一种有无线模块的发射装置外场测试仪设计

    发射装置外场测试仪(以下简称测试仪)是空空导弹发射装置的专用外场检测设备。在载机挂弹前，测试仪可模拟导弹部分的信号、负载和时序，完成对空空导弹发射装置及飞机有关线路、信号和工作时序的定性检查。
    载机挂弹前，使用测试仪检测发射装置是一个飞机座舱与测试仪间的互动过程：座舱要向测试仪下发命令，告知测试仪发射装置的某个状态；测试仪完成该状态的测试后，需上报测试结果或故障信息。传统的测试仪由一体化的工程机箱构成，附带按钮、指示灯和显示屏等实现人机交互，无法直接与座舱传输信息。测试中，上述交互过程是由座舱和地面的地勤人员通过对讲机而实现的。由于每个发射装置要测试多个状态，多个挂点的发射装置均要测试，因此耗时过长。
    文中在传统测试仪上添加了无线通信模块，设计了一种带无线通信功能的测试仪。该测试仪可通过无线方式接收飞机座舱下发的测试命令，上报发射装置的测试结果，多个挂点的测试仪可并列上传数据，从而提高了发射装置的外场测试效率。

1 系统设计方案
    TMS320LF2407A是TI公司推出的一款高性能、低功耗的16位嵌入式处理器，可寻址192 kB×16位的外部存储空间，有高达41个通用I／O引脚、5个外部中断，并带有串行通信接口模块(SCI)和10位ADC转换器等模块。该款DSP功能较强，是传统测试仪的核心芯片。在配合适当的外围芯片后，可对发射装置下发的总线数据、离散信号等进行准确测试。
    AT89S52单片机是51系列单片机中应用较为广泛的芯片之一，具有低功耗、高速和抗干扰性强的优点。
    nRF905单片无线收发器是挪威Nordic公司推出的射频发射器芯片，可工作于433／868／915 MHz共3个ISM频段，由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成，使用SPI接口与微控制器通信，具有配置方便、功耗低等优点。
    文中采用TMS320LF2407A作为主处理芯片，使用AD、I／O、429等接口功能模块完成信号转换。测试仪通过电缆连接至发射装置的下接口后，可接收并测试发射装置下发的各种信号。采用AT89S52单片机与nRF905射频芯片组成无线收发模块，完成测试仪与座舱之间的信息交互，实现传统测试仪上按键和显示器的功能。由于测试仪所测发射装置挂装的挂点不同，飞机座舱可根据接收信息中的挂点号区分各测试仪，从而实现多个挂点发射装置的并列测试。整个测试系统如图1所示。

2 硬件设计与实现
2．1 测试仪总体设计
    测试仪主要分为两个模块，一是以DSP为核心的发射装置数据测试模块；二是以单片机为核心的数据无线收发模块。
    数据测试模块通过电缆与发射装置的下接口相连，接收并检测数据。发射装置下发的信号主要为429总线数据和电压、电流等离散量。文中使用429协议芯片HIS-3282转换429总线数据，使用RS232、通用I／O、AD／DA等转换离散的模拟信号，接口部件将转换好的数据统一交由DSP处理。另外，测试仪面板上装有设置挂点号的波段开关，所设的挂点信息由数据测试模块采集并处理。该开关由地勤人员根据所测发射装置在载机下的挂点号设置。
    数据无线收发模块有两个数据传输通道：一是通过串口与DSP进行数据传输；二是通过nRF905与座舱实现无线数据交联。单片机完成对nRF905的控制、传输信息的转换和打包等。另有频点选择电路为无线模块设置通讯频点。
    此外，测试仪内有独立的电源模块为各部分供电。测试仪内各模块如图2所示。

2．2 DSP与AT89S52接口设计
    DSP与单片机通过RS232串口通信。由于测试仪串口需接收发射装置下发的串口码，故DSP要将串口在发射装置和无线模块两路之间切换。这里使用DSP的一个通用I／O口位控制某固体继电器，根据测试时序恰当切换继电器的公共端，从而保证DSP可适时从发射装置或无线模块接收数据。[page]
2．3 ATB9S52与nRF905接口设计
    单片机与nRF905配合使用作为无线模块的应用较多。nRF905使用SPI接口与单片机通信，具有发送模式、接收模式和两种省电模式。单片机使用I／O口控制TX_EN等几个引脚，可方便地配置芯片和控制数据收发。
    单片机的P3.1～P3.3口连接至面板上的频点选择波段开关，单片机可根据使用者的设置切换nRF905在不同的频点工作。RXD与TXD连接DSP2407的串口，部分原理电路如图3所示。

2．4 挂点和频点选择电路
    面板上有挂点选择和频点选择两个波段开关，开关内部包括一个公共端子和若干个选择端子。公共端子一端与系统地相连，另一端随旋钮的转动与某一选择端选通，从而将地信号传递至该选择端子对应的1／O口位。
    频点选择开关为无线模块通信设置频点，使用时要确保各模块选择同一频点。设计可选择3个频点，单片机通过P3.1～P3.3口采集后，设置nRF905按选择的频点通讯。
    挂点信息是区别各无线模块的唯一信息，可作为无线模块的识别地址，飞机座舱默认为0挂点。使用时，操作人员要根据发射装置在载机的挂点设置波段开关。挂点信息通过光耦传送至DSP的I／O口位，由DSP采集并发送至单片机中，控制无线信号发送或接收的地址。
3 软件设计
3．1 DSP程序设计
3．1．1 DSP程序流程
    DSP2407的程序主要分为初始化、接收座舱指令、测试发射装置及上报测试结果4个阶段：初始化时，DSP要为无线模块设置通信地址，设置好则表示DSP与单片机正常握手。接收指令和上报结果阶段，DSP通过串口接收和发送数据。在上述阶段，DSP通过I／O口切换继电器，保证DSP串口与单片机串口保持连通。软件流程如图4所示。

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3．1．2 无线数据格式设置
    DSP通过串口读写无线通讯的数据，为保证数据传输的可靠性，制定了以下规则：(1)数据以打包形式传输，每个数据包有同步头、数据包头和包数据3部分。(2)数据按照主机字节序(小端模式)存放。(3)数据传输采用流方式，通过同步字查找数据包头。(4)在数据包中添加2 Byte的校验和，通过校验和判断数据包是否有效。数据包格式如表1所示。

   1)包类型。包类型代表该数据包的状态，共分为4类：单片机与DSP握手时，DSP发给单片机数据的包类型为01，单片机返回数据的包类型为02；无线模块间通讯时，控制命令和测试结果等数据的包类型为05，测试仪查出发射装置故障时，需向座舱传输故障的总线数据，该数据的包类型定义为06。
    (2)校验和。校验和占2 Byte，采用二进制反码求和算法计算。该算法广泛应用于IP／TCP／UDP等校验和的计算中，具体步骤为：(1)将数据包的校验和字段置为0。(2)将数据看作以16位为单位的字组成，依次进行二进制反码求和。(3)将得到的结果存入校验和字段中。
    接收时按步骤(2)计算数据包，若得出校验和为0，则数据包是正确的。反之，数据包发生错误。
    (3)包数据。是传输的测试数据，长度是包长度减去包头的4 Byte，格式为：挂点号(1 Byte)+数据。其中，DSP在初始化中为无线模块设置地址时，包数据只含挂点号，后面就无数据。
3．2 单片机程序设计
3．2．1 nRF905芯片配置
    nRF905内部有多个配置寄存器，单片机可在待机模式下通过SPI对寄存器进行配置。其重要参数设置如下：
    (1)频点。根据频点选择电路采集结果，单片机设置寄存器中的参数CH_NO和HFREQ_PLL，在902．2、902．7或927．8 MHz 3者中选择通讯频点。
    (2)功率。参数PA_PWR设为00，代表输出功率为10 dBm。
    (3)接收和发送的地址及数据。本设计使用挂点号作为通讯地址，因挂点号可用1 Byte表示，故设置参数RX_AFW和TX_AFW为001，即接收和发送地址宽度为1 Byte。就接收而言，单片机与DSP握手时，DSP将测试仪所在挂点号发送至单片机，此为接收地址，单片机将其写入RX_AD DRESS参数。因飞机下达的指令码只占1 Byte，故接收数据宽度参数RX_PW设为000001，即1 Byte。发送时，测试仪要向座舱返回测试信息，发送地址TX_ADDRESS设为0挂点。发送数据的宽度TX_PW根据每次发送数据包的长度进行设置。
3．2．2 单片机程序流程
    单片机程序实现配置nRF905芯片和控制数据收发的功能，主要包括以下4个步骤：
    (1)单片机与DSP握手，通过串口接收挂点号。
    (2)单片机通过SPI接口对nRF905进行器件配置。
    设置频点、输出功率及接收发送地址等信息。(3)设置nRF905为接收模式。接收座舱指令后，校验数据包并传至DSP。(4)接收DSP的测试结果，打包后经无线传递给座舱。

4 结束语
    发射装置外场测试仪装有无线模块后，飞机座舱可远距离控制外场测试仪，省去了座舱和地面地勤人员配合操作测试仪的过程，简化了测试程序；多个发射装置可并行测试，提高了测试效率。另外，无线模块的使用省去了显示屏和多个开关，同时测试仪体积变小、重量减轻，方便了运输和使用。