嵌入式PC104舵电位计测试仪的设计
近年来，PC104技术迅速发展，其本身具备IDE接口可以外接硬盘和光驱，并具备并行接口和串行接口，并且可以扩展网络接口。在嵌入式应用方面，与工业控制计算机相比，PC104可使仪器做得更加便携，体积更小。本文介绍了PC104用于舵电位计测试仪方面的开发。舵电位计是一种专用仪器，其测试的精度要求很高，故测试很麻烦。舵电位计在使用之前或许由于某种原因存在一些问题，如果不对其进行测试，可能不能正常工作。因此，我们研制了1台舵电位计测试系统，以保证其正常工作。
1. 舵电位计工作原理
舵电位计是导弹控制系统的一种重要仪器，其作用是对导弹燃气舵的偏转进行反馈，将信息送给计算机处理，用于导弹的制导和稳定，它是导弹主动段飞行时制导系统和稳定系统中的一个重要的环节。其工作原理如图1所示。图1中12、13点与18、22点有电气上的连接关系，10、11点在机械上与滑动触头有连接关系，当燃气舵偏转带动舵电位计偏转，并使滑动触头到达电气限动点后，限动信号输入和限动信号输出触点接触，则舵电位计的输出2作为限动信号，同时输出 1和输出2两路合成一路信号，作为反馈信号，共同送到弹载计算机，限制燃气舵的偏转。
2. 舵电位计测试仪的功能概述
通过测试仪与舵电位计对接，利用继电器阵列控制精密电压原、精密恒流源对舵电位计进行测试，来判断舵电位计是否为合格产品。测试结果通过显示器直观显示出来，并可以储存、打印测试结果。该测试仪可实现的功能包括：舵电位计自检、接触可靠性检测、电阻性能检测、工作角检测、电压性能检测。
图1 舵电位计电路原理图
3. 测试仪硬件设计
3.1 测试仪硬件构成
舵电位计测试仪硬件由PC104及其外围电路、测量电路、控制电路组成。硬件电路结构图如图2所示。
图2 舵电位计测试仪硬件电路结构图
由于舵电位计的输出受电源精度尤其是纹波电压的影响较大,故测试时加的电源应比较稳定，因此采用稳压源。A/ D 转换器的位数是9位，可以使测量误差 0.3%，满足设计要求。测量电路由模拟开关、前置电路和A/D转换器组成，实现舵电位计电阻、电压的多点测量，并将测量的物理量转化为数字量，送入计算机;控制电路由I/O电路、继电器开关阵列组成，提供舵电位计测试所需电压、电流;控制通道根据程序自动切换和加载;电源电路由稳压源、恒流源组成，满足继电器开关阵列驱动，提供舵电位计测量用的高精度源;步进电机控制反馈电路，完成回转工作台旋转驱动和定位控制;工业控制计算机部分，选用嵌人式 PC104工业控制计算机是从可靠性角度考虑，以工控机为核心，实现产品测试过程的自动化。触摸屏完成状态、参数的设置，同时在触摸屏上显示测试结果，判断测量数据正确性。通讯接口包括外接键盘和鼠标，USB用于存储数据导出和与打印机相连输出测试报告。
3.2 测量方法
测量方法如下：
⑴ 电位计测试仪自检
如果需要对测试仪进行自检，需将测试短路头连接到测试仪的X38接口上。自检时采用短路接插件的方法，电位计测试仪自动测量各通道的连线、继电器开关和电路的电阻值，并将这一数据记忆和保存，在测试仪进行舵电位计测量时自动减去，确保测量电阻准确性。
⑵ 电位计接触可靠性检测
当控制电路将左、右舵电位器的3和16脚连接在一起，并自动在两个滑动触点5和18脚上加载DC+5V电压时，测量电路以1K采样频率读取测试过程数据，也可以外接示波器观察波形，完成电位计接触可靠性检测。
⑶ 电位计电阻性能检测
控制电路自动将电流源分别与电位计的3和7脚连接，COM端与1脚连接，测量电路COM端与1脚连接，自动读取3和1脚（或7和1脚）的电压数据，测量数据输入计算机，计算得到电位计的全电阻和半电阻值。同样方法可以完成另一个电位计的全电阻和半电阻值的检测。
⑷ 电位计工作角检测
控制电路可以根据舵电位计的电气闭合触点10和12脚状态，自动输出指示和控制。
⑸ 电位计电压性能检测
控制电路自动将电压源（DC+15）与电位计的1连接，电压源（DC-15）与电位计的3连接，COM端与7脚连接，测量电路COM端与7脚连接;人工输入测量角度范围，测试仪自动读取5脚的电压数据，数据输入到计算机，计算得到电位计的零点重合性及不灵敏区。同样方法可以完成另一个电位计的检测。
⑹ 自动测量
电位计测试过程受控PC104嵌人式工业计算机，人工设置好所有需要测试项目，测试仪根据顺序自动检测完成，当需要人工输入参数或数据，测试仪会显示提示，指导使用者工作。
4. 测试仪软件设计
舵电位计测试仪是一台自动测量设备，软件在Visual C ++ 6. 0 和Windowsxp平台上编写,人机界面非常友好,操作人员易于使用。
4.1 测试仪自检
舵电位计测试仪测试软件操作界面面如图3所示。点击“测试仪自检”，程序进入舵电位计自检测试子程序，进入自检界面，如图4所示，点击“开始自检”，设备即开始自检，检查的项目如图4所示，结果会在图4对应的栏目中显示出来，设备自检完后，去掉短路连接头，将舵电电位计连接上测试仪，准备进入舵电位计测试。
图3 舵电位计测试仪主界面
图4 舵电位计测试仪自检测试界面
4.2 舵电位计测试
返回测试仪自检单元，退回到测试软件的主界面，如图3所示。点击进入单元测试，程序调用单元测试子程序，进入单元测试界面，如图5所示，点击进入“开始测试”，将进入舵电位计的单元测试。首先是电阻测试，测试界面如图6所示，点击“开始测量”，系统将开始对电位计的电阻性能进行测试，测试完成后，测量结果将显示在对应的栏目中。
图5 单元测试界面
图6 电阻测试界面
电阻的测量采用5 mA 恒流源对被测对象加激励的方法,再采样被测对象所加电流正端的电压,根据被测对象的电压和电流来计算电阻。电阻测试完成后，单击“确认”，将提示“是否进入下一步测试项目”，点击“是”，将进入电气闭合角和机械限制角测试。工作角测试可以通过检测限动信号的方法来确定。若无限动信号,则表明舵电位计未到电气限动点。若已到达电气限动点,则可以检测到限动信号,电气限动点对应的角就是工作角。机械限制角就是机械限动点对应的转角,其测试可以用手感来判断,当转台摇不动时,将转台向反方向摇动,转向点处的转角就是限制角,并将其存储到计算机中。同样方法，即可完成不灵敏区测试、零点重合性测试和均匀性测试。在测试中发现，即使是在舵电位计的输入转角和输出电压的线性部分，其关系也并非严格的线性，而是类似磁滞回线。因此，测试时可按由左到零和由右到零两个方向摇回转台，并在零点处采样舵电位计的输出，则零点重合性（零位电压） 可以测出。测量完成后，点击“确认”，本次单元测试结束。点击单元测试中的“退出测试”，又将会出现测试软件的主界面，点击主界面的单步测试，将进入单步性能测试界面。在此，可以选择需要测试的性能进行测试，具体方法与单元测试一致。同样，可以对测试仪的参数进行设置，也可对测试仪的数据管理信息进行设置。
5. 结论
本文设计的舵电位计测试仪,能够正确判断舵电位计是否合格，使测试精度达到0.3%，减少了测量时间，较以前的测试系统有较大提高,并且降低了操作的复杂性,操作界面美观，因而具有良好的应用价值。
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