飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置及方法

专利名称：飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置及方法
技术领域：
本发明涉及民航维修技术领域，特别涉及空客/波音机型的飞机音频综合系统自 动测试与故障诊断装置及方法。
背景技术：
在空客系列和波音系列飞机的通讯管理系统中，空客系列、波音747及新型系列 飞机的音频管理组件(Audio Management Unit, AMU)和波音737等较旧型号的飞机遥控 电子组件(Remote Electronic Unit, REU)是非常重要的音频综合系统的组件，上述组件 用于音频资源的管理与控制。据统计，这些音频综合系统容易发生故障。且它们是飞行管 理计算机与多组信号相互交联的中枢设备，音频综合系统故障如果不能进行快速准确的维 修，必将使得客机的通信管理系统无法通畅地工作，进而延误航班的正常起飞，甚至影响飞 机正常、安全飞行。同时AMU和REU的很多功能测试都需要借助于音频控制面板(Audio Control Panel, ACP)进行操作和控制，目前对AMU和REU的测试通常采用的方法是借助 ACP和专用的选择呼叫信号源进行辅助调试的人工检测方式，这种方法，测试时间长，人为 误差较多。而且ACP属于航材仪器，在运输过程中易受损，也不具有通用性。中国实用新型专利申请 200420090466. 7,200620040052. 2,200820140777. 8 及 200920315111. 6公开了一种机载设备综合检测系统，该系统只能完成对MCP的排故和性能 检测。中国发明专利申请第200810054132. 7和200910068749. 9分别公开了一种针对空客 系列飞机音频管理组件和一种针对波音系列飞机音频管理组件自动测试的装置及方法。前 者适用于空客系列的AMU，后者适用于波音系列的REU，由于它们针对的测试对象单一，使 用具有局限性；不仅不具备同时适用于空客系列和波音系列AMU和REU的测试功能，而且不 具备对AMU和REU进行故障诊断的功能。因此有必要开发专门共用于AMU和REU的自动测 试及故障诊断装置。虽然AMU和REU是两类不同的产品，型号众多，互不兼容，但功能相近。两者都是 管理飞机上所有的音频信号和相关的离散信号，与无线电通讯、无线电导航、飞行内话、服 务内话、旅客广播、数据记录、机载维护等多个系统关联。另外，它们的接口都要遵守统一的 国际标准规范，因而在测试方面有很多共同之处。开发可共同满足空客系列飞机的AMU与波音系列飞机REU这两类音频综合系统的 自动测试装置，使之能进一步对检测到的故障进行判断，具备对AMU和REU进行故障诊断的 功能，可降低维修人员的劳动强度，提高维修效率。而国内目前尚无相关产品和相关技术报 道。

发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，为了解决上述问题，提供一种集自动 测试和故障诊断于一体的装置，用于维修空客系列及波音系列飞机音频综合系统。本发明是通过这样的技术方案实现的飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置，包括工控机、适配器模块、自动测试模块及外围设备；其特征在于，由工控机运行测试软 件，提供人机交互环境，对采集的数据进行分析、计算和统计处理，进而完成故障诊断；工控 机、自动测试模块分别连接适配器模块，适配器模块还设有连接被测对象(UUT)的通信接 Π ；工控机和自动测试模块通过适配器模块的通信接口与被测对象(UUT)通信；工控 机及自动测试模块可控制适配器模块向被测对象(UUT)提供电源；所述适配器模块包括测试接口转接模块、自检模块和电源模块；其中测试接口转 接模块由芯片ΜΑΧ232、芯片74HCM5、芯片FT245BM及其外围电路构成；芯片ΜΑΧ232与异步串行接口连接，通过芯片ΜΑΧ232将从异步串行接口传入的串 行数据转换成并行数据(TTL/CM0S)传入并行数据总线； 芯片74HC245与并行接口连接，作为并口的数据缓冲器，通过芯片74HC245将并行 数据传入并行数据总线；芯片FT245BM与USB接口连接，通过芯片将USB接口传入的数据转换成并行数据， 将并行数据传入并行数据总线；所述适配器模块的自检模块由处理器CPU连接扩展EEPROM存储器、时钟电路、复 位电路、地址解码器和看门狗电路构成，其中，CPU包含ROM、RAM和TIMER，自检程序存储在 处理器ROM中；自检模块接收来自于自动测试模块的离散变量信息和故障信息，离散变量信息存 储在RAM中，故障信息存储在扩展EEPROM中；所述适配器模块的测试接口转接模块与自检模块连接；自检模块通过测试接口转 接模块与自动测试模块通讯；所述自动测试模块由数字输入输出单元、继电器开关矩阵、数字万用表单元、音频 信号发生器、动态信号分析单元和数据采集卡构成，自动测试模块接受工控机中自动测试 程序的控制；采用96路TTL/CM0S数字输入输出；采用M路继电器开关矩阵；采用6位半数字万用表单元；采用M位动态信号分析单元；由数字量输出点与中间继电器线圈串联；由音频信号通道与中间继电器触点连接；由数字输入输出单元、继电器开关矩阵开关构成音频信号通道；由音频信号发生器产生测试所需的各种激励信号；所述自动测试模块通过数据采集卡采集来自于被测对象(UUT)输出的响应信号； 通过数字万用表单元以及动态信号分析单元对采集的数据进行“A”加权滤波、失真度分析 和信噪比分析；飞机音频综合系统自动测试与故障诊断方法，用于维修空客系列及波音系列飞机 音频综合系统，其特征在于，按如下次序步骤进行(1)设备自检；将被测对象(UUT)与飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置 相连，通电自检；
(2)设备初始化；选择检测被测对象的类型和件号及测试项目，对硬件和主测试 程序进行初始化；(3)信号加载由工控机运行测试软件，执行测试指令，选择激励通道号和激励信 号，通过适配器模块加载到自动测试模块，产生相应的电压、电流、激励信号并加载到被测 对象(UUT)的测试信号输入端；(4)数据采集被测对象(UUT)在激励信号作用下，输出响应信号通过适配器模块 传输给自动测试模块，自动测试模块将采集的数字信号，通过适配器模块传输给工控机；(5)故障判断工控机测试软件调用故障判断程序，将采集的数字信号与维修手 册(CMM)上的理想值进行比较，判断被测对象(UUT)的输出信号是失效信号还是合格信号； 如果判断结果是合格信号，则在工控机上显示“测试通过”信息；如果判断结果是失效信号， 则表明被测对象(UUT)存在故障，则进入故障诊断步骤；(6)故障诊断将AMU划分为五个功能模块电源模块、接口模块、音频处理模块、 选择呼叫模块以及BIT模块进行故障诊断；根据输出信号的值对照CMM手册，判断故障位 置；根据CMM手册给出得音频综合系统的所有电路图以及测试点信息编制故障诊断程序， 首先对AMU的电路进行建模；调用与故障电路相对应的电路图，构建故障字典即故障数据 库，调用与故障电路相对应的电路图，构建故障字典即故障数据库的步骤包括a、故障注入步骤运行故障诊断程序，给被测已知故障电路上电，据此采集、注入 已知故障的数据信息；在待仿真的故障电路中模拟逻辑故障；所述逻辑故障是结合实际维 修经验而得出故障现象；据此注入相应故障的数据信息；根据元件出现故障的概率注入故 障的数据信息；b、故障仿真步骤根据注入的故障的数据信息，分析电路的响应以及各测试点的 测试信息；C、仿真结果的整理步骤将注入故障、激励、响应等数据信息进行整理，形成故障 字典中的一条故障记录；(7)故障诊断程序包括给出需要人工测量的测试点的位置以及相应的测试信息， 检测人员对需要人工测量的测试点进行测试，测试后从工控机录入相关故障信息，故障诊 断程序根据输入信息查找故障字典，确定故障区域，并显示相应的诊断结果；(8)判断是否完成所有测试项目；(9)结束测试。本发明由工控机运行测试软件，提供人机交互环境，对采集的数据进行分析、计算 和统计处理，进而完成故障诊断；可共同满足空客系列飞机的AMU与波音系列飞机REU这两 类音频综合系统的自动测试装置，使之能进一步对检测到的故障进行判断，具备对AMU和 REU进行故障诊断的功能，可降低维修人员的劳动强度，提高维修效率。


图1为空客/波音飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置的结构框图；图2为自动测试及故障诊断流程图；图3为适配器模块结构框图；图4为自检模块结构框图5为自动测试模块组成框图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。如图1至图5所示，本发明提供的空客及波音系列飞机音频综合系统的自动测试 装置包括工控机1、适配器模块2、自动测试模块3及外围设备4 ；其中工控机1为用户提供 人机交互环境，用户可以在计算机上对整个系统进行操作、对整个自动测试过程进行控制 和监测，对采集的数据进行分析、计算和统计，进而完成故障诊断的工作；适配器模块2是 工控机1与自动测试模块3、自动测试模块3与被测对象(UUT) 5之间的接口，完成控制信 号及数据信号的传输、交换的工作洞时，在工控机1及自动测试模块3的控制下，向被测对 象(UUT)5提供电源；自动测试模块3用于产生测试所需的各种激励信号，并完成采集来自 于被测对象(UUT) 5输出的响应信号的工作；外围设备4在工控机1的控制下，可时时打印 出测试清单，使得故障项目明细化，测试任务分配更加合理。适配器模块2还包括测试接口转接模块21、自检模块22和电源模块23 ；其中测试 接口转接模块21提供串口、并口、USB 口等多种类型的通讯接口 ；自检模块22在每次诊断 开始时，对整个诊断平台进行自检，自检不通过，该设备将不能使用；电源模块23在工控机 1及自动测试模块3的指令下，向UUT提供电源。当需要对某一音频综合系统进行检测时，可将音频综合系统，即图1中的被测对 象(UUT)5与本发明提供的自动测试与故障诊断设备相连并上电，工控机1通过运行加载 在其上的自动测试程序集，将测试指令通过适配器模块2加载到自动测试模块3，在自动测 试模块3中产生激励信号，再控制适配器模块2，将电压、电流、激励等信号提供给被测对象 (UUT) 5，让被测对象(UUT) 5工作；将被测对象(UUT) 5输出的响应信号通过适配器模块2传 输给自动测试模块3进行数据采集，将采集到的数据通过适配器模块2传输给工控机1 ；工 控机1调用故障诊断程序，对采集的信号与维修手册(CMM)上的理想值进行比较，判断输出 信号是失效信号还是合格信号；如果判断结果是失效信号，则表明被测对象(UUT)存在故 障，通过故障诊断程序并基于CMM手册，通过查找故障字典，确定故障位置，显示相应的测 试数据和诊断结果；如果判断结果是合格信号，则在工控机上显示“测试通过”信息；然后 判断是否完成所有的测试项目，如果没有完成则继续进行下一项的测试，如果完成了，则打 印测试结果，结束测试。如图2所示，本发明提供的空客及波音系列飞机音频综合系统的自动测试及故障 诊断流程是(1)设备上电后先自检，检查自动测试及故障诊断装置自身的所有模块是否都能 正常工作；如果自检通过，则准备进入下一个步骤O)；如果自检没通过，则进入最后结束 步骤⑶；(2)选择检测被测对象的类型和件号及测试项目，对硬件和主测试程序进行初始 化；(3)工控机产生一系列测试指令，包括激励通道号和激励信号，通过适配器模块 加载到自动测试模块，产生相应的电压、电流、激励等信号，加载到UUT的输入端上，使其工 作；
(4)UUT在激励信号作用下，输出响应信号，通过适配器传输给自动测试模块进行 数据采集，采集到的数字信号通过适配器传输给工控机；(5)故障判断工控机调用故障判断程序，对采集的信号与维修手册(CMM)上的理 想值进行比较，判断输出信号是失效信号还是合格信号；如果判断结果是合格信号，则在工 控机上显示“测试通过”信息；如果判断结果是失效信号，则表明被测对象(UUT)存在故障。 则进入步骤(6)。(6)故障诊断AMU可划分为五个功能模块电源模块、接口模块、音频处理模块、 选择呼叫模块以及BIT模块。每个模块都有相对应的电路。因此，可基于CMM手册，根据输 出信号的值判断是哪一块电路出现问题。另一方面，CMM手册给出了音频综合系统的所有 电路图以及测试点。基于这些电路图，故障诊断程序对AMU的电路进行建模。这样，可以调 用与故障电路相对应的电路图，构建故障字典。故障字典的建立是通过故障注入、故障仿 真、仿真结果的整理三步组成的。故障注入在故障诊断软件中，给故障电路上电，并将输 入端接地或者将一个逻辑故障置于待仿真的故障电路中。给出的逻辑故障结合了以往维修 经验，按照元件出现故障的概率注入故障，因此，故障应该是一些必要的合理假设，如对一 些故障做出偏安全的保守假设，暂不考虑人为故障；故障仿真根据注入的故障，分析电路 的响应以及各测试点的测试信息；仿真结果的整理将注入故障、激励、响应等数据信息进 行整理，形成一条故障集记录。这样，经过以上三个步骤就可以构造一个故障字典。故障诊 断程序会给出需要人工测量的测试点的位置以及相应的测试信息，检测人员在测试后填入 相关信息。故障诊断程序根据输入信息查找故障字典，确定故障位置，并显示相应的诊断结 果；(7)判断是否完成所有检测项目；如果没有完成，返回到步骤O)，进行下一个测 试项目；如果全部完成测试，则进入步骤(8)；(8)结束测试。实施例一选用波音737系列飞机的选装的音频管理组件RETO140为测试对象，以机长位的 VHFl和HFl作为测试通道，完成频率响应失真等测试项目。为启动设置界面，用户可在界面上选择相应的测试件号、测试项目以及相关测试 参数。完成设置后，点选“确定”，开始测试，进入到自动测试阶段，测试过程中可以随时暂 停、继续或停止测试。测试完成后，没有检测到故障，则测试结果所示正常。实施例二对空客319/320/321系列飞机的选装的音频管理组件AMU2790系列以及音频控制 面板ACP(件号116701 进行检测。通过启动设置界面，完成参数设置，点击“确定”，进入 自动测试阶段。检测出ACP1167015中的输入\输出电路板出现故障。建立输出状态故障注入界面，反应的是由ACP输出信号给AMU时，整个通讯系统的 情况。注入的故障由6帧数据字构成，每帧8个字节，一共48位数字信号。此例中，在SPARE INPUT、ILS-C、HF-R等通道产生激励信号，同时设置PAM模拟信号输入为3. 5，控制信号字 0011，在右侧芯片故障注入栏中注入相应s-a-Ο或者s-a-Ι等故障。诊断结果得出后，点击“故障显示”按钮，显示SAT-RC等指示灯为“ B ”，表示 Bright (灯亮)，表明出现在该芯片管脚的信号出现错误；其余指示灯均显示“D”，表示
8Dim(灯灭)，表明出现在该芯片管脚的信号是正确的。点击“原显示”按钮，可显示故障字 典中与该故障现象相对应的故障信息及故障区域代码。另外，测试人员还可对照部件维护 手册CMM手册，分析故障状态和区域，可不断扩充故障字典的内容。工控机是整个测试诊断装置的核心，其作用是为用户提供人机交互环境，用户可 以在工控机上对整个系统进行操作、对整个自动测试过程进行控制和监测，对采集的数据 进行分析、计算和统计，进而完成故障诊断的工作。(1)工控机控制打印机等外围设备，方便测试人员的测试操作；(2)工控机通过运行加载在其上的自动测试程序集，将测试指令通过适配器模块 加载到自动测试模块，以便向UUT提供相应的电压、电流、激励等信号，让UUT能进行工作；(3)将UUT输出的响应信号通过适配器模块传输给自动测试模块进行数据采集， 将采集到的数据通过适配器模块传输给工控机进行后续的数据分析；(4)由于音频综合系统的电路图可在CMM手册中相关章节可查到，所以，用户通过 人机界面调入与被测对象(UUT) —致的电路图，运行故障诊断软件中的相关程序，运行故 障诊断软件的相关程序，实现对故障板上故障区域的定位和诊断。适配器模块在整个测试诊断装置中承担着控制信号及数据信号的传输、交换的工 作。一方面，适配器模块作为工控机与自动测试模块的接口，将工控机产生的控制信号传 输给自动测试模块，同时，将自动测试模块采集到的数据传输给工控机；另一方面，适配器 模块也作为自动测试模块与UUT之间的接口，将自动测试模块产生的各种激励信号传输给 UUT,同时，将UUT产生的各种响应信号传输给自动测试模块。适配器模块还包括测试接口转接模块，自检模块和电源模块。测试接口转接模块 在测试接口适配器和被测电路板中起到了一个桥梁的作用。由于目前的测试电路板有串 口、并口、USB 口等多种类型的通讯接口，所以在测试接口转接板上设计出不同类型通讯协 议的转接模块，这样可满足测试通用性的要求，扩大测试诊断的范围；自检模块在整个诊断 平台中起到了一个初始化的作用，在每次诊断开始时，对整个诊断平台进行自检，自检不通 过，该平台将不能使用；电源模块在工控机及自动测试模块的指令下，向UUT提供电源。自动测试模块是根据测试对象的不同可以任意配置的。可根据测试需求，在测试 速度、测试精度等一系列测试指标上配置相应的总线模块，如PXI、LXI、PCI、VXI等一系列 总线。自动测试模块用于产生测试所需的各种激励信号，并对供电电源进行管理及控制，同 时将UUT输出的响应信号转换成数字信号提供给工控机进行分析。外围设备模块，包括触摸屏、打印机等外围设备，能时时打印出测试清单，使得故 障项目明细化，测试任务分配更加合理。根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
权利要求
1.飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置，用于维修空客系列及波音系列飞机 音频综合系统，包括工控机、适配器模块、自动测试模块及外围设备；其特征在于，由工控 机运行测试软件，提供人机交互环境，对采集的数据进行分析、计算和统计处理，进而完成 故障诊断；工控机、自动测试模块分别连接适配器模块，适配器模块还设有连接被测对象 UUT的通信接口 ；工控机和自动测试模块通过适配器模块的通信接口与被测对象UUT通 信；工控机及自动测试模块可控制适配器模块向被测对象UUT提供电源；所述适配器模块 包括测试接口转接模块、自检模块和电源模块；其中测试接口转接模块由芯片MAX232、芯 片74HCM5、芯片FT245BM及其外围电路构成；芯片MAX232与异步串行接口连接，通过芯片 MAX232将从异步串行接口传入的串行数据转换成TTL/CM0S并行数据传入并行数据总线； 芯片74HC245与并行接口连接，作为并口的数据缓冲器，通过芯片74HC245将并行数据传入 并行数据总线；芯片FT245BM与USB接口连接，通过芯片将USB接口传入的数据转换成并 行数据，将并行数据传入并行数据总线；所述适配器模块的自检模块由处理器CPU连接扩 展EEPROM存储器、时钟电路、复位电路、地址解码器和看门狗电路构成，其中，CPU包含ROM、 RAM和TIMER，自检程序存储在处理器ROM中；自检模块接收来自于自动测试模块的离散变 量信息和故障信息，离散变量信息存储在MM中，故障信息存储在扩展EEPROM中；所述适配 器模块的测试接口转接模块与自检模块连接；自检模块通过测试接口转接模块与自动测试 模块通讯；所述自动测试模块由数字输入输出单元、继电器开关矩阵、数字万用表单元、音 频信号发生器、动态信号分析单元和数据采集卡构成，自动测试模块接受工控机中自动测 试程序的控制；由数字量输出点与继电器线圈串联；由音频信号通道与继电器触点连接； 由数字输入输出单元、继电器开关矩阵开关构成音频信号通道；由音频信号发生器产生测 试所需的各种激励信号；所述自动测试模块通过数据采集卡采集来自于被测对象(UUT)输 出的响应信号；通过数字万用表单元以及动态信号分析单元对采集的数据进行“A”加权滤 波、失真度分析和信噪比分析；采用96路TTL/CM0S数字输入输出单元；采用M路继电器开 关矩阵；采用6位半数字万用表单元；采用M位动态信号分析单元。
2.飞机音频综合系统自动测试与故障诊断方法，用于维修空客系列及波音系列飞机音 频综合系统，其特征在于，按如下次序步骤进行(1)设备自检；将被测对象UUT与飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置相连，通 电自检；(2)设备初始化；选择检测被测对象的类型和件号及测试项目，对硬件和主测试程序 进行初始化；(3)信号加载由工控机运行测试软件，执行测试指令，选择激励通道号和激励信号， 通过适配器模块加载到自动测试模块，产生相应的电压、电流、激励信号并加载到被测对象 UUT的测试信号输入端；(4)数据采集被测对象UUT在激励信号作用下，输出响应信号通过适配器模块传输给 自动测试模块，自动测试模块将采集的数字信号，通过适配器模块传输给工控机；(5)故障判断工控机测试软件调用故障判断程序，将采集的数字信号与维修手册CMM 上的理想值进行比较，判断被测对象UUT的输出信号是失效信号还是合格信号；如果判断 结果是合格信号，则在工控机上显示“测试通过”信息；如果判断结果是失效信号，则表明被 测对象UUT存在故障，则进入故障诊断步骤；(6)故障诊断将AMU划分为五个功能模块电源模块、接口模块、音频处理模块、选择 呼叫模块以及BIT模块进行故障诊断；根据输出信号的值对照CMM手册，判断故障位置；根 据CMM手册给出得音频综合系统的所有电路图以及测试点信息编制故障诊断程序，首先对 AMU的电路进行建模；调用与故障电路相对应的电路图，构建故障字典即故障数据库，调用 与故障电路相对应的电路图，构建故障字典即故障数据库的步骤包括a、故障注入步骤运行故障诊断程序，给被测已知故障电路上电，据此采集、注入已知 故障的数据信息；在待仿真的故障电路中模拟逻辑故障；所述逻辑故障是结合实际维修经 验而得出故障现象；据此注入相应故障的数据信息；根据元件出现故障的概率注入故障的 数据信息；b、故障仿真步骤根据注入的故障的数据信息，分析电路的响应以及各测试点的测试 fn息；C、仿真结果的整理步骤将注入故障、激励、响应等数据信息进行整理，形成故障字典 中的一条故障记录；(7)故障诊断程序包括给出需要人工测量的测试点的位置以及相应的测试信息，检测 人员对需要人工测量的测试点进行测试，测试后从工控机录入相关故障信息，故障诊断程 序根据输入信息查找故障字典，确定故障区域，并显示相应的诊断结果；(8)判断是否完成所有测试项目；(9)结束测试。
全文摘要
本发明涉及飞机音频综合系统自动测试与故障诊断装置及方法，用于维修空客系列及波音系列飞机音频综合系统，由工控机运行测试软件，提供人机交互环境，对采集的数据进行分析、计算和统计处理，进而完成故障诊断；根据CMM手册给出得音频综合系统的所有电路图以及测试点信息编制故障诊断程序，将注入故障、激励、响应等数据信息进行整理，形成故障字典中的一条故障记录；故障诊断程序包括给出需要人工测量的测试点的位置以及相应的测试信息，检测人员对需要人工测量的测试点进行测试，确定故障区域，并显示相应的诊断结果；可共同满足空客系列飞机的AMU与波音系列飞机REU这两类音频综合系统的自动测试，可降低维修人员的劳动强度，提高维修效率。
文档编号B64F5/00GK102092477SQ20101056399
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者刘岱, 刘涛, 周德新, 樊智勇, 王凯, 詹湘琳 申请人:中国民航大学