CN101672728A - 基于arm技术的发动机手持式测试诊断设备 - Google Patents

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李本威
陈贻焕
张赟
刘海峰
林瑜
王永华
苏珉
贺孝涛
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Abstract

本发明公开了一种基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备，其特点是设备构建了“ARM+FLASH+SDRAM”结构的嵌入式平台板卡，采用FPGA技术将16路A/D、24路I/O、4路计数器等信号接口芯片集成设计在一个采集板卡上，通过自定义总线与嵌入式平台连成一体，内置锂电池，无须外部电源供电，采用触摸屏实现人机交互功能，从而实现了设备的小型化与一体化，可手持携带使用；嵌入式平台板卡是通用的，针对不同的测试信号只须设计采集板卡，因而具备较强的扩展性，既可以从测试数据获取定量故障征兆，也能以人机交互的方式来实现定性故障征兆的录入，扩充了故障知识的来源。

Description

基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备
技术领域：
本发明涉及发动机测试与故障诊断技术领域，具体地讲是一种基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备。
背景技术：
目前针对不同机型研制的发动机数字式自动测试设备绝大多数是基于工控机的PCI总线、ISA总线、VXE总线以及PC104总线等数据采集模板，涉及处理器、存储器、A/D采集、I/O模板等多个独立板卡，数量多，使得设备集成化程度低，体积大，不方便外场携带使用，扩展性也不强；另外现有的测试诊断设备只能通过测试数据来获取定量的故障征兆，而不具备获取定性故障征兆的手段，使得故障信息源单一，影响了诊断准确率。
发明内容：
本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备，主要解决现有的发动机数字式自动测试设备集成化程度低、体积大、不方便外场携带使用、扩展性不强及故障信息源单一和诊断准确率低等问题。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备，它包括壳体，壳体的正面上设触摸屏、按键，其侧面上设USB接口、信号采集接口、开关和电源接头，其一端面上设把手，其特殊之处在于在壳体内设嵌入式平台板卡和接口板，在嵌入式平台板卡和接口板的背面设数据采集板卡和电池；
嵌入式平台板卡上设ARM嵌入式微处理器，ARM嵌入式微处理器通过FLASH控制器、SDRAM控制器分别与FLASH存储器、SDRAM存储器连接，通过LCD控制器与触摸屏连接，通过线路与电源接头连接，通过总线与数据采集模块接口连接，通过线路与接口板上的USB接口、按键接口、以太网接口、串行接口和预留扩展接口连接；接口板上设USB接口、按键接口、以太网接口、串行接口和预留扩展接口，USB接口通过线路与USB设备连接，按键接口与壳体上的按键连接；
数据采集板卡上设数据采集模块，数据采集模块由现场可编程门阵列FPGA、A/D转换芯片和多路选择开关组成，现场可编程门阵列FPGA包括频率计数模块、数字计数模块和A/D控制模块，可实现4路频率量的计数、24路数字量的采集、以及通过控制A/D转换芯片和多路选择开关实现对16路模拟量的采集；
嵌入式平台板卡、接口板和数据采集板卡上的部件通过线路连接；
电池通过线路与开关连接。
在嵌入式平台的FLASH存储器内放置嵌入式Windows CE操作***、数据库和应用程序，应用程序中的故障诊断程序主要由数据分析模块、故障诊断模块组成，在FPGA内设置数据采集子程序。
本发明的测试数据的流转关系如图8所示：
采集到的数据经过数据处理后，一方面进行实时曲线和数字显示，同时被保存在FLASH存储器的数据库中，另一方面进入数据分析模块，如果发现有故障则，则启动故障诊断模块对数据进行诊断，诊断完毕后将故障数据也保存于数据库，另外用户可根据诊断排故结果完成维修信息的填写。也可启动数据回放功能对存储的历史数据进行分析，然后转入故障诊断模块。
本发明的基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备，以ARM嵌入式微处理器为主控中心，它通过总线对现场可编程门阵列FPGA进行控制访问，从而实现采集数据从现场可编程门阵列FPGA到FLASH存储器的传输，ARM嵌入式微处理器根据FLASH存储器中内置的应用程序，实现数据的处理、显示、故障诊断。
本发明的基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步，1、设备实现了小型化和一体化，可手持式携带；2、既可以从测试数据获取定量故障征兆，也能以人机交互的方式来实现定性故障征兆的录入，扩充了故障知识的来源；3、嵌入式平台板卡是通用的，针对不同的测试信号只须设计采集板卡，因而具备较强的扩展性。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的前壳打开的结构示意图；
图3是本发明的后壳打开的结构示意图；
图4是本发明的硬件总体组成原理图；
图5是本发明的嵌入式平台组成原理图；
图6是本发明的数据采集模块组成原理图；
图7是本发明的软件功能图；
图8是本发明的数据流转关系图。
具体实施方式：
为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备。
实施例1，参见图1-8，加工制成壳体1，壳体1的正面上有触摸屏2和按键3，其侧面上有USB接口4、信号采集接口5、开关6和电源接头7，其一端面上固定安装把手26；在壳体1内安装嵌入式平台板卡8和接口板9，在嵌入式平台板卡8和接口板9的背面安装数据采集板卡10和电池11，两层叠加安装，节省空间；
在嵌入式平台板卡8上安装ARM嵌入式微处理器12，ARM嵌入式微处理器12通过FLASH控制器28、SDRAM控制器29分别与FLASH存储器13、SDRAM存储器14、通过LCD控制器15与触摸屏2连接，通过线路与电源接头7连接，通过总线与数据采集模块接口16连接，通过线路与接口板9上的USB接口4、按键接口30、以太网接口17、串行接口18和预留扩展接口19连接；在接口板9上安装USB接口4、按键接口30、以太网接口17、串行接口18和预留扩展接口19，将USB接口4通过线路与USB设备连接，按键接口30与壳体1上的按键3连接；
在数据采集板卡10上安装数据采集模块20，数据采集模块20由现场可编程门阵列FPGA 21、A/D转换芯片22和多路选择开关23组成，现场可编程门阵列FPGA 21包括频率计数模块24、数字计数模块25和A/D控制模块27，可实现4路频率量的计数、24路数字量的采集、以及通过控制A/D转换芯片和多路选择开关实现对16路模拟量的采集；
将嵌入式平台板卡8、接口板9和数据采集板卡10上的部件通过总线按常规技术进行连接；再将电池11通过线路与开关6连接，组成嵌入式测试诊断设备的硬件部分。
在嵌入式平台的FLASH存储器13内放置嵌入式Windows CE操作***、数据库和应用程序，应用程序中的故障诊断功能主要由数据分析模块、故障诊断模块组成；在FPGA内设置数据采集子程序。
形成嵌入式测试诊断设备的软件部分。
本发明的基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备，工作时，将外部信号线接口与数据采集板提供的50路通用接口进行连接，接通电源后，ARM处理器将Windows CE操作***及应用程序装载到SDRAM来运行。通过触摸屏或按键启动应用程序的数据采集功能后，ARM处理器向FPGA发送采集指令，FPGA接受指令后执行数据采集子程序完成4路频率量的计数、24路数字量的采集以及16路模拟量的采集，采集后的数据暂存于FPGA的缓冲区，等待ARM的读取，ARM进一步通过总线从缓存区读取数据到FLASH存储器，并调用应用程序的分析诊断功能对数据进行处理、分析、显示与故障诊断。
本发明的基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备的嵌入式应用软件是基于Windows CE操作***开发的，可实现监测航空发动机试车工作状态并辅助机务人员维修排故。应用软件功能包括如下几方面：
1)发动机信号设置与标定
实现对所要采集的发动机信号相关信息的设置，并对信号进行标定以修正测量通道的误差。
2)发动机信号的实时采集、处理与显示
完成发动机各路信号的实时采集，并对采集的信号进行相关的处理和运算，同时实时的绘制出信号的时间曲线以便于观测信号的动态变化，从而监视发动机在不同时刻的工作状态。
3)数据回放
实现对试车数据的回放，用于机务人员在试车结束后对发动机各个工作状态进行分析。数据的回放是以历程曲线来显示，按时间-参数坐标系绘制各路采集参数历程曲线，并且具备光标尺功能，在曲线显示区内移动触摸笔可查阅当前时间和当前物理量。还可以对试车曲线的进行局部放大以获得更详细的数据信息。
4)故障诊断
对采集的数据信号进行分析，提取出故障征兆，并通过故障诊断模块完成诊断推理过程，指导机务人员的维修排故。
5)维修信息的填写与上传
实现试车过程中相关维修信息的数字化填写，并上传到发动机监控数据库。
6)信息下载
实现***所需的用户信息、飞机和发动机信息等从后台数据库下载。
本发明的测试诊断设备，不仅局限于发动机，也可用于其它领域的故障的测试诊断。

Claims (1)

1、基于ARM技术的发动机手持式测试诊断设备，它包括壳体(1)，壳体(1)的正面上设触摸屏(2)、按键(3)，其侧面上设USB接口(4)、信号采集接口(5)、开关(6)和电源接头(7)，其一端面上设把手(26)，其特征在于在壳体(1)内设嵌入式平台板卡(8)和接口板(9)，在嵌入式平台板卡(8)和接口板(9)的背面设数据采集板卡(10)和电池(11)；
嵌入式平台板卡(8)上设ARM嵌入式微处理器(12)，ARM嵌入式微处理器(12)通过FLASH控制器(28)、SDRAM控制器(29)分别与FLASH存储器(13)、SDRAM存储器(14)连接，通过LCD控制器(15)与触摸屏(2)连接，通过线路与电源接头(7)连接，通过总线与数据采集模块接口(16)连接，通过线路与接口板(9)上的USB接口(4)、按键接口(30)、以太网接口(17)、串行接口(18)和预留扩展接口(19)连接；接口板(9)上设USB接口(4)、按键接口(30)、以太网接口(17)、串行接口(18)和预留扩展接口(19)，USB接口(4)通过线路与USB设备连接，按键接口(30)与壳体(1)上的按键(3)连接；
数据采集板卡(10)上设数据采集模块(20)，数据采集模块(20)由现场可编程门阵列FPGA(21)、A/D转换芯片(22)和多路选择开关(23)组成，现场可编程门阵列FPGA(21)包括频率计数模块(24)、数字计数模块(25)和A/D控制模块(27)，可实现4路频率量的计数、24路数字量的采集、以及通过控制A/D转换芯片(22)和多路选择开关(23)实现对16路模拟量的采集；
嵌入式平台板卡(8)、接口板(9)和数据采集板卡(10)上的部件通过线路连接；
电池(11)通过线路与开关(6)连接。
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