为 星型触发控制 器槽(S t a r T ri g g e r C o n t r o l l e rs l o t).P X I 星型触发总线为P X I 用户提供了 只有V X I D尺寸系统才能具有的 超高性能同步能力。星型触发总线是在紧邻系统槽的第一个仪器模块槽与其他6 个仪器模块槽之间各配置了一根唯一确定的触发线而形成的。P X I 星型触发系统具有两个独特的优点:一是保证系统中的每个模块有一根西北工业大学硕士学位论文第三章 系统硬件平台设计唯一确定的触发线;二是每个模块槽中的 单个触发点所具有的 低时延连接性能，保证了系统中每个模块间非常精确的触发关系。(4)局部总线(助呱 B us)P xl局部总线是每个仪器模块插槽与左右邻槽相连的链状总线。该局部总线具有 13线数据宽度，可用于在模块之间传递信号，也可以 进行高速边带通信而不影响P cl总线的带宽。局部总线信号的分布范围从高速T T L 信号到高达4 2v的模拟信号。(5)P C I 性能 P XI 系统除了比P C I 系统多扩展槽这点差别之外，P 习 总线与台式P CI规范具有完全相同的P cl性能。另外，利用P C 计cl桥技术扩展多台P XI 系统，可以使扩展槽的数量理论上最多扩展至2 56个.3.1.2以太网工作原理 以 太网是广播型网络，一个节点发出的信号，被同 段中其他节点同时接收，接收节点通过信号地址鉴别，决定丢弃还是保存。为了便于网 络中目 标计算机的寻址，以 太网标准中采用的 是M 峨 C(M a t 酬aiA 二s s C o n tr o l，介质访问 控制)地址。M A C地址是由IEE E 8 0 2.3 标准委员会分配给网 卡厂商的，每块网卡都被赋予 全球唯一的M A c 地址 20。以 太网的 帧是变长的，其长 度从64字节到1 518个 字节 不 等。以 太网 采 用的M 峨 c 是c s 加 U 岁 c D(c arri目s ense M u lt i p le A cces s withC ol lisi o n D et。改 o r，载波侦听多路存取肿突检测)方法，在此主要介绍C S M A/C D工作原理。C S M 户 以 C D工作原理与 人际间交谈非常相似，其工作可以 分成数据发送阶段和数据接收阶段。发送阶段主要分为以下七个步骤，工作流程如图3.2 所示。图3.2 C S M A/C D工作流程图西北工业大学硕士学位论文第三章 系统硬件平台设计 (1)讲前先听:任何节点要向通信介质发送信息时，首先要侦听介质上是否