摘 要： 针对大气数据计算机检查仪普遍体积和重量较大、不具备便携性的问题，提出一种基于嵌入式计算机的大气数据计算机检查仪的设计方法。该方法以PC104总线嵌入式计算机为核心，配备PC104总线ARIC429卡、A/D卡、D/A卡和便携式机箱构成一台便携式大气数据计算机检查仪。其功能可完全涵盖现有大气数据计算机测试设备，此外还具有体积小、重量轻、可便携等特点，可用于大气机的原位检测，提高了工作效率。
关键词： 大气数据计算机；检查仪；嵌入式计算机
大气数据计算机是重要的机载设备，通过测量全压、静压、大气总温及场面气压等参数，然后经过解算得到各种大气数据，提供给飞行员及相关的系统和设备。为了保证飞行安全，大气数据计算机需要进行周期性检验，出现故障后需要进行排故，这些工作都要用到大气数据计算机检查仪[1]。但目前国内研制生产的大气数据计算机检测设备一般采用工控机、ISA总线、PXI总线或VXI总线板卡及体积较大的工控机柜，存在体积和重量较大、不能便携等问题，而国外又没有相应的替代产品[2-4]。本文提出一种基于嵌入式计算机的大气数据计算机检查仪的设计方法。该方法采用PC104总线嵌入式计算机及PC104总线卡，所设计的检查仪功能完全涵盖现有测试设备，且具有体积小、重量轻、可便携等特点，可用于大气数据计算机的原位检测，提高了工作效率。
1 检查仪的基本工作原理及组成
大气数据计算机工作时接收来自全静压管的全压和静压及总温传感器和场压给定器提供的大气总温信号和场面气压信号，因此对大气数据计算机进行检查，需要向其提供全压和静压及大气总温和场面气压等信号。全压和静压一般由大气参数基准仪提供。大气总温信号为电阻信号，需由大气数据计算机检查仪来模拟。场面气压信号为电压信号，也需由大气数据计算机检查仪来模拟。大气数据计算机通过对上述信号进行测量，然后经解算获得大气数据，最后以ARIC429数据格式向外输出。大气数据计算机检查仪通过ARIC429卡读取大气数据计算机发出的大气数据，通过与标准值进行比对，即可知道大气数据计算机工作是否正常[5]。
基于嵌入式计算机的大气数据计算机检查仪的总体方案如图1所示。该检查仪由PC104计算机、ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡、总温信号给定器、电源和适配板等组成。
PC104计算机由PC104CPU板、液晶显示器、硬盘、键盘和鼠标组成。计算机通过PC104总线控制ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、I/O卡对大气数据计算机进行测试。利用计算机建立虚拟仪器界面，所有检测命令的发出都是通过触摸屏或键盘、鼠标完成，测量结果通过显示器直接进行显示。
ARIC429卡为PC104总线卡，这里用于读取大气数据计算机以ARIC429串行数据格式发出的大气数据信息，经过转换变为并行数据，然后经过总线传送给PC104计算机。
D/A卡用于模拟场压给定器，根据规定向大气数据计算机提供电压信号。通常场压给定器输出信号精度较高，所以一般D/A卡需采用16位以上分辨率的D/A卡。
A/D卡用于采集大气数据计算机输出的模拟量信号，此外还与总温信号给定器配合，产生总温信号。
I/O卡为光电隔离型输入/输出卡，用于控制适配板上面的所有继电器，此外还用于向大气数据计算机提供开关量输入信号和接收大气数据计算机输出的开关量信号。
总温信号给定器用于模拟总温传感器，向大气数据计算机提供准确的电阻信号。总温信号给定器实际上就是两个串联的可调电位器，如图2所示。
由于需要向大气数据计算机提供精度较高的电阻信号，因此需要采用两个电位器W1和W2串联使用，W2用于粗调，W1用于细调。总温电阻Rt为W1和W2串联阻值之和。为了精确设定总温电阻Rt，将待设定的总温电阻Rt与一个精密电阻R1串联，并在两端加上基准电压Vref, 然后利用A/D卡测量AB端的电压UAB和BC端的电压UBC。最后根据公式missing image file得到准确的总温电阻。总温电阻设定完后，计算机通过I/O卡控制继电器Relay1和Relay2触点转换，将设定好的总温电阻连接到大气数据计算机。大气数据计算机检查仪操作界面如图3。
检查仪的电源采用具有+5 V、+12 V和+28 V输出的开关电源。+5 V直流电源供给PC104计算机，+12 V直流电源供给液晶显示器和适配板，+28 V为大气数据计算机的工作电源。
适配板上面主要是一些继电器，受I/O卡控制。计算机通过I/O卡控制相关继电器实现ARIC429卡、D/A卡、A/D卡、总温信号给定器及+28 V直流电源与被测大气数据计算机的连接，从而对其进行检测。
2 检查仪的软件设计
该检查仪是基于PC104总线的嵌入式计算机测试系统，在基本硬件确定以后，软件是检查仪的核心。本测试系统以Windows2000为操作系统，在VB开发环境下进行编程。软件各功能子程序采用模块设计化，可扩展性强，人机界面友好，易于操作使用。测试数据可由屏幕显示，还可作为数据文件保存。系统具有在线操作提示功能，在测试者进行的每一步操作中都有操作说明[6]。
检查仪通电启动后，运行“大气数据计算机检查仪”程序，就会出现图3所示的大气数据计算机检查仪操作界面。界面最上部为标题区，标题区下面为菜单区，点击各菜单可进行相应检查操作。“操作提示”栏提示操作者应如何操作。中间表格显示当前科目的检查内容和结果。右下角有个“确定”按钮，在检测过程中，可根据 “操作提示”栏的提示，通过“确定”按钮进行检查操作。“确定”按钮上方有个文本框，检测过程中，通过其下面的“↑”、“↓”按钮可改变文本框中的数字，从而改变提供给被检设备的信号大小。右下角还有一个数字键盘，用于在测试过程中或保存文件时键入信息。
3 实验验证
大气数据计算机检查仪作为大气数据计算机的测试设备，其测试精度必须满足要求。具体包括总温信号给定精度、场面气压信号给定精度、模拟量输出信号测量精度。通过运行检查仪菜单的“校验”，可分别对总温信号给定精度、场面气压信号给定精度、模拟量输出信号测量精度进行校验。不同型号的大气数据计算机对上述精度指标要求有所不同，例如某型号大气数据计算机，总温信号给定范围为301.08 Ω~784.80 Ω，精度为0.1 Ω；场面气压信号给定范围为0.300 V~9.815 V，精度为0.03 V；模拟量输出信号范围为-10 V~+10 V，精度为0.005 V。通过对所研制的该型号大气数据计算机检查仪进行测试，得到一组数据，如表1所示。其中给定总温信号由检查仪输出，利用高精度电阻测量仪对其测量，获得实测总温信号。给定场面气压信号由检查仪输出，利用高精度电压表对其测量，获得实测场面气压信号。利用高精度电压信号发生器对检查仪提供给定模拟量，由检查仪对其测量，获得实测模拟量。通过数据对比可见，检查仪的测试精度足以满足该型大气数据计算机的测试要求。
基于PC104总线嵌入式计算机，配备PC104总线ARIC429卡、A/D卡、D/A卡和便携式机箱构成的大气数据计算机检查仪，其功能可完全涵盖现有大气数据计算机检查仪。检查仪人机界面友好，系统具有在线操作提示功能，易于操作使用。测试数据可由屏幕显示，还可作为数据文件保存。测试精度可完全满足大气数据计算机测试要求。此外还具有体积小、重量轻、可便携等特点，可用于大气机的原位检测，提高了工作效率。
参考文献
[1] 马存宝，刘桂荣，周建民，等. 大气数据计算机系统故障诊断研究[J]. 机械与电子，2011（2）：3-4.
[2] 吴晓男.某型大气数据计算机自动测试系统的设计[J]. 计算机测量与控制，2006（12）：19-20.
[3] 刘远飞，王伟平，刘龙，等. 基于PXI总线的某型飞机大气数据计算机自动检测系统的实现[J]. 工业控制计算机，2007（8）：6-7.
[4] 谢红星，景博，姜兴旺，等. 大气数据计算机远程测试系统设计与实现[J]. 国外电子测量技术，2009（5）：68-69.
[5] 马存宝，梁晶晶，宋东，等. 大气数据计算机激励器系统设计[J]. 机械与电子，2008（1）：7-9.
[6] 戴洪德，吴晓男，于进通，等. 基于虚拟仪器技术的大气数据计算机实验系统设计[J]. 测控技术，2014（2）：43-44.