电源车运行状态参数检测记录仪的设计与实现

Ｖｏ１．４３　Ｎｏ．５　９２２　计算机与数字工程　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　总第３０７期　

２０１５年第５期　

电源车运行状态参数检测记录仪的设计与实现　李智勇殷克功负永刚　（空军勤务学院徐州２２１０００）　

摘要为了有效提高航空电源车的飞行保障效率，本文设计了电源车运行状态参数检测记录仪，该记录仪主要由传　感器、整理电路、数据采集和数据处理等部分组成，实际运用表明，整个系统运行稳定、实时性好，实现了航空地面电源设备　的信息化管理，为装备的维修和保养提供重要依据。　关键词电源车；检测记录仪；硬件系统；软件系统　中图分类号ＴＰ２７７　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７２—９７２２．２０１５．０５．０４０　

Ｄｅｓ　ｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｒ　Ｒｕｎｎｉｎｇ　Ｓｔａｔｅ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｒｅｃｏｒｄｅｒ　

ＬＩ　Ｚｈｉｙｏｎｇ　ＹＩＮ　Ｋｅｇｏｎｇ　ＹＵ　Ｙｏｎｇｇａｎｇ　（Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１０００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔＯ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉ　ｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｒｓ　ｆｌｉｇｈｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ａ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｃｏｒｄｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｓｔａｔｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｒｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｍｐｏｓｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｎｓｏｒｓ，ｓｏｒｔｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ｄａｔａ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｕｓｅ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔａｂｌｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ　ａｎｄ　ｈａｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｒｅ　ａｌ－ｔｉｍｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｍａｃｈｉｎｅ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｐａｉｒ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｒ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｃｏｒｄｅｒ，ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｌａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　ＴＰ２７７　

１　引言　航空地面电源设备是一种集发电和供电功能　于一体的移动式航空地面电站，其装载形式主要是　车载，因此，统称为航空电源车［１］，它为飞机升空进　行地面启动或为飞机在地面通电检查提供各种电　源，其运行状态和供电性能直接影响到飞行保障效　率和飞行安全ｌ２］。但是，电源车及其车载的地面电　源设备工作状态不稳定，易出现故障并难以判断与　排除，经常会出现因航空电源车提供的相关电源不　能满足飞机需要而迫使保障中断的现象，很大程度　上影响了飞行保障工作［　。并且请相关工作人员　进行维修保养，费用高，周期长，严重降低了场站飞　行保障的经济效益。所以做好航空电源车运行时　状态参数的自动检测是至关重要的。因而，需要一　个可靠性高、适应性强、使用维修方便的航空电源　车状态参数检测记录仪，能够实时采集、检测和存　储电源车在运行过程中各项技术参数，为装备的维　修和保养提供重要依据，对于飞行保障和车辆信息　管理具有重要的意义ｌ３ｊ。　

２系统总体设计　电源车检测记录仪主要由硬件和软件系统组　成。硬件部分主要实现对信号采集调理，软件部分　主要是实现数据显示存储功能，系统的总体设计如　图１所示。　

收稿日期：２０１４年１１月９日，修回日期：２０１４年１２月２７日　作者简介：李智勇，男。硕士研究生，研究方向：装备测试及计算机测控技术。殷克功，男，博士，教授，研究方向：装备　

测试及计算机测控技术。负永刚，男，讲师。　２０１５年第５期　计算机与数字工程　９２３　图１检测记录仪总体结构　其中，信号的采集与调理模块由传感器与信号　调理箱（包括信号采集卡和配备专门设计的３２路　数据采集接口）可以与电源车电路系统和工控机接　Ｉ＝Ｊ匹配连接组成。数据显示与存储模块主要功能　是将经处理过的信号通过工控机在相连的显示屏　中实时的显示出来，并存储在外接的ＵＳＢ存储器　中，完成数据的记录。　针对电源车组成结构，分析平时故障成因，设　计检测记录仪主要具备以下四种功能：　１）对航空地面电源发动机转速、发电频率、运　行机械声、交直流电压电流等状态参数进行数据采　集与记录，并且依据航空地面电源工作原理，分析　状态参数，得出航空地面电源的工作状态；　２）仪器能够依据用户的需求，对不同的航空　地面电源型号，选择不同的状态参数分析电源车的　工作状态。　３）上电工作后，通过自动记录、不断刷新，始　终保持所记录的状态参数是在关机时刻至最近一　段时间内所产生的实时数据。　４）操作人员能够调用所存储的数据，通过配　备的工控机或者普通ＰＣ机终端复现数据（波形），　形成规定格式的报告文件，并且能够通过网络实现　远距离的数据传输。　

３硬件系统设计　３．１硬件系统的组成　航空电源车的硬件部分主要是利用传感器采　集电源车在运行时的各项技术参数，通过信号调理　电路完成信号的采集与调理等功能，对信号进行整　理进而传递给工控机［１。。。由于采集信号的数量和　种类较多，包括模拟量、数字量、控制量，为保证采　集实时Ｉ生好，准确性高，自主设计不同的调理电路　对信号进行处理［５］，采用工控机和ＰＣＩ一１７１３Ｕ采　集卡实现对信号的转换和采集，其采集信号量和硬　件结构如图２所示。　对于电源车在运行时的车内复杂恶劣的环境，　上位机采用研华公司的ＡＲＫ－５２６０型工控机进行　上行数据的处理、显示和存储。操作人员通过工控　机及其配套软件可实时查看车辆的各项性能指标，　与此同时，工控机将得到的数据通过软件存储在　ＵＳＢ存储盘中。　言号Ｉ广　ＰＣＩ．　－＞　直流信号　［＝＞　１７１３Ｕ　ｒ　调理电路　信号　［：＞　采集　卡　上位机　ｒ　＞　工控机麦克风　ｌ　＞　因　图２信号量采集硬件结构图　３．２　ＰＣＩ一１７１３Ｕ采集卡　由于本系统采集信号量种类多、数量大，选用　研华公司的ＰＣＩ一１７１３Ｕ数据采集卡，可以直接插　在工控机ＰＣＩ插槽中，即可构成电源车信号量的采　集、转换和检测系统＿４Ｊ。　ＰＣＩ一１７１３Ｕ采集卡设计３２路单端或１６路差　分模拟量输人，提供了３２个模拟量输入通道。　ＰＣＩ一１７１３Ｕ数据采集卡可以根据设置自主选择不　同通道来实现不同信号量的采集［４］。为了能够高　速、实时的采集信号，使工控机与采集卡的采样频　率同步性能达到使用要求，设计采用３２路单端输　入，采样频率为１００ｋＨｚ。其中，采集卡中设置　ＦＩＦＯ缓存可存储４Ｋ　Ａ／Ｄ采样并在ＦＩＦＯ半满时　生成中断信号，保证数据的高速传输，也使性能更　稳定。　３．３调理电路设计　对于信号量的采集与处理，自主设计信号调理　电路，控制各个信号量的输出大小与格式。例如对　于三相交流电压信号的检测，在电源设备上设计了　交流电流互感器，检测电路和被检测电路之间已经　形成了电气隔离，通过采集电流互感器输出的电流　信号，只需将电流信号通过前端处理电路进行Ａ／　Ｄ转换，进而进行信号放大和滤波，转化为可用的　电压信号。交流电压信号调理电路如图３所示。　７－Ｃ２寸ｌ　ｌ　．　蛊　０　１ＤＯ６　图３交流电压信号处理电路　４软件系统设计　电源车检测记录仪的软件系统是基于ｗｉｎ—　ｄｏｗｓ　ＸＰ操作平台，采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ　Ｃ＃编码，利用　２０１５年第５期　计算机与数字工程　９２５　参考文献　［１］赵徐成，蒋超．航空地面电源［Ｄ］．徐州：徐州空军学院，　２００８：１－２．　ＺＨＡＯ　Ｘｕｃｈｅｎｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｃｈａｏ．Ｔｈｅ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｐｏｗｅｒ［Ｍ］．Ｘｕｚｈｏｕ：Ｘｕｚｈｏｕ　Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，２００８：　１—２．　［２１邹楠，韩固勇，曹亮．ＺｉｇＢｅｅ技术在航空电源车自动检　测上的应用［Ｊ］．测试技术学报，２０１０，２４（６）：５３９—５４２．　ＺＯＵ　Ｎａｎ．ＨＡＮ　Ｇｕｙｏｎｇ，ＣＡＯ　Ｌｉａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＺｉｇＢｅｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｅｒｉａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｏｆ　Ｔｅｓｔ　Ａｎｄ　Ｍｅａｓｕｒｅ—　ｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，２４（６）：５３９—５４２．　［３］陈友龙，程瑞，李勋章，等．飞机电源车在线故障检测系　统实现［Ｊ］．四川兵工学报，２０１３，３４（９）：８６—８８．　ＣＨＥＮ　Ｙｏｕｌｏｎｇ，ＣＨＥＮＧ　Ｒｕｉ，ＬＩ　Ｘｕｎｚｈａｎｇ，ｅｔ　ａ１．　Ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｎ－ｌｉｎｅ　Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒｕｃｋ［Ｊ］．Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｏｒｄ—　ｎａｎｃｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２０１３，３４（９）：８６—８８．　［４］ＰＣＩ－１７１３Ｕ采集卡使用说明书［Ｚ］．研华（中国）科技公　司，２０１３．　Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ＰＣＩ－１７１３Ｕ［Ｚ］．Ａｄｖａｎｔｅｃｈ（Ｃｈｉ—　ｈａ），２０１３．　［５］张强，孟超，焦楷哲．某型电源车故障检测设备的设计　与实现口］．电子技术应用，２０１３，３９（７）：６５—６８．　ＺＨＡＮＧ　Ｑｉａｎｇ，ＭＥＮＧ　Ｃｈａｏ，ＪＩＡＯ　Ｋａｉｚｈｅ．Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆａｕｌｔ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｃａｒｓ　［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２０１３，３９（７）：　６５—６８．　［６］王余奎，赵徐成，王云皓．基于Ｓａｂｅｒ仿真的电源车励磁　调压系统改进设计［Ｊ］．大功率变流技术，２０１１（３）：４４—　４９．　ＷＡＮＧ　Ｙｕｋｕｉ，ＺＨＡＯ　Ｘｕｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｙｕｎｈａｏ．Ｉｍ—　ｐｒｏｖｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　Ｓｙｓ—　ｔｅｒｎ　ｆｏｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｖａｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓａｂｅｒ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ＥＪ］．Ｈｉｇｈ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１（３）：４４—　４９．　［７］余振华，张其善，常青．新型车辆行驶记录仪系统设计　［Ｊ］．无线电工程，２００８，３８（８）：４３—４６．　ＹＵ　Ｚｈｅｎｈｕａ，ＺＨＡＮＧ　Ｑｉｓｈａｎ，ＣＨＡＮＧ　Ｑｉｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｎｅｗ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ　Ｄａｔａ　Ｒｅｃｏｒｄｅｒ［Ｊ￣．Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，２００８，３８（８）：４３～４６．　［８］夏文斌，陈军，郑天鹏．农用车辆状态参数检测系统研　究［Ｊ］．农机化研究，２０１１，３３（６）：２２４—２２６．　ＸＩＡ　Ｗｅｎｂｉｎ，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ，ＺＨＥＮＧ　Ｔｉａｎｐｅｎｇ．　Ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　Ｓｔａｔｅ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［－Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉ—　ｚａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１１，３３（６）：２２４—２２６．　［９］陈希球．一种多功能汽车行驶记录仪的嵌入式系统设　计口］．长江工程职业技术学院学报，２０１０，２７（１）：５０—　５２．　ＣＨＥＮ　Ｘｉｑｉｕ．Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｍｕｌｔｉ－　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ　Ｄａｔａ　Ｒｅｃｏｒｄｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｏｆ　Ｃｈａｎｇ　Ｊｉａｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，２０１０，　２７（１）：５０—５２．　［１Ｏ］王中，张剑慧，张慧强．基于嵌入式系统的数据记录分　析仪的硬件设计［Ｊ］．电子设计工程，２０１１，１９（８）：１３７—　１４０．　ＷＡＮＧ　Ｚｈｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎｈｕｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕｉｑｉａｎｇ．　Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｒｅｃｏｒｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｅｎ—　ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，１９（８）：１３７—１４０．