基于无线网络的军用ATE研究

收稿日期:2008-03-27 修回日期:2008-05-11　作者简介:王　磊(1984-　),男,陕西蓝田人,博士研究生,
主要研究方向:航空武器系统检测的自动化与智
能化研究。

文章编号:1002-0640(2009)05-0157-03
基于无线网络的军用ATE 研究
王　磊,高成金,谢化勇
(空军工程大学工程学院,陕西　西安　710038)
摘　要:传统的军用AT E 采用传输电缆把信号采集传感器与测试仪器相连接。

严重影响了设备的可移动性。

为了取代军用A T E 终端的连接电缆,提高部队的作战效能。

所研究的AT E 采用无线网络和计算机测量与控制技术满足了测试仪器在小范围内的可移动性,用蓝牙模块代替电缆,从而使A T E 不受电缆长度和连接限制,易于转移和维护。

为技术人员快速可靠的检测武器装备提供了便利。

关键词:自动测试设备,无线网络测试,蓝牙中图分类号:V 245.3 文献标识码:A
Research on Military ATE based on Wireless Network
WANG Lei,GAO Cheng -jin,XIE H ua-yo ng
(A ir F or ce E ngineering Univ ersity ,X i ’an 710038,China )
Abstract :T raditional m ilitary AT E takes w ire to connect sensors and test instrum ents.So in order to replace w ire of the military ATE to pr omote battle efficiency,ATE the paper investigate adopted w ir eless and computer measure and control technique to satisfy maneuverability o f the test equipment ,and it is easy to transfer and maintenance .Obviously it is prov ided conv enience to technicians to test the performance of the weapo n .
Key words :Autom atic T est Equipment (AT E ),w ireless co mmunicatio n ,bluetoo th
引　言
随着现代化战争中出现的新特点,战场环境进一步恶劣,在当前战场环境下,不论进攻还是防御,精确制导弹药和非常规、高性能作战武器的使用,都极大地增加了装备以及人员的损伤概率。

因此对测试设备的战时保障能力也相应地提出了更高要求。

对军用A TE/AT S 提出了体积小、成本低、性能高、可移动、模块化、多用途和标准化、系列化的要求[1]。

但由于传统的军用AT E 采用传输电缆把信号采集传感器与测试仪相连接,不但会造成电缆之间的电磁干扰、信号衰减、阻抗难以匹配的问题,还严重的影响了其可移动性。

为此本文使用无线网络技术使得
测试设备摆脱了电缆带来的问题,并且在电缆和无线接口上降低了成本,对军用AT E 战时保障能力的提高有着现实而长远的意义。

1　无线通信技术在测试领域的应用
无线通信技术是指在无硬线连接的情况下传输数据的解决方案。

相关有代表性的短距离无线通信技术标准有IEEE802.11、Blueto oth (蓝牙)、红外线、U WB 超宽带等[2]。

图1　客户机通过无线网络控制测试设备
图1所示模型是客户机通过无线网络连接由服务器控制的测试系统,此模型的建立主要是基于对测试一体化的考虑。

先由服务器端获取数据进行初步处理,并完成对多客户端数据的传送,再由客户端
Vol.34,No.5
M ay,2009
火力与指挥控制
Fire C ontrol &Command Control
第34卷　第5期2009年5月
设备进行接收和数据处理,完成整个测试。

从以上无线通信网络构成的测试系统可见,控制器和仪器之间实现了无线连接,控制器与系统间的连接摆脱了电缆线的束缚,实现了测试系统的可移动性。

测试系统可由本地控制,也可由其他控制器控制,并且仪器的测试结果可以在网络上共享。

2　蓝牙技术的无线网络A T E 构建
在综合多种无线通信技术优缺点的基础上,本文主要应用蓝牙技术来研究构建无线网络测试设备。

它以低成本的近距离无线连接为基础,为固定或移动通信设备之间提供通信链路,使得近距离内各种信息设备能够实现资源共享。

2.1　蓝牙技术概述
蓝牙规范是由蓝牙特殊利益集团(SIG)开发的免费开放的蓝牙技术标准,用于计算机设备和通信设备之间的无线连接。

蓝牙规范包括核心协议(Core )和应用框架(Profiles )两部分。

核心规范详细说明了蓝
牙无线技术的各个组成部分和协议,应用框架用以规定不同的蓝牙设备在各种应用场合所需的协议和运行方式。

蓝牙技术采用了“即插即用”概念,无需用户进行任何设置,一旦一个采用了蓝牙技术的设备搜索到另一个设备,马上就可以建立联系[3]。

在检测设备中使用蓝牙技术可以取代检测装置与被测设备的电缆连接,实现点对点和一点对多点的无线通信。

2.2　系统总体设计
基于蓝牙无线网络的ATE 主要由数据采集部分和处理传送部分以及数据接收部分组成[4]。

数据采集部分由位于现场的传感器组、信号调理电路和下位机组成,传送部分主要采用自带微带天线的蓝牙模块进行无线的数据传输;采集到的数据信号被传送到上位的主控计算机进行信号的鉴别、以对被测系统进行测试,测试系统中采用蓝牙技术构建的无线数据采集原理框图如图2
所示。

图2　蓝牙技术无线网络数据采集原理图
由图2可知基于无线网络的ATE 主要应由两部分组成,即主控制端和测试端组成,并通过蓝牙模块进行无线连接,形成无线网络,下面就从这两方面分
别介绍设备组成,并给出相应的软件设计方案。

2.3　控制端硬件系统设计
蓝牙模块——有些公司称为单芯片(single chip )蓝牙解决方案,它其实就是将蓝牙射频单元和蓝牙基带控制器及一些外围器件封装到一块芯片中。

蓝牙模块由于其高度的集成性,可以使开发工作更加简单和快捷。

本文应用BC 212015芯片来开发蓝牙模块,
BC 212015是CSR 的第二代蓝牙芯片。

芯片中集成了射频单元和基带控制器。

在应用时,BlueCor e 芯片需要外接写有固件和用户程序的闪存芯片。

BlueCore 的第二代产品中也有部分型号采用内部闪存,即将BlueCor e 、闪存芯片以及外围电路封装在一块芯片中,构成了相应的蓝牙模块。

最大传输距离为0.1m ～10m,通过增加发射功率可达到100m 。

还可以通过中继器实现更远距离的通信。

AT E 的控制端采用外置式GPIB 控制方式,测试设备的硬件主要包括外置式主控计算机、VXI 总
线模块仪器、GPIB 仪器、信号转接组合和适配器等。

共同使测试装置具有激励能力、信号采集处理能力、通道切换能力和数据处理能力。

VXI 总线部分是测试设备核心。

它通过GPIB 总线来完成主控计算机同测试设备及GPIB 仪器的通信。

GPIB 接口板与零槽模块一起完成测试平台的管理任务。

测试装置硬件构成如图3所示。

图3　系统硬件构成框图
外置式主控计算机是整个测试设备控制的核心,完成系统自检、复位以及测试流程的控制、数据采集及处理等功能。

其蓝牙系统的通信依靠信号转接组合来完成,选用M AX3232芯片将TT L 电平与RS232电平进行转换。

2.4　测试端硬件系统设计
测试端的主要部分就是与微控制器的连接和通信,将数据发送至主控制器,由主控制器做出判断做出不同的动作,完成测试[5]。

蓝牙模块和微控制器接口电路,如下页图4所示。

微控制器对测量仪器的控制主要通过实现GPIB 接口功能来完成。

微控制器通过串口向接口发送符合GPIB 接口规范的命令,使跟该接口相连
・158・ (总第34-
800)火力与指挥控制2009年　第5期
图4　BC212015与89C52接口电路
的测量仪器处于听状态,再通过向GPIB 接口发送测量命令实现对测量仪器的控制。

目前能实现GPIB 接口功能的专用大规模集成
电路的芯片很多,本系统中采用NAT 9914,它连接在微处理器和GPIB 总线之间,提供了高水平的GPIB 总线管理,显著提高了驱动软件的吞吐量,并简化了硬件和软件的设计。

NA T9914可以被看作为一个总线翻译器,它把来自微处理器的消息转换成微处理器能够识别的信号。

在NAT9914管理GPIB 总线时,是通过写控制字到适当的寄存器中来编排GPIB 总线的,而可读的状态寄存器又提供了操作反馈信息。

NAT 9914模块决定了这些寄存器的功能。

3　无线网络测试设备的软件设计
3.1　控制端软件设计
由设备在无线网络中所承担的测试任务可知,测试设备控制端软件需要承担的任务有:设定串口通信的参数;通过串口完成本地蓝牙设备的初始化、远端设备的查询和连接;用户通过串口和蓝牙信道向测量单元发送测量命令,并接收测量数据;对测量数据进行比对、存储、显示、打印,对测量不合格数据予以警告,并预判可能出现的故障。

由于控制端所承担任务多样,所以利用多线程技术编写程序,用来提高测试效率如图5
所示。

测试软件中以用户界面接口为主线程,将数据采集、数据处理与存储和图形曲线的生成设计为辅助
线程,在所有的并发线程中负责数据采集线程优先级仅次于用户界面接口线程,数据采集线程完成数据采集,当数据量超过线程安全队列定义项目数量后,唤起数据处理与存储线程,该线程开始读取数据信息,并进行处理之后保存。

3.2　测试端软件设计
由于测试端程序设计相对简单,技术相对成熟,因此仅就蓝牙模块与单片机的通信做一简单介绍。

HCI 是蓝牙协议中软硬件之间的接口,提供了一个调用下层BB 、LM 状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。

单片机通过串口向蓝牙发送相应的HCI 包来完成对蓝牙模块的控制:将HCI 指令放在内存空间中,然后按字节向串口写数据,其中每条HCI 指令之后需要调用一定延时程序,避免指令的冲突。

通过指令:M OV SBU F,A 按字节向串口发数据。

当蓝牙芯片接收到发来的数据之后,蓝牙主机控制器根据蓝牙协议返回相应的数据给单片机。

由此实现蓝牙芯片与单片机的通信。

4　结束语
基于蓝牙技术研制的军用AT E,为提高部队现代高技术条件下局部战争的快速抢修、应急修理和机动保障能力,尽快恢复、持久保持综合战斗力,提供了研究思路和发展途径。

尤其对检测设备机动能力的提高起到非常大的作用。

但是由于战场环境复杂多变,蓝牙技术标准目前的通信距离还相对较短,而且在强干扰条件下通信质量不能保证,因此还不能完全适应战场环境下测试设备的需要,所以其在军事测试领域的应用受到了很大程度的限制,如果能有效解决通信距离的问题,无疑将对整个军用测试设备的机动能力,快速保障能力带来质的提升。

参考文献:
[1]于功敬,孟汉城.军用A T E/AT S 的发展[J].测控技术,2000,19(1):13-14.
[2]王艳美.基于无线网络的自动测试系统研究[D ].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2006.
[3]阎立超.基于U SB 接口的蓝牙无线模块设计[D].西安:西安科技大学,2004.
[4]
韩兆福,陈　钧.蓝牙技术在某型飞机机载火控故障诊断系统中的应用研究[J].航空计算技术,2006,36(3):8-10.
[5]
F er rigno L ,Piet ro sant o A.A Blueto ot h-based
P r oposal o f Instr um ent Wireless Inter face [J ].
V IM S ,2002,10(2):1-5.・
159・王　磊,等:基于无线网络的军用AT E 研究
(总第34-801) 。