基于ATmega16的飛機防滑剎車測試系統設計與實現

摘要：飛機防滑剎車控制器是飛機制動系統的核心部件。裝機前對它進行離線測試能夠為它裝機后的正常運行提供重要保障，從而極大地降低它的裝機成本。描述了一種針對該控制器，基于ATmega16的離線測試系統的原理以及實現方法。核心思想為將模擬出的飛機剎車過程中的各種物理量施加在控制器上，完成相關功能測試，再利用LabVIEW軟件開發平臺實現對測試數據的接收、處理和顯示，為控制器提供了一套有效的檢測手段。
關鍵詞：控制器；ATmega16；測試系統；LabVIEW

0 引言
飛機防滑剎車系統是飛機重要的機載設備，它是飛機上具有相對獨立功能的子系統，對飛機的起飛和安全著陸起著重要的作用。由于飛機著陸過程持續的時間比較短，正常剎車時在1．5 s內防滑剎車系統必須做出反應，以確保飛機安全、可靠剎車。防滑剎車系統的響應速度、輪間保護、剎車率等性能的好壞直接影響到飛機及機載人員的安全。為避免防滑剎車系統某些裝置發生故障而引起整個系統的癱瘓，就必須對飛機防滑剎車系統的性能進行檢測。
飛機防滑剎車控制器測試系統是指在飛機起飛和檢修時對防滑剎車控制器進行性能自動檢測的地勤設備。通過檢測可對防滑剎車控制器的性能、狀態做出評估。本文設計一種基于ATmega16芯片的用于測試飛機防滑剎車控制器的自動測試系統，能模擬剎車控制器的多種剎車狀態并對其性能進行檢測，保障防滑剎車系統安全、可靠、快速運行，確保飛機剎車安全。

1 系統結構原理
測試系統結構中包括：主控芯片ATmega16，模擬機輪速度輸出，模擬信號采集，開關信號輸出，剎車壓力信號，液晶顯示及鍵盤輸入，上位機RS 232通信，如圖1所示。

ATmega 16是基于增強型AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，具有先進的RISC結構。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega 16的數據吞吐率高達1MIPS／MHz，芯片運行穩定，程序不易跑飛，因此選其作為本測試系統的主芯片。
機輪轉速傳感器產生頻率與機輪速度成正比的近似正弦電信號，頻率范圍為0～3 kHz。測試系統中利用可編程波形發生器模擬輪速信號，作為剎車控制器工作時的輸入信號。采用美國AD公司推出的DDS芯片AD9833，通過軟件編程產生頻率及幅值可調的正弦信號。當AD9833主頻時鐘為25 MHz時，其精度為0．1 Hz。在實現機輪轉速模擬時，機輪速度信號可通過上位機設定方式和單片機設定方式進行設定。上位機設定方式允許用戶在上位機界面中輸入模擬機輪速度。單片機設定方式允許用戶通過鍵盤設定模擬機輪速度為0～2 600 Hz的正弦信號。
測試系統需要檢測和顯示的參量主要有六路模擬量信號，如圖2所示，通過ATmega16的PA口輸入。在程序初始化時將PA口設置為A／D轉換功能對六路模擬信號進行采集，采集結果經轉換后由液晶屏顯示。為了使系統使用靈活，增加其通用性，本測試系統設計了液晶顯示與上位機顯示兩種顯示方式。

飛機剎車過程中開關信號主要包括靜剎信號、輪載信號以及落地信號等。可模擬飛機的各種剎車狀態：地面靜剎車、起落架收上剎車、空中剎車和正常剎車。測試系統中采用雙向模擬開關，與剎車過程中各個開關量一一對應，每個開關均由ATmega16的一個端口對其進行控制，可確定信號處于有效或無效狀態。通過對模擬開關的控制，系統可測試剎車控制盒在多種工作狀態下的剎車情況。
剎車壓力信號用來模擬飛行員通過剎車踏板施加的剎車壓力信號，它是一個模擬量，在系統設計時采用電位器來分別給出可調的剎車壓力信號。剎車控制盒響應該信號后開始工作，同時測試系統對控制盒工作情況進行檢測。
液晶顯示及鍵盤輸入部分是將測試系統的測試信息通過液晶屏幕進行顯示，方便用戶及時了解測試情況，并可通過鍵盤對測試系統參數進行設定，例如修改模擬機輪速度的正弦信號的頻率，設定剎車狀態等等。
測試系統通過RS 232電路與上位機進行通信，可將測試到的實時數據上傳至PC機，并可通過上位機軟件對測試系統進行設置。上位機程序由LabVIEW軟件編寫。
測試時要模擬飛機剎車過程，測試系統只需要向剎試系統需要對剎車控制器工作時的機輪轉速及其對應的參考轉速這兩個關鍵量進行采樣、處理及顯示。另外，為了檢測伺服閥這一剎車關鍵作動器件的工作狀態，測試系統還將伺服閥電壓進行采樣并顯示，這些信號也正是控制器反饋給測試系統的信號量，所有這些信號量一起構成了控制器與控制器測試系統之間的信號流動，連接方式如圖2所示。