摘 要： 針對大氣數據計算機檢查儀普遍體積和重量較大、不具備便攜性的問題，提出一種基于嵌入式計算機的大氣數據計算機檢查儀的設計方法。該方法以PC104總線嵌入式計算機為核心，配備PC104總線ARIC429卡、A/D卡、D/A卡和便攜式機箱構成一臺便攜式大氣數據計算機檢查儀。其功能可完全涵蓋現有大氣數據計算機測試設備，此外還具有體積小、重量輕、可便攜等特點，可用于大氣機的原位檢測，提高了工作效率。

　　關鍵詞： 大氣數據計算機；檢查儀；嵌入式計算機

　　大氣數據計算機是重要的機載設備，通過測量全壓、靜壓、大氣總溫及場面氣壓等參數，然后經過解算得到各種大氣數據，提供給飛行員及相關的系統和設備。為了保證飛行安全，大氣數據計算機需要進行周期性檢驗，出現故障后需要進行排故，這些工作都要用到大氣數據計算機檢查儀[1]。但目前國內研制生產的大氣數據計算機檢測設備一般采用工控機、ISA總線、PXI總線或VXI總線板卡及體積較大的工控機柜，存在體積和重量較大、不能便攜等問題，而國外又沒有相應的替代產品[2-4]。本文提出一種基于嵌入式計算機的大氣數據計算機檢查儀的設計方法。該方法采用PC104總線嵌入式計算機及PC104總線卡，所設計的檢查儀功能完全涵蓋現有測試設備，且具有體積小、重量輕、可便攜等特點，可用于大氣數據計算機的原位檢測，提高了工作效率。

　　1 檢查儀的基本工作原理及組成

　　大氣數據計算機工作時接收來自全靜壓管的全壓和靜壓及總溫傳感器和場壓給定器提供的大氣總溫信號和場面氣壓信號，因此對大氣數據計算機進行檢查，需要向其提供全壓和靜壓及大氣總溫和場面氣壓等信號。全壓和靜壓一般由大氣參數基準儀提供。大氣總溫信號為電阻信號，需由大氣數據計算機檢查儀來模擬。場面氣壓信號為電壓信號，也需由大氣數據計算機檢查儀來模擬。大氣數據計算機通過對上述信號進行測量，然后經解算獲得大氣數據，最后以ARIC429數據格式向外輸出。大氣數據計算機檢查儀通過ARIC429卡讀取大氣數據計算機發出的大氣數據，通過與標準值進行比對，即可知道大氣數據計算機工作是否正常[5]。

　　基于嵌入式計算機的大氣數據計算機檢查儀的總體方案如圖1所示。該檢查儀由PC104計算機、ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡、總溫信號給定器、電源和適配板等組成。

　　PC104計算機由PC104CPU板、液晶顯示器、硬盤、鍵盤和鼠標組成。計算機通過PC104總線控制ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡對大氣數據計算機進行測試。利用計算機建立虛擬儀器界面，所有檢測命令的發出都是通過觸摸屏或鍵盤、鼠標完成，測量結果通過顯示器直接進行顯示。

　　ARIC429卡為PC104總線卡，這里用于讀取大氣數據計算機以ARIC429串行數據格式發出的大氣數據信息，經過轉換變為并行數據，然后經過總線傳送給PC104計算機。

　　D/A卡用于模擬場壓給定器，根據規定向大氣數據計算機提供電壓信號。通常場壓給定器輸出信號精度較高，所以一般D/A卡需采用16位以上分辨率的D/A卡。

　　A/D卡用于采集大氣數據計算機輸出的模擬量信號，此外還與總溫信號給定器配合，產生總溫信號。

　　I/O卡為光電隔離型輸入/輸出卡，用于控制適配板上面的所有繼電器，此外還用于向大氣數據計算機提供開關量輸入信號和接收大氣數據計算機輸出的開關量信號。

　　總溫信號給定器用于模擬總溫傳感器，向大氣數據計算機提供準確的電阻信號。總溫信號給定器實際上就是兩個串聯的可調電位器，如圖2所示。

　　由于需要向大氣數據計算機提供精度較高的電阻信號，因此需要采用兩個電位器W1和W2串聯使用，W2用于粗調，W1用于細調。總溫電阻Rt為W1和W2串聯阻值之和。為了精確設定總溫電阻Rt，將待設定的總溫電阻Rt與一個精密電阻R1串聯，并在兩端加上基準電壓Vref, 然后利用A/D卡測量AB端的電壓UAB和BC端的電壓UBC。最后根據公式missing image file得到準確的總溫電阻。總溫電阻設定完后，計算機通過I/O卡控制繼電器Relay1和Relay2觸點轉換，將設定好的總溫電阻連接到大氣數據計算機。大氣數據計算機檢查儀操作界面如圖3。

　　檢查儀的電源采用具有+5 V、+12 V和+28 V輸出的開關電源。+5 V直流電源供給PC104計算機，+12 V直流電源供給液晶顯示器和適配板，+28 V為大氣數據計算機的工作電源。

　　適配板上面主要是一些繼電器，受I/O卡控制。計算機通過I/O卡控制相關繼電器實現ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、總溫信號給定器及+28 V直流電源與被測大氣數據計算機的連接，從而對其進行檢測。

2 檢查儀的軟件設計

　　該檢查儀是基于PC104總線的嵌入式計算機測試系統，在基本硬件確定以后，軟件是檢查儀的核心。本測試系統以Windows2000為操作系統，在VB開發環境下進行編程。軟件各功能子程序采用模塊設計化，可擴展性強，人機界面友好，易于操作使用。測試數據可由屏幕顯示，還可作為數據文件保存。系統具有在線操作提示功能，在測試者進行的每一步操作中都有操作說明[6]。

　　檢查儀通電啟動后，運行“大氣數據計算機檢查儀”程序，就會出現圖3所示的大氣數據計算機檢查儀操作界面。界面最上部為標題區，標題區下面為菜單區，點擊各菜單可進行相應檢查操作。“操作提示”欄提示操作者應如何操作。中間表格顯示當前科目的檢查內容和結果。右下角有個“確定”按鈕，在檢測過程中，可根據 “操作提示”欄的提示，通過“確定”按鈕進行檢查操作。“確定”按鈕上方有個文本框，檢測過程中，通過其下面的“↑”、“↓”按鈕可改變文本框中的數字，從而改變提供給被檢設備的信號大小。右下角還有一個數字鍵盤，用于在測試過程中或保存文件時鍵入信息。

3 實驗驗證

　　大氣數據計算機檢查儀作為大氣數據計算機的測試設備，其測試精度必須滿足要求。具體包括總溫信號給定精度、場面氣壓信號給定精度、模擬量輸出信號測量精度。通過運行檢查儀菜單的“校驗”，可分別對總溫信號給定精度、場面氣壓信號給定精度、模擬量輸出信號測量精度進行校驗。不同型號的大氣數據計算機對上述精度指標要求有所不同，例如某型號大氣數據計算機，總溫信號給定范圍為301.08 Ω~784.80 Ω，精度為0.1 Ω；場面氣壓信號給定范圍為0.300 V~9.815 V，精度為0.03 V；模擬量輸出信號范圍為-10 V~+10 V，精度為0.005 V。通過對所研制的該型號大氣數據計算機檢查儀進行測試，得到一組數據，如表1所示。其中給定總溫信號由檢查儀輸出，利用高精度電阻測量儀對其測量，獲得實測總溫信號。給定場面氣壓信號由檢查儀輸出，利用高精度電壓表對其測量，獲得實測場面氣壓信號。利用高精度電壓信號發生器對檢查儀提供給定模擬量，由檢查儀對其測量，獲得實測模擬量。通過數據對比可見，檢查儀的測試精度足以滿足該型大氣數據計算機的測試要求。

　　基于PC104總線嵌入式計算機，配備PC104總線ARIC429卡、A/D卡、D/A卡和便攜式機箱構成的大氣數據計算機檢查儀，其功能可完全涵蓋現有大氣數據計算機檢查儀。檢查儀人機界面友好，系統具有在線操作提示功能，易于操作使用。測試數據可由屏幕顯示，還可作為數據文件保存。測試精度可完全滿足大氣數據計算機測試要求。此外還具有體積小、重量輕、可便攜等特點，可用于大氣機的原位檢測，提高了工作效率。

參考文獻

　　[1] 馬存寶，劉桂榮，周建民，等. 大氣數據計算機系統故障診斷研究[J]. 機械與電子，2011（2）：3-4.

　　[2] 吳曉男.某型大氣數據計算機自動測試系統的設計[J]. 計算機測量與控制，2006（12）：19-20.

　　[3] 劉遠飛，王偉平，劉龍，等. 基于PXI總線的某型飛機大氣數據計算機自動檢測系統的實現[J]. 工業控制計算機，2007（8）：6-7.

　　[4] 謝紅星，景博，姜興旺，等. 大氣數據計算機遠程測試系統設計與實現[J]. 國外電子測量技術，2009（5）：68-69.

　　[5] 馬存寶，梁晶晶，宋東，等. 大氣數據計算機激勵器系統設計[J]. 機械與電子，2008（1）：7-9.

　　[6] 戴洪德，吳曉男，于進通，等. 基于虛擬儀器技術的大氣數據計算機實驗系統設計[J]. 測控技術，2014（2）：43-44.