飞机机电管理系统总线监测分析设备设计研究

尹伟，王纬国，王洪涛

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241000）

某型飞机机电管理系统（UMS）作为机电系统的控制管理核心，与飞机各机电分系统、动力系统、航电系统均有信息交互，实现对机电系统的综合监测、控制和管理，利用机电系统、航电系统的信息实现对机电系统的故障诊断，提高机电系统的可靠性和维修性，减少LRU数量。某型飞机机电管理系统由机电管理计算机（UMC）和远程接口单元（RIU）及机电系统总线组成。通过设计机电管理总线监测分析设备，实现机电管理系统与机电、航电、动力装置系统的交互总线信息的记录与显示。下面对设计方案进行论述。

某型飞机机电管理系统（UMS）通过GJB289A（1553B）总线与航电系统综合任务处理机传输交换信息。航电系统综合任务处理机为总线控制器（BC），机电管理计算机（UMC）作为远程终端（RT）。系统交联关系示意图如图1所示。

图1 UMS系统工作原理示意图

机电管理系统通过RS422A总线与机电各分系统传输交换信息，机电管理系统通过HB6096(ARINC429)总线与显控系统传输交换信息。

机电管理系统总线监测分析设备导入不同ICD定义后均能完成所有功能，具有通用性，可以同时监控3条总线网络（GJB289A“1553B”总线、RS422A总线和HB6096“ARINC429”总线）。自定义设置BC、RT功能，完成总线传输任务并记录数据。数据实时采集、监控及显示功能。支持XML格式的ICD文件导入及自定义ICD数据功能。

为满足外场排故、调试使用，机电管理总线监测分析设备总体设计为便携式，应用场景为机上原位测试。分析设备组成包括便携式加固机（内部安装总线功能模块）、断连盒、信号采集激励设备以及测试线缆等。总线监测分析设备交联关系如图2所示。

图2 总线监测分析设备交联图

总线监测分析设备工控机内部安装 GJB289A（1553B）板卡和HB6096 (ARINC429)板卡、RS422A总线板卡，GJB289A（1553B）板卡通过专用线缆连接耦合器直接与被测产品连接进行总线测试，HB6096板卡通过专用线缆连接到断连盒，通过断连盒连接到被测产品进行测试，RS422A信号通过工控机侧面板预留串口连接到断连盒，通过断连盒连接到被测产品进行测试；
断连盒接口为通用接口，可以通过不同线缆连接产品不同连接器进行测试。

2.1 便携式加固机

便携式加固机可实现各类型总线解析、源码存储、数据回放等功能，测试信息显示和记录、权限设置等。在硬件设计上，便携式加固机组成包括便携式机箱、嵌入式工控机以及GJB289A、HB6096、RS422A总线模块。

2.2 断连盒

断连盒前面板为信号输入接口，方便用户操作、使用。信号断连盒面板布局、断点板示意图如图3所示。

图3 信号断连盒面板布局（左）、断点板（右）示意图

将断连盒接入到机电管理计算机（UMC）输入输出信号端口上，再通过转接电线，将RS422A、HB6096信号接入到机电管理总线监测分析设备上，实现对RS422A、HB6096总线的采集和解析。

2.3 信号采集激励设备

发出各类模拟、离散、频率信号通过断连盒输入机电管理计算机，并采集机上传输的模拟、离散、频率信号。

3.1 软件设计流程图（如图4所示）

图4 程序流程图

首先进行程序初始化，从数据库等配置文件中读取程序的配置信息、参数的默认值等，完成全局变量的初始化等功能。初始化完成后程序自动打开主控界面，同时启动采集线程、IOServer、主控线程、健康线程等线程。

按照功能，将测试程序划分为：数据采集、IOServer、GJB289A总 线 仿 真、RS422A总 线 仿 真、HB6096总线仿真、主控模块、健康监控等模块。

（1）数据采集模块

采集模块主要完成总线信号的采集和刷新显示功能，主要通过采集线程实现。采集线程采用定时轮询的方式，使用Lab windows/CVI的默认线程。采集函数在线程中循环执行，运行周期200ms。该线程的正常执行，依赖于初始化调用Get All AIDI FromTable函数和Initialize AIDI Panel Ctrl函数，完成所有AI、DI信号的初始化。在采集线程中，通过共享数据内存完成信号采集及显示刷新。

（2）IOServer

IOServer即总线通讯中间服务件，通过调用板卡的API函数实现总线仿真卡的通讯功能，通过共享内存实现应用数据交互，目前支持GJB289A、RS422A、HB6096等总线通讯功能。

通过IOServer处理GJB289A总线、RS422A总线、HB6096总线消息时，需要将总线类型（busID）、消息ID（msgID）、消息长度（len）、数据（data）等传递给接口函数，在通过接口函数读取消息或发送消息。

（3）GJB289A总线仿真

通过GJB289A飞行总线维护接口，将飞行总线接到总线监测分析设备上，采用总线检测模式，解析机电管理分系统和综合航电任务处理机间总线通讯，并在设备上显示和记录。

使用IOServer实现GJB289A总线的通讯功能，GJB289A总线仿真模块主要负责应用层的功能实现，包括UI界面交互，消息组包解包等功能。

总线发送消息的实现流程是调用Msg_NewData函数生成新的指令消息，然后调用IOServer_BusWrite函数将消息发送出去。

总线接收消息的实现流程是调用IOServer_BusRead读消息数据，在调用Msg_SliptOut函数解析消息并刷新显示。

（4）RS422A总线仿真

RS422A总线仿真基于IOServer实现，初始化参数存储在数据库中，从数据库中读取初始化参数，在软件界面可以更改和应用配置，可对通讯端口复位，总线的协议存储在数据库中。发送和接收消息在子页面中分页显示，发送和接收消息支持2种显示模式：表格模式和控件模式。发送消息的值可编辑，发送消息的默认值存储在数据库，支持一键恢复默认值，支持16进制显示。接收消息不可修改，定时刷新，刷新周期可调（最小200ms），支持16进制显示，支持16进制源码导出为txt。

串行总线仿真相关功能函数设计参见GJB289A总线仿真模块。

（5）HB6096总线仿真

HB6096总线仿真基于IOServer实现，初始化参数存储在数据库中，从数据库中读取初始化参数，在软件界面可以更改和应用配置，可对通讯端口复位，总线的协议存储在数据库中。发送和接收消息在子页面中分页显示，发送和接收消息支持2种显示模式：表格模式和控件模式。发送消息的值可编辑，发送消息的默认值存储在数据库，支持一键恢复默认值，支持16进制显示。接收消息不可修改，定时刷新，刷新周期可调（最小200ms），支持16进制显示，支持16进制源码导出为txt。总线仿真相关功能函数设计参见GJB289A总线仿真模块。

（6）主控线程

主控线程主要响应用户在程序界面的操作，比如用户更改总线消息的值等，主控程序响应操作，调用输出函数完成总线消息数据更新等。当用户操作软件界面时，触发控件的响应函数，控件的响应函数中编程实现相关功能。主要涉及总线消息发送等。其中总线消息包括GJB289A总线、HB6096总线和RS422A总线。GJB289A总线、HB6096总线、RS422A总线的消息调用相关模块功能函数。

（7）界面设计

总线监测分析设备主界面如图5所示。

图5 总线监控主界面

信号以控件形式双屏显示，按照信号类型、总线类型分页显示，页面的显示区域手动布置，在显示区域中的控件根据数据库配置由函数自动生成，自动赋予默认值。

数据解析：对检测到的GJB289A数据、RS422A数据以及HB6096总线数据根据ICD配置的信息进行解析，并将解析结果数据实时显示到界面。数据显示包括源码数据显示、工程数据显示。

源码数据显示以16进制或字符的方式显示接收到的数据块，显示界面如图6所示。

图6 源码数据显示界面

通过断连设备、信号采集和注入电缆将UMC的输入输出信号引接到总线监测分析设备上，对信号进行采集并根据信号特性和信号范围将采集的原始值和解析后的物理值分别在总线监测分析设备显示和记录。总线监测分析设备信号采集电路设计需与机电管理分系统接口电路相匹配，避免干扰机电管理分系统正常信号采集和输出控制功能。

通过设计某型飞机机电管理总线监测分析设备，实现机电管理系统总线交互信息的监测，形成总线故障快速定位能力，极大提高了机电管理系统总线通讯故障诊断能力，对于提高飞机的战斗力具有非常重要意义。通过某型飞机实际测试，结果表明该方法完全适合实际需要，是实际可行的，而且通过修改ICD可扩展满足其他主战飞机总线检查，具有应用推广意义。

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