CN108398601B - 驾驶杆手柄综合测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驾驶杆手柄综合测试仪，包括可编程控制器PLC、A/D转换模块、触摸屏、接口电路板、导线、插座、指示灯构成；所述可编程控制器PLC连接A/D转换模块，所述A/D转换模块连接接口电路板，所述接口电路板连接插座，所述插座连接被测产品，所述可编程控制器PLC驱动对应的继电器动作，所述可编程控制器PLC通过人机界面控制；本发明提供的驾驶杆手柄综合测试仪，1)产品的测试结果可直接在显示屏上以数字的方式显示，其精确度可达0.01Ω；2)预计完整测试一套驾驶杆手柄的时间约为2min，时间成本可节约近90％。

Description

驾驶杆手柄综合测试仪

技术领域

本发明涉及一种驾驶杆手柄综合测试仪，该驾驶杆手柄综合测试仪可测试多种机型的不同型号的驾驶杆手柄，通过电缆与产品连接，不再需要重复的插拔测试。

背景技术

驾驶杆手柄是飞机上一个重要操纵设备，控制着飞机多个方面的功能，且通过开关通断的方式来体现，手柄的型号因机型的不同而不同，由于缺少测试设备，测试产品的通断性能均使用三用表逐项测试的方式。针对各个机型不同型号的驾驶杆手柄，最初的测试方法是参考工艺说明，在产品插头上找出对应的插针，使用三用表逐项测试，根据三用表上蜂鸣档来判断测试的结果是否合格。

三用表的蜂鸣档一般是用来快速判断电路的通、断，在测量为通的情况下蜂鸣器会发出蜂鸣声，测试电阻小于50Ω时蜂鸣器便可以发出声响。

而根据各个型号手柄的工艺要求，测试通断的阻值在0.5Ω以下，则表示该连接性能良好，0.5Ω及以上则表示不合格。显然原始的测试方法准确性不高。同时，驾驶杆手柄上的控制功能较多，需要测试的项目也较多，使用三用表完整测试一个驾驶杆手柄的时间大概为20min左右，时间成本较高。

手柄上控制功能较多，开关数量也较多，需要测试的通断性能种类复杂，逐项测试的方式不仅繁琐(需要频繁测试线)，而且易出错导致误判，甚至电压加错的话还可能损坏产品。

发明内容

本发明为解决上述技术问题旨在提供一种驾驶杆手柄综合测试仪，其中，具体技术方案为：

包括可编程控制器PLC、A/D转换模块、触摸屏、接口电路板、导线、插座、指示灯构成；所述可编程控制器PLC连接A/D转换模块，所述A/D转换模块连接接口电路板，所述接口电路板连接插座，所述插座连接被测产品，所述可编程控制器PLC驱动对应的继电器动作，所述可编程控制器PLC通过人机界面控制。

上述的驾驶杆手柄综合测试仪，其中：先通过配套的插头插针提取测试信号，并将测试信号送入放大电路放大到A/D转换模块可识别的程度，进而将转换后的数字信号送入控制中心PLC，PLC发出控制指令，来驱动对应的继电器动作，从而测试对应的功能。

上述的驾驶杆手柄综合测试仪，其中：该测试系统分为硬件部分和软件部分，软硬件部分相互牵连，硬件部分主要用于信号处理，软件部分主要负责算法；

1)硬件部分

驾驶杆手柄的性能测试是导通电阻的测试，关于导通电阻的测试要求，阻值在大于0.5Ω时则判定此导通不合格，需要进行更换或者修理；

对驾驶杆手柄的测试从本质来说也是对导通值的测试，因产品的不同以及产品功能的不同，导通值也会不同，利用PLC的自动控制功能来实现对手柄的测试；

PLC通过A/D转换模块EM231来接收模拟信号，A/D转换模块的分辨率达到10mv，因此，需要将电阻信号转换成EM231可以接收的电压信号，通过把电阻值的变化转换成电压值的变化，进而经过PLC处理，最终在触摸屏上显示出来；

对于飞机产品，考虑的第一点就是要保证被测产品的安全，也就是为了将导通的电阻值取出来，给后面的信号处理做准备，加一电信号；

给导通电阻加电信号，方案设计是给导通阻值加一微小的毫安级电流；

1)弱电流的提供；设计一个恒流源来提供稳定的电流，选择一个三端稳压器和达林顿管，达林顿管在高灵敏的放大电路中放大微小的信号，而达林顿管的电压通过三端稳压器来提供：电流问题解决后，需要将被测导通阻值上的电压取出，2)被测阻值电压信号的处理；此电压信号需要两个方面的处理：去干扰和放大，针对信号的干扰问题增加一个470μF的电容，来滤掉外界的电磁波信号，将电压稳定后进行放大到EM231可以识别的程度，EM231的分辨率是10mv，需要对信号放大10～20倍，因此选择运算放大器LM358来实现，放大后的信号再进行二次滤波，从而得到需要的信号，至此，完成了硬件电路的设计，并对该电路进行测试，满足测试要求。

2)软件部分；

在完成硬件部分的设计及制作后，需要对硬件部分的输出信号送入PLC的EM231模数转换器转换成数字信号，并将这种能识别的数字信号传输到CPU中；软件部分一方面需要完成对模拟信号的接收及数据处理，还要对处理好的信号进行算法运算，转换成正确的被测量，同时利用触摸屏读取被测量，直接反馈到用户手中；

1)触点电阻的算法设计

由于被测量为小信号模拟量，在通过硬件部分放大20倍以后进入EM231中转换为数字信号；测试程序需要利用算法设计将该信号转换成实际的模拟量信号；由于硬件电路具有良好的线性度，因此程序设计采用Y＝kX+b的线性方程进行设计；X为采集到的数字量(字节)，Y为实际的模拟量(Ω)；

通过采集数字量，并绘制曲线可以明显发现该结果具有良好的线性关系，并且得出结果K＝200，B＝408，即Y＝200X+408；

在得出实际值与数字量之间算法关系后，对程序进行设计，在设计算法过程中，需要有模块化的思想进行设计，因此，设计子程序算法先对模拟量信号字节转换为实数性质，然后构筑Y＝kX+b的算法关系，子程序中设置标定B及标定K；

2)共模信号干扰

为了更好的抑制共模信号，对模拟量输入口的连接线采用绝缘性导线，将模拟量模块的端子M连接到传感器的各个触点上，利用EM231自身特点进行自我补偿及修正，完成共模信号抑制作用。

本发明相对于现有技术具有如下有益效果：提高了测试的准确性和便捷性，综合各个驾驶杆手柄的技术要求，将手柄插头中需要测试的配套插针提取出来，加以分析整合，找出测试过程中的规律，提出了构建以PLC为控制中心的综合测试仪，该测试仪可以兼容不同型号的驾驶杆手柄，并且使用电缆的方式与产品连接，相比原始的测试方式，有如下两个优势：1)产品的测试结果可直接在显示屏上以数字的方式显示，其精确度可达0.01Ω；2)预计完整测试一套驾驶杆手柄的时间约为2min，时间成本可节约近90％。

附图说明

图1为系统框图；

图2为设备外形图；

图3为设备工作流程图；

图4为恒流源电路图；

图5为放大电路；

图6为数字量与模拟量之间的转换关系示意图；

图7为小信号算法设计的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

该测试仪由可编程控制器PLC、A/D转换模块、触摸屏、硬件电路板、导线、各型插座、指示灯等构成。其工作过程主要是先通过配套的插头插针提取测试信号，并将测试信号送入放大电路放大到A/D转换模块可识别的程度，进而将转换后的数字信号送入控制中心PLC，经过PLC计算处理后，发出控制指令，来驱动对应的继电器动作，从而测试对应的功能。

1、测试结果数字显示的功能实现

⑴设置恒流源，提取被测点的微弱电压信号。

⑵将微弱电压信号放大X倍，并且放大后的信号与被测点的信号成线性比例关系。

⑶放大后的信号无损送入A/D转换模块，得到PLC可识别处理的二进制数字信号。

⑷在PLC中设计算法，对二进制数字信号进行处理，并送入显示屏，显示相应的电阻值。

2、驾驶杆手柄综合测试的功能实现

⑴不同机型的驾驶杆手柄分别配置对应的测试电缆；

⑵测试点的分配因手柄型号的差异而不同；

⑶仅需要对驾驶杆手柄根据工艺进行操作，即可在显示屏上显示相应功能的数值。

该测试系统分为硬件部分和软件部分，软硬件部分相互牵连，都有着承上启下的关键作用。硬件部分主要用于信号处理，软件部分主要负责算法。

1、硬件部分

驾驶杆手柄的性能测试主要是导通电阻的测试，关于导通电阻的测试要求，阻值在大于0.5Ω时则判定此导通不合格，需要进行更换或者修理。

对驾驶杆手柄的测试从本质来说也是对导通值的测试，因产品的不同以及产品功能的不同，导通值也会不同，然而整体方案是利用PLC的自动控制功能来实现对手柄的测试，这就考虑到PLC可以处理的信号是什么样的，且分辨率是多少。

PLC可通过A/D转换模块EM231来接收模拟信号，而A/D转换模块的分辨率可以达到10mv，因此，需要将电阻信号转换成EM231可以接收的电压信号，通过把电阻值的变化转换成电压值的变化，进而经过PLC处理，最终在触摸屏上显示出来。

对于飞机产品，考虑的第一点就是要保证被测产品的安全，也就是为了将导通的电阻值取出来，给后面的信号处理做准备，必须加一电信号，此电信号不能太大，当然越小越好，但是微小的电信号很容易受外界电磁场的干扰，从而影响被测值，所以取信号的度要把握好。

给导通电阻加电信号无非两种方式：电压和电流。电压的稳定性要比电流差，因此，方案设计是给导通阻值加一微小的电流(毫安级)，此电流值甚小，能够保证被测产品的安全，但是这样就大大提高了对微弱信号处理的难度，包括信号的处理与防干扰上尤其明显。

1)弱电流的提供

提供一个稳定的弱电流还是比较困难的，设计一个恒流源来提供稳定的电流。

通过对比试验，选择一个三端稳压器和达林顿管，达林顿管可以在高灵敏的放大电路中放大非常微小的信号，而达林顿管的电压可以通过三端稳压器来提供。具体电路图如图4所示：

电流问题解决后我们需要将被测导通阻值上的电压取出，但是毫安级的电流乘以小电阻得到的电压为毫伏级小电压(0.1mV级)，此电压无法被EM231所识别和处理，而且0.1mV级的毫伏电压因外界电磁信号的干扰跳动很大，因此还要再进行处理。

2)被测阻值电压信号的处理

此电压信号需要两个方面的处理：去干扰和放大。

针对信号的干扰问题我们可以增加一个470μF的电容，来滤掉外界的电磁波信号。

将电压稳定后我们需要进行放大到EM231可以识别的程度，EM231的分辨率是10mv，我们需要对信号放大10～20倍，因此我们选择运算放大器LM358来实现，放大后的信号再进行二次滤波，从而得到我们需要的信号。具体电路如图5所示：

至此，完成了硬件电路的设计，并对该电路进行测试，满足测试要求。

2、软件部分

在完成硬件部分的设计及制作后，需要对硬件部分的输出信号送入PLC的EM231模数转换器转换成数字信号，并将这种能识别的数字信号传输到CPU中。软件部分一方面需要完成对模拟信号的接收及数据处理，还要对处理好的信号进行算法运算，转换成正确的被测量，同时利用触摸屏读取被测量，直接反馈到用户手中。

1)触点电阻的算法设计

图6为数字量与模拟量之间的转换关系。

由于被测量为小信号模拟量，在通过硬件部分放大20倍以后进入EM231中转换为数字信号。测试程序需要利用算法设计将该信号转换成实际的模拟量信号。由于硬件电路具有良好的线性度，因此程序设计采用Y＝kX+b的线性方程进行设计。X为采集到的数字量(字节)，Y为实际的模拟量(Ω)。设计程序过程中围绕“先粗调，后微调”的设计思路进行设计。

通过采集数字量，并绘制曲线可以明显发现该结果具有良好的线性关系，并且得出结果K＝200，B＝408，即Y＝200X+408。

在得出实际值与数字量之间算法关系后，对程序进行设计：图7为小信号算法设计。

在设计算法过程中，需要有模块化的思想进行设计，因此设计子程序算法先对模拟量信号字节转换为实数性质，然后构筑Y＝kX+b的算法关系，子程序中设置标定B及标定K，作为外部程序结构，便于设置调试数值，对程序进行粗调。同时设置偏差位，便于程序进行微调，大大提高程序的可适应性及通用性。

2)共模信号干扰

实装程序后发现算法工作正常，但是作为输入的模拟量AIW模块数值波动异常严重。外部输入电阻为0Ω时，模拟量AIW字节跳动可以从0跳动到3000字节以上，无规律性可寻，导致算法结果经常突变至几欧姆，无法完成测试。为解决该现象一开始误以为是程序设计错误，因此先从程序入手，考虑利用程序对其进行100次采样，再计算平均值送入PLC进行最终算法运算的思想，但是实测发现这样处理的结果一方面导致算法异常缓慢，另一方面得出来的结果也不正确。

通过查看相关资料，了解到该现象并非由程序导致，而是外部输入信号因电磁干扰等原因，引入了共模信号，一般情况下并不会带来太大的误差，但是由于该系统为小信号放大系统，因此一点点的微小变化，都会对系统结果产生巨大影响，即“蝴蝶效应”。为了更好的抑制共模信号，对模拟量输入口的连接线进行了更换，采用绝缘性良好的导线。此外，将模拟量模块的端子M连接到传感器的各个触点上，利用EM231自身特点进行自我补偿及修正，最终完成了共模信号的抑制作用，大大提高了测试的准确性。

本发明涉及一种驾驶杆手柄综合测试仪，具有以下特点：

该设备基于PLC强大的控制和逻辑功能，可针对对手柄中不同的功能实现自动控制；测试结果可以通过显示屏以数值的形式直观的表现出来，测试的准确性近100％；该设备实现了以一对多的测试需求，真正实现了测试仪的综合性；系统的通用性和匹配性较高，程序基于国际标准IEC61131-3的基础上进行编写的，加上各个端口已经在程序中标注，因此，程序的调整十分快捷。同时，可以满足不同用户对于操作界面的要求，对触摸屏的人机交互可以做到随改随用；系统的可拓展性高，适用面广，系统设计之初留有接口余量，为今后其他手柄产品提供设计余量。只要对产品接口有了明确的定义，系统就可以通过连接电缆及程序控制对其进行测试；系统的自主研发性强，该设备从最初的设计到最后的成型使用，均是自主开发，以科学的手段提高生产率，以科学的方式提高修理质量，以科学的理念锻炼技术人员的科研水平。

Claims (1)

1.一种驾驶杆手柄综合测试仪，其特征在于：包括可编程控制器PLC、A/D转换模块、触摸屏、接口电路板、导线、插座、指示灯构成；所述可编程控制器PLC连接A/D转换模块，所述A/D转换模块连接接口电路板，所述接口电路板连接插座，所述插座连接被测产品，所述可编程控制器PLC驱动对应的继电器动作，所述可编程控制器PLC通过人机界面控制；

该综合测试仪分为硬件部分和软件部分，软硬件部分相互牵连，硬件部分用于信号处理，软件部分负责算法；

硬件部分包括：

驾驶杆手柄的性能测试是导通电阻的测试，关于导通电阻的测试要求，阻值在大于0.5Ω时则判定此导通不合格，需要进行更换或者修理；

利用PLC的自动控制功能来实现对手柄的测试；

PLC通过A/D转换模块EM231来接收模拟信号，A/D转换模块的分辨率达到10mv，因此，需要将电阻信号转换成EM231可以接收的电压信号，通过把电阻值的变化转换成电压值的变化，进而经过PLC处理，最终在触摸屏上显示出来；

为了将导通的电阻值取出来，给导通阻值加一微小的毫安级电流；

弱电流的提供：设计一个恒流源来提供稳定的电流，选择一个三端稳压器和达林顿管，达林顿管在高灵敏的放大电路中放大微小的信号，而达林顿管的电压通过三端稳压器来提供：电流问题解决后，需要将被测导通阻值上的电压取出；

被测阻值电压信号的处理：此电压信号需要两个方面的处理：针对信号的干扰问题增加一个470μF 的电容，来滤掉外界的电磁波信号，将电压稳定后进行放大到EM231可以识别的程度，EM231 的分辨率是10mv，需要对信号放大10～20倍，因此选择运算放大器LM358来实现，放大后的信号再进行二次滤波，从而得到需要的信号，至此，完成了硬件电路的设计，并对该电路进行测试，满足测试要求；

先通过配套的插头插针提取测试信号，并将测试信号送入放大电路放大到A/D转换模块可识别的程度，进而将转换后的数字信号送入控制中心PLC，PLC发出控制指令，来驱动对应的继电器动作，从而测试对应的功能；

软件部分包括：

在完成硬件部分的设计及制作后，需要对硬件部分的输出信号送入PLC的EM231模数转换器转换成数字信号，并将这种能识别的数字信号传输到CPU中；软件部分一方面需要完成对模拟信号的接收及数据处理，还要对处理好的信号进行算法运算，转换成正确的被测量，同时利用触摸屏读取被测量，直接反馈到用户手中；

触点电阻的算法设计包括：

由于被测量为小信号模拟量，在通过硬件部分放大10～20倍以后进入EM231中转换为数字信号；测试程序需要利用算法设计将该转换后的数字信号转换成实际的模拟量信号；由于硬件电路具有良好的线性度，因此程序设计采用Y＝kX+b的线性方程进行设计；X为采集到的数字量，Y为实际的模拟量；

结果K＝200，B＝408，即Y＝200X+408；

在得出实际值与数字量之间算法关系后，对程序进行设计，设计子程序算法先对模拟量信号字节转换为实数性质，然后构筑Y＝kX+b的算法关系，子程序中设置标定B及标定K；

共模信号干扰包括：

对模拟量输入口的连接线采用绝缘性导线，将模拟量模块的端子M连接到传感器的各个触点上，利用EM231自身特点进行自我补偿及修正，完成共模信号抑制作用。