1 引言

　　飞行员操纵飞机时，除了通过各种仪表了解飞机的飞行姿态外，还要通过直接对操纵杆(或方向舵)施力来感受飞机的飞行姿态。歼击机操纵杆／舵操纵力一位移性能评估是歼击机产品质量检测的主要项目之一，是指根据歼击机操纵杆／舵操纵力一位移性能指标要求，检测出其力和位移是否在规定的范围内，并最终给出评估结果。其中力和位移是同一时刻的相对数据，因此要求采集必须同步。该系统主要完成对歼击机操纵杆／舵操纵力和位移的同步数据采集，并通过无线的方法将采集到的力、位移数据传输给评估系统，为评估系统提供绘制力一位移曲线准确的测量数据。

　　2 系统整体设计

　　歼击机操纵杆／舵操纵力一位移性能检测评估系统由采集系统Ⅲ和评估系统构成。采集系统主要包括传感器、信号调理电路、MCU和无线模块。图1为检测评估评估系统硬件框图。

　　采集系统由两片C8051F350分别控制，对歼击机操纵杆／舵操纵的施力信号及同一时刻操纵连杆相对力的位移信号进行同步数据采集，然后由各自的无线模块将采集到的数据传输给评估系统。评估系统利用接收到的数据绘制力一位移曲线，和标准曲线相对比后给出评估结果。

　　3 采集系统硬件设计

　　3．1 微控制器C8051F350

　　采集系统以C8051F350作为核心控制器，完成对力、位移信号的同步数据采集及无线传输。C8051F350是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有高速、低功耗、集成度高、功能强大、体积小巧等优点，其内部有一个全差分24位A／D转换器．该转换器具有在片内校准功能。两个独立的抽取滤波器可被编程到l kHz的采样率。可使用内部的电压基准，也可用差分外部基准进行比率测量。ADC0中包含一个可编程增益放大器，有8种增益设置，最大增益可达128倍。

　　3．2 信号调理电路

　　对歼击机操纵杆／舵操纵的施力及连杆的位移分别通过拉压力传感器和位移传感器后变成模拟电信号，但往往是很微弱的毫伏级信号．这就需要用放大器对信号加以放大。由于通用运算放大器一般都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温漂，且运算放大器只有在信号源为单纯有效信号，且没有干扰的情况下才可用于小信号放大。而在传感器的输出端常会产生较大的干扰信号，有时甚至是共模干扰信号，可采用具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点的测量放大器作为前置放大器。经测量放大器输出的信号中含有噪声，要通过滤波电路滤波后接入C8051F350的模拟信号输入端。

　　3．3 无线传输部分

　　射频模块nRF24L01是一款工作在2．4～2．5 GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器。它包括频率发生器、增强型ShockBurstTM模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器。nRF24L01具有接收和发送数据功能，可在接收模式与发送模式之间任意转换。nRF24L01不仅具有自动应答及自动重发功能，而且在增强型ShockBurstTM模式下还具有数据包识别、地址及CRC校验功能，在数据发送、接收过程中自动完成对一帧数据的CRC校验，减少外部CPU的工作量和传输过程中可能出现的数据丢失现象，增强数据传输的可靠性。

　　4 采集系统软件设计

　　安装在操纵杆手柄上的采集系统为主采集器，采集操纵杆／舵操纵的施力信号；和操纵连杆相连的采集系统为从采集器，采集操纵连杆位移信号。系统要完成对力和位移数据的同步采集，由主采集器控制采集过程的开始和结束。因为两个采集器由两片C8051F350分别控制，所以在数据采集开始前必须使主采集器和从采集器系统同步。主采集器和从采集器的软件流程分别如图2和图3所示。

　　主采集器和从采集器系统同步是指两个采集系统开始采集力数据和位移数据的时间是一致的。主采集器和从采集器进行系统同步的流程分别如图4和图5所示。

来源：EDN CHINA