电源控制盒自动测试系统的制作方法

本发明涉及航机附件自动测试领域，特别地，涉及一种电源控制盒自动测试系统。

背景技术：

航空器中的电源系统一般由交流电机、电源控制盒和电流互感器组成，作用是给机载设备供电，其中的电源控制盒是系统的核心部件，其直接决定航空器上设备的供电状态，是用电设备能否正常工作的重要保障。目前，对电源控制盒的检测方法通过建设专用试验台、使用实体交流电机和电流互感器配合测试，无法实现交流电源控制盒的自动测试。

技术实现要素：

本发明提供了一种电源控制盒自动测试系统，以解决现有技术无法实现交流电源控制盒的自动检测的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种电源控制盒自动测试系统，包括程控交流电源、数据采集处理装置和上位机，数据采集处理装置分别与程控交流电源和上位机连接，数据采集处理装置包括：输入信号管理模块，用于获取输入信号并对输入信号进行物理量转换和信号滤波；输出信号管理模块，用于管理输出信号；故障诊断处理模块，用于对输入信号、输出信号以及装置内部电路进行故障检测和处理；dsp模块，用于控制程控交流电源的电气参数；fpga模块，用于采集经输入信号管理模块处理后的输入信号并进行占空比测量、时间计算和逻辑处理；输入信号管理模块分别与dsp模块、fpga模块相连并将处理过后的输入信号分别输入dsp模块、fpga模块；输出信号管理模块分别与dsp模块、fpga模块相连并管理dsp模块与fpga模块的输出信号；故障诊断处理模块与dsp模块连接；dsp模块与fpga模块相连并实现数据交互；dsp模块还分别与上位机、程控交流电源连接，dsp模块发送指令给程控交流电源从而控制程控交流电源的电气参数，dsp模块将处理后的数据发送给上位机并由上位机显示。

进一步地，输入信号包括模拟量、频率量和开关量，输入信号管理模块进行的物理量转换包括：对开关量进行高低电平的意义转换，并保存和显示到相应模块；对模拟量进行模数转换、量值计算及量纲转换；对频率量进行量值计算及量纲转换；输入信号管理模块进行的信号滤波包括：对开关量进行多次采集；对模拟量的量值进行一阶滤波及分段计算；对频率量的量值进行一阶滤波及分段计算。

进一步地，dsp模块用于读入经输入信号管理模块处理后的模拟量、频率量和开关量，进行处理后输出开关量和模拟量；fpga模块用于读入经输入信号管理模块处理后的频率量和开关量，进行处理后输出开关量。输出信号管理模块对输出信号的管理包括：对输出的开关量根据物理意义进行电平输出；对输出的模拟量进行数模转换及量值计算；对输出的频率量进行占空比及频率值的配置。

进一步地，输入信号管理模块包括用于采集继电器输出电压、控制盒启动端电压、电源消耗电流和励磁回路消耗电流的a/d采集模块，a/d采集模块与dsp模块通过spi总线相连。a/d采集模块的前端和fpga模块的前端还分别连接有调理电路模块及隔离电路模块。

进一步地，数据采集处理装置还包括与dsp模块以及fpga模块连接的电源模块，电源模块包括电流检测电路及电压监控电路。

进一步地，dsp模块和fpga模块外部均扩展有存储模块。dsp模块包括初始化模块、用于接收上位机发送的测试模式命令的上位机通信用串口中断服务模块、用于测试逻辑控制的定时中断服务模块和程控交流电源控制模块。

进一步地，dsp模块通过rs485通讯模块与程控交流电源连接，dsp模块通过rs422通讯模块与上位机连接。

本发明通过数据采集处理装置完成对程控交流电源的控制、数据采集、信号处理、励磁信号的占空比测量、时间计算和测试逻辑控制等功能，并通过通讯手段将采集和测量的结果传到上位机，由上位机以良好的图形化界面显示测试过程参数及测试结果。本发明的电源控制盒自动测试系统的设计填补了某型发电控制盒自动测试技术的空白，能满足数据采集处理需求，具有一定的工程推广、应用价值。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的电源控制盒自动测试系统的原理图；

图2是本发明优选实施例的电源控制盒自动测试系统的硬件框图；

图3是dsp核心控制芯片工作流程图；

图4是fpga数据写入sdram的流程图；

图5是fpga读取sdram数据的流程图。

附图标号说明：

1、程控交流电源；2、数据采集处理装置；21、输入信号管理模块；22、输出信号管理模块；23、故障诊断处理模块；24、dsp模块；25、fpga模块；26、rs485通讯模块；27、rs422通讯模块；3、上位机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种电源控制盒自动测试系统，包括程控交流电源1、数据采集处理装置2和上位机3，数据采集处理装置2分别与程控交流电源1和上位机3连接。本发明通过数据采集处理装置2完成对程控交流电源1的控制、数据采集、信号处理、励磁信号的占空比测量、时间计算和测试逻辑控制等功能，并通过串行通讯手段将采集和测量的结果传到上位机3，由上位机3以良好的图形化界面显示测试过程参数及测试结果。

数据采集处理装置2是整个系统进行测试的核心部件，其包括：输入信号管理模块21、输出信号管理模块22、故障诊断处理模块23、dsp模块24和fpga模块25。dsp模块24与fpga模块25相连并实现数据交互，输入信号管理模块21分别与dsp模块24以及fpga模块25相连并将输入信号分别读入dsp模块24与fpga模块25，输出信号管理模块22分别与dsp模块24以及fpga模块25相连并管理dsp模块24与fpga模块25的输出信号，故障诊断处理模块23与dsp模块24连接，dsp模块24还分别与上位机3和程控交流电源1连接。

本发明的输入信号管理模块21用于获取输入信号并对输入信号进行物理量转换和信号滤波。输入信号包括模拟量、频率量和开关量。输入信号管理模块21对输入信号进行物理量转换，包括：对开关量进行高低电平的意义转换，并保存和显示到相应模块；对模拟量输入进行模数转换、量值计算及量纲转换；对频率量输入进行量值计算及量纲转换。信号滤波处理包括：对开关量输入进行多次采集以防止误动作；对模拟量输入的量值进行一阶滤波及分段计算，保证取值准确、可靠；对频率量输入的量值进行一阶滤波及分段计算，保证取值准确、可靠。

输入信号管理模块21分别与dsp模块24以及fpga模块25相连，并将经过物理量转换和信号滤波后的模拟量、频率量和开关量输入dsp模块24，将经过物理量转换和信号滤波后频率量和开关量输入fpga模块25。

参照图2，数据采集处理装置pcb板上分成多个区域，包括嵌入式处理器区(dsp、flash、sram、fpga、sdram)、电源区(包括电流取样及信号选择区)、自检信号选择区(自检电路)、模拟信号隔离区、数字信号隔离区、a/d采集区、隔离串口区(rs422、rs485)和继电器驱动区，除了这些之外的区域为继电器开关组合区和接口区。

输入信号管理模块21具体包括a/d采集模块，a/d采集模块用于采集继电器输出电压、控制盒启动端电压、电源消耗电流和励磁回路消耗电流，a/d采集模块与dsp模块24通过spi总线相连。a/d采集模块的前端还连接有调理电路模块和隔离电路模块，用于将被测信号与采集电路进行隔离，以保护弱电部分的硬件电路。

本优选的实施例中，a/d采集模块采用ad7714芯片，+3v或+5v电源电压(这里选择+5v)，5通道24位采样精度。ad7714芯片适合用于基于微控制器或dsp的嵌入式系统，它的串行接口可进行3线spi通讯数据传输至dsp模块24，通过spi总线可用软件设置增益、信号极性和通道选择。模拟量信号经过低通滤波、同相比例放大电路，被ad7714芯片采集，在dsp模块24内进行滤波、读取、处理。

输出信号管理模块22，用于根据计算结果管理输出信号。输出信号管理模块22分别与dsp模块24以及fpga模块25相连，并管理dsp模块24输出的开关量和模拟量、以及fpga模块25输出的开关量。具体地，输出信号管理模块22将输出的开关量根据物理意义进行电平输出；对输出的模拟量进行数模转换及量值计算；对输出的频率量进行占空比及频率值的配置。

故障诊断处理模块23，用于对输入信号进行有效性判断、故障检测、故障处理，对装置内部电路例如自检电路进行自检测、故障处理，对输出信号进行故障检测、故障处理(根据输出信号进行回测比较)。故障诊断处理模块23与dsp模块24连接并实现开关量的交互。

dsp模块24用于发送指令给程控交流电源1从而控制程控交流电源1的频率和电压。其中，dsp模块24中包括：初始化模块、上位机通信用串口中断服务模块、定时中断服务模块和程控交流电源控制模块。初始化模块用于dsp外设初始化、中断向量初始化(dsp内核初始化，sci、spi、定时器、gpio、捕获端口初始化)，上位机通信用串口中断服务模块用于接收上位机3发送的测试模式命令，定时中断服务模块用于测试逻辑控制，程控交流电源控制模块根据控制模式控制程控交流电源1的输出。

dsp模块24中还包括用于对数据采集处理装置2的硬件进行管理的操作管理模块(om)，包括对dsp、fpga、a/d、d/a、di、do、sdram、总线等硬件进行管理，提供硬件与软件的接口。

dsp模块24与fpga模块25通过数据总线、地址总线、控制总线互连并实现数字量的交互，并通过rs485通讯模块26与程控交流电源1连接，通过rs422通讯模块27与上位机3连接。dsp模块24外部还扩展有存储模块，包括flash存储器和sram存储器。

本优选实施例的dsp模块24选用tms320f2812芯片，32位定点高速数字处理器，最高工作频率150mhz。tms320f2812芯片可完成低速数据采集、数字i/o控制输出和多种串行通信等数据采集处理装置2的基本功能。tms320f2812芯片外部扩展512k*16位flash存储器，型号为sst39vf800，方便用户烧写较大程序；tms320f2812芯片外部还扩展256k*16位sram存储器，型号为is61lv25616，方便程序运行时暂存数据。tms320f2812芯片的数据总线、地址总线、控制总线、a/d、eva、evb、pwm等所有功能引脚引出，4个32针的插针接口，管脚间距2.54mm，可以扩展使用。

考虑到测量电源控制盒的各项保护功能延迟时间，需要在两个数字电平跳沿之间插入高频时钟，通过处理器计数的方式来测量时间。脉冲宽度测量也是如此。由于时间测量、脉冲宽度测量需要芯片具备并行、时序信号触发等功能，单独采用dsp模块24难以实现，本发明通过fpga模块25来进行测量。

本发明的fpga模块25用于采集频率量和保护时间，以及进行励磁信号占空比测量、时间计算和逻辑处理。fpga模块25通过数据总线、地址总线、控制总线完成与dsp模块24互连并实现数字量的交互。本优选的实施例中，fpga模块25的前端还连接有调理电路、隔离电路模块。fpga模块25外部扩展有sdram存储器，fpga模块25对sdram存储器进行数据读写。

本优选实施例的fpga模块25采用第四代cycloneep4ce10f17c8n芯片来实现，以此作为系统的计数、计时器件。ep4ce10f17c8n芯片外扩引脚达105个，采用标准2.54mm排针引出，方便测试、试验、扩展使用。ep4ce10f17c8n芯片的扩展sdram存储器型号为hy57v641620ht，容量为1m×4banks×16bit＝8mbyte数据宽度为16bit。该sdramsdram实现fpga数据读写，扩展了内存。

本优选实施例的dsp芯片和fpga芯片均采用有源晶振，保证工作可靠。

本发明的数据采集处理装置2还包括与dsp模块24以及fpga模块25连接的电源模块，电源模块包括电流检测电路及电压监控电路，可实时检测电路板电流、电源模块输出的各种供电电压值。

电源由+28v的外部直流稳压电源引入至电源模块，输出几种不同的供电电压+5v，+15v，-15v，+24v给后续电路。+15v作为外部a/d采集模块基准+5v电源芯片的输入。+15v，-15v为调理电路提供工作电源，+24v为继电器线圈提供工作电源。

数字电压输出为+3.3v，采用ams1117-3.3电源转换芯片作为+5v转+3.3v的高性能稳压芯片，为dsp/fpga/sdram等芯片供电。ams1117系列芯片输出能力为0.8a，大于所需电流。3.3v同时为提供dsp模拟电压基准，dsp内部adc输入范围为0.0v～3.0v。

fpga内核采用+1.2v供电，大于系统所需电流。fpgapll内部含有大量模拟电路，为了保证pll的性能，采用ldo(即lowdropoutregulator,低压差线性稳压器)为pll提供模拟电源，此电源电压输出为+2.5v。ams1117-1.8电源转换芯片提供+1.8v给dsp内核使用。

如图3，dsp核心控制芯片工作流程大致如下：

上电启动dsp；

dsp外设初始化、中断向量初始化(dsp内核初始化，sci，spi，定时器，gpio，捕获端口初始化)；

sdram存储器状态检查，判断sdram存储器是否热启动，若是，则进入主循环函数，否则依次进行加载flash参数和变量赋初值、使能输入自测试信号、进行输入信号自检、禁用输入自测试信号，最终进入主循环函数；

进入主循环函数后的流程为：循环判断t1ms延时是否已到，若是，则进行开关量、上位机3通讯输入输出；

与fpga芯片进行数据交互；

与a/d芯片进行模拟量spi通讯；

存储器处理(包括flash、sdram等)；

通过rs422通讯模块27、rs485通讯模块26分别与上位机3和程控交流电源1实时通讯；

运行统计(各功能调用周期tnms)；

断电，主循环函数跳出，程序结束。

fpga数据写入sdram流程如图4所示，fpga读取sdram数据流程如图5所示。

本发明电源控制盒自动测试系统通过数据采集处理装置2可以进行低速信号的处理采集、程控交流电源1的控制、保护时间测量、占空比测量等，时间测量精度、数据采集精度、占空比测量精度和系统的测试逻辑控制。本发明的电源控制盒自动测试系统的设计填补了某型发电控制盒自动测试技术的空白，能满足数据采集处理需求，具有一定的工程推广、应用价值。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。