坦克火控系統故障注入設備控制軟件設計

杜斌 張雷

摘要：針對我陸軍在合成化改革后暴露出對裝備保障訓練工作建設不足的問題，提出了一種新型設備維修訓練手段。以坦克火控系統為具體研究對象，采用故障注入技術，在深入研究火控系統工作原理、構造、故障機理、故障注入等問題基礎上，提出了一種通用型、自動化的故障注入設備的控制軟件設計思路，對于提升火控系統測試水平，促進火控系統的部隊維修保障能力建設具有十分積極的意義。

關鍵詞：坦克火控系統;故障注入;軟件設計

0 引言

坦克火控系統故障注入設備的主要功能是為坦克火控系統的故障診斷與排除教學提供平臺，同時可以作為輔助教學手段，提高坦克火控專業維修和保障人員的培訓效率。根據文獻[1]可知，故障注入設備應具備以下功能：（1）火控系統中各類信號采集功能;（2）故障注入功能;（3）數據存儲、管理與分析功能。為實現上述功能，故障注入設備被劃分為主控單元和中控單元兩大主要組成部分。中控單元用于實現運行狀態監測、故障生成、故障注入、信號采集與指示功能，為硬件部分;主控單元由上位機及其控制軟件組成，用于發出控制信號，令下位機完成坦克火控系統技術狀態參數以及各測試點的輸出信號采集、故障生成、故障注入，并給用戶提供人機交互界面，還具備數據管理與數據庫維護等功能。

1 軟件功能分析

坦克火控系統故障注入設備控制軟件在設計階段需要考慮到：（1）軟件安全性;（2）軟件可移植性;（3）可擴展性;（4）易維護性等。在系統設計時，采用3層體系結構，這是較為先進的一種軟件設計思路[2]。軟件整體體系結構如圖1所示，分為展示層、邏輯層和數據訪問層。其中，展示層給用戶提供前臺的交互與操作界面;邏輯層即控制軟件中的程序邏輯控制，包括運算、數據轉換和數據傳遞等;訪問層是控制軟件主要完成軟件層面對軟件數據庫的維護與訪問。

2 軟件方案設計

根據火控系統運行特性和開展故障注入試驗的相關要求[3]，坦克火控系統故障注入設備控制軟件的基本功能結構框圖如圖2所示。

軟件應實現的主要功能包括：

（1）坦克火控系統運行部件故障檢測。通過采集坦克火控系統技術狀態信號和運行數據，開展故障診斷和故障機理分析?？刂栖浖诤蠖朔治?、監控并判讀坦克火控系統的運行數據，實時顯示采集的坦克火控系統運行參數并輔以圖形表示，還能快速保存和回放測試數據，最后輸出符合用戶要求的試驗數據記錄表。

（2）故障注入。構建坦克火控系統工作流程數據鏈仿真功能，以此模擬坦克火控系統動作指令，同時控制仿真數據鏈，實現對故障診斷結果與試驗數據管理的交互模擬，完成預設故障模式的注入。

（3）數據管理。構建軟件數據庫，滿足每次使用坦克火控系統故障注入設備開展故障注入試驗后的管理、存儲和用戶查詢每次測試數據需求，同時數據庫還方便調用和對比專家庫中的歷史數據，進而完成故障定位、檢測與預測功能。

（4）通信配置。配置通信接口，設置參數，并實現控制軟件自檢以及電氣參數檢查功能，盡可能保證軟件的正常運行，預防和避免事故的發生及被測對象的損壞。

（5）用戶管理?；谲浖こ趟枷?，設定不同的用戶權限，區分上位機控制軟件的使用者和開發者，提高軟件的穩定性、安全性，保證上位機控制軟件的代碼保密性。

（6）軟件幫助。通過文字說明、視頻圖像、音頻播放等方式，提供上位機控制軟件的操作方法與功能描述，便于用戶學習和使用。

3 主程序設計

控制軟件主程序基本流程如圖3所示。

（1）初始化。包括軟件初始變量賦值、基本參數初始化和用戶交互界面的初始化生成。

（2）傳遞技術狀態檢測指令至下位機。上位機將控制指令通過微控制器下達至信號采集器，然后信號采集器采集坦克火控系統各部件運行技術狀態信號后，再經由調理電路轉換為電平信號，最后采用光電耦合轉化，消除模數轉換期間的電磁干擾，最終回傳至微控制器。微控制器經CAN總線實時將采集到的技術狀態信號傳輸至上位機，上位機控制軟件將狀態信號通過圖形方式在故障注入操作界面直觀顯示給用戶;另外，微控制器將采集到的技術狀態信號送入故障注入器，由故障注入器驅動繼電器陣列物理顯示。

（3）調整軟件參數，注入預設故障模式。將預設故障模式轉化為故障注入信號發送至下位機，由微控制器驅動故障注入器進行故障注入，然后將故障注入后傳輸線纜航空插頭內針腳狀態信號回傳至控制軟件，軟件分析采集數據后判斷當前坦克火控系統技術狀態，實施故障隔離，輸出故障檢測結果。

（4）結束運行條件。直至故障注入試驗結束前可重復注入故障，當不再進行注入故障時，控制程序的主程序結束運行。

控制軟件與下位機通信流程如下：

（1）在下位機收到控制軟件發出的設置故障操作指令前，該控制軟件均運行后臺閑置程序，下位機即故障注入設備的硬件部分不發生動作，也就是不向坦克火控系統系統注入故障。

（2）當下位機接收到控制軟件通過CAN總線傳輸的故障注入操作指令時，下位機按控制軟件通信協議進行故障設置指令的讀取和解析，然后將自身的故障樣本編號和IP地址返回控制軟件進行分析，并等待下一個故障設置指令的發出。

（3）在定時器達到2/3時設置溢出中斷，即每30 ms發生一次中斷。在控制軟件的“定時器2/3中斷”函數中編程，采集并調整坦克火控系統技術狀態信息后，經“CANII發送函數”傳至上位機。最后由控制軟件進行數據處理，并對用戶以圖形界面的形式顯示數據處理結果。

4 結語

本文提出了坦克火控系統故障注入設備控制軟件的設計思路，為故障注入設備的實現以及后續軟件編程的實現打好了理論基礎。

[參考文獻]

[1] 邵思杰，熊偉，曹勇，等.某型自動裝彈機故障注入系統研究[J].計算機測量與控制，2018，26（2）：125-128.

[2] 李志宇，黃考利，連光耀.基于測試性設計的軟件故障注入研究綜述[J].計算機測量與控制，2013（5）：1112-1114.

[3] 李佳亮.故障注入技術綜述[J].探索科學，2016（4）：205.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：杜斌（1981—），男，山西五臺人，研究方向：火力與指揮控制。