一种飞行器测控电源实时监测装置设计和实现

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1、一种飞行器测控电源实时监测装置设计和实现　　摘要：为了监测大电流输出的高精密飞行器测控电源设备的运行情况，设计了一种基于嵌入式计算机为核心的集成化监测装置，包括嵌入式PC104计算机、数据采集卡、输入/输出扩展板、电连接器以及软件程序等，实现了飞行器地面电源设备主要参量的实时在线测试与监控，解决了原有检测设备台件多、自动化程度低的问题。试验结果表明，该装置能够可靠测试与监控地面测控电源系统的主要参量。关键词：电源设备；监测装置；故障报警；实时在线监控中图分类号：TN710?34；TP23文献标识码：A文章编号：1004?373X（201

2、3）18?0044?040引言10大电流输出电源设备，如飞行器测控电源、激光器控制电源等，是控制系统的重要供电装置之一，输出有直流和交流电压，电源设备在使用时，由于输入电压大范围波动、输入相序错误、电源设备内部大功率器件烧蚀等因素，导致输出电压异常、接触器失灵、负载能力降低等故障[1]。而现有的故障检测设备均为单一参量的测试设备，检测设备台件数量多且均为人工手动测试[2?3]。基于上述原因，本文设计了一种基于嵌入式计算机的电源设备在线监测装置，实现主要参量的实时在线测试与监控，能够及时掌控大电流输出元器件的工作状况，对故障部件和系统进行

3、实时故障报警，并实施应急处理等[4?9]。本装置是一种智能化、集成化的电源监控系统，通过在线测得的实际数据与预算值相比较，来达到过压、欠压、过流、相序错误、纹波超差等不同情况的故障报警，并且实时形成故障决策，以达到最短的时间内对故障进行有效处置，减小不必要的损失。1设计方案本文以某型特种大电流输出直流电源设备为研究背景，该电源设备将三线380V/50Hz交流电，通过逆变器变换成自动稳压的直流电，输出电压25～55V连续可调，输出额定电流260A。监测系统主要由在线测试仪、若干转接电缆及测试软件等组成，系统总体构成框图如图1所示。10监测

4、系统由硬件和软件构成[10]，硬件电路主要由在线测试仪和转接电缆。转接电缆根据控制仪器用电需求，转接插头座进行一对一的连接设计，用于设备之间的通讯等。在线测试仪由嵌入式计算机、各测量模块及监测模块组成，其中以PC104为核心的嵌入式计算机，辅以相应的控制及驱动电路实现小型化、智能化、通用化设计。各测量模块及监测模块作为测试仪的主要实现电路完成诸如三相交流监测、直流电压测试、非接触电流测试、频率测试、相序测试及纹波测试等功能。同时，选通控制电路、接口电路、调理电路等也包含于其中。作为整个系统的操作平台，测试仪通过键盘、触摸屏以及相关测试开

5、关进行相应的操作，主要完成指令的收发、系统控制、测试结果的查询以及打印输出。软件主要用于信号测试、处理、判别、记录等。2电路设计2.1硬件电路选取为了实现小型化、智能化设计，测试仪以PC104嵌入式计算机为核心。嵌入式PC104计算机选用PCM?3362N6S主板，该系统采用独特的子层叠总线结构，与PC机软件、硬件完全兼容，因此可以利用现有的较丰富和成熟的软件硬件开发、设计工具等资源。。为了实现电源输出多个参量的测量，就需要选择数据采集板，选择PCM?3718作为测试仪的数据采集板，其采样速率可以达到100kHz，数据的传输模式可以是中

6、断传输方式也可以采用DMA传输方式。DMA传输方式不通过CPU直接传输到内存中，实现了较快的数据传送，它具有16路单端或8路的差分模拟量输入通道，具有16位A/D转换器以及计数器/定时器功能。实际设计中，I/O控制信号多，显然仅仅依靠CPU板的I/O端口是不够的，因此需要扩展I/O端口，系统选用PCM?3724的数字I/O板结合部分片选电路实现I/O端口扩展。10为了简化操作难度，系统绝大部分操作都将通过触摸屏实现。触摸屏系统选用电阻式USB接口的触摸屏，尺寸大小为12.1”，能够支持800×600全彩色显示，支持多种接口显示模式。为了

7、精确的测量直流电源的纹波，选用了ART8011的示波器卡，具有12位的采集精度和100MHz的采集速度。2.2纹波监测电路纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的监测就显得极为重要。在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰?峰值或有效值表示。电压信号测量法测量纹波是指用示波器。直接利用ART8011的示波器卡测量叠加在输出直流电压上的交流纹波电压信号，整个测试的过程中，通过软件控制，并实时将数据传输到嵌入计

8、算机进行处理。2.3电压监测电路电压监测电路采用并联测压法设计，将测试电路和负载并联的方法来对地面电源输出电压进行测量，如图2所示。10图中U0为测试电源电压；RS为电源内阻；Rf为负载阻抗；Rc为测压电路