摘要：为了满足快速测试飞机雷电抑制器的标称电压要求，从而判定飞机雷电抑制器的保护功能是否正常，研制了一款便携式飞机雷电抑制器测试仪，并阐述了其工作原理、硬件设计、软件设计。经调试，该测试仪技术指标完全达到了设计要求，具有性能稳定、操作简单、工作可靠、数据测试精确等优点。

    雷电是一种常见的自然现象。飞机在处于云团的电荷中心附近时会遭到雷击，严重时甚至会坠毁。统计表明，一架固定航线的飞机平均每年要遭到一次雷击。一架军用飞机，在其全寿命周期内，平均要遭到两次雷击。
    飞机雷电抑制器是飞机雷电防护的主要方法之一，可直接用于飞机空速管电加热器、攻角传感器电加热器、复合材料螺旋浆和旋翼电加热器、飞机翼尖、垂尾和机身上安装的航行灯、闪光灯、各类防冰电加热器等对雷击敏感的部件及系统的雷电保护。
    针对飞机雷电抑制器使用中需监测相关参数，本文研制了一款飞机雷电抑制器专用测试仪。将该测试仪连接到被测飞机雷电抑制器产品上，通过简单的触屏操作，即可快速、自动地完成对所选型号飞机雷电抑制器的保护功能测试，可编程智能LCD能显示飞机雷电抑制器的伏安特性曲线、标称电压及性能状态。

    1 测试仪工作原理
    飞机雷电抑制器由具有非线性伏安特性的吸能组件构成，其非线形伏安特性表达式为：
    I = （V/C）a    （1）
式中，I为流过飞机雷电抑制器的电流；V为飞机雷电抑制器两端的电压；C为常数；a为非线性系数。
    针对飞机雷电抑制器的非线性伏安特性的特点，飞机雷电抑制器测试仪设计思路为：测试时，C8051单片机根据可编程智能LCD下载的测试参数表，控制D/A输出0～5V的模拟电压，控制可调精密高压电源输出0 ～ 500V直流测试电压，加于被测的飞机雷电抑制器两端；通过电流取样电路，C8051单片机检测流过飞机雷电抑制器的电流值，当取样电流小于标称测试电流时，C8051单片机控制可调精密高压电源继续步进升压，直到取样电流值等于标称电流值，此时的可调精密高压电源输出电压即为飞机雷电抑制器的标称电压，即当飞机雷电抑制器流过1 mA电流时飞机雷电抑制器两端的电压。
    电流取样期间，每次可调精密高压电源步进后，同步采样该取样电流及所对应的飞机雷电抑制器两端电压，经A/D数据转换、处理后生成测试数据，并将测试数据实时发送到可编程智能LCD；通过上位机程序处理测试数据，自动显示飞机雷电抑制器的伏安特性曲线、标称电压及性能状态，实现对飞机雷电抑制器的性能检测。测试仪原理框图如图1所示。

    2 硬件设计
    2.1单片机
    该测试仪的核心为C8051F380单片机。C8051F380单片机是由Silicon Labs公司推出的全速USB闪存MCU产品系列单片机的一种，具有片内上电复位、VDD监视器、电压调整器、看门狗定时器和时钟振荡器，是真正能独立工作的片上系统解决方案。片内Silicon Labs二线（C2）开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵人式（不占用片内资源）、全速、在系统调试，具有抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好等特点。
    2.2可编程智能LCD
    可编程智能LCD是一种包含LCD显示屏、LCD控制器、触摸屏、人机界面处理系统和通信接口于一体的智能显示模组，通过可选的通信接口和外部控制单元（如51单片机、ARM、DSP、PC、PLC）连接，硬件通信接口简单，能轻松连接任何具有串口或RS-232/485、CAN等总线接口的控制单元。配合专用的可视化组态编辑软件，可编程智能LCD可轻松设计系统所需图形界面，实现系统的人机交互界面。使用可编程智能LCD作为上位机，可省去传统按键键盘，使整体更简洁、美观。

    2.3高压调压电路
    高压调压电路由数模转换器DAC7512与可调精密高压电源组成，原理如图2所示。

    DAC7512为12位数字模拟转换器模块，使用3线SPIO串行接口同C8051单片机进行通信。当同步写人信号（片选）/SYNC为低电平时，C8051单片机通过DIN和SCLK向DAC7512串行写人16位数据，实现DAC7512输出0～5V可调电压。DAC7512的电压输出（VOUT）以电源电压（VU、）为5V）为参考源，有：
    VOUT =D/4096× 5（2）式中，D为串口写入的电压数据，取2048 （0x800）时，VOUT输出2. 5V。
    可调精密高压电源采用LS956，该模块是直流低压转高压模块，具有精度高、线性好、输出电压调节范围宽等特点。其输入电压为＋24V，输入调节方式为0～5V；输出电压／电流为0～500V/20mA；输出电压稳定度≤0.1％。
    根据LS956的输入输出特性，DAC7512输出的0～5V电压，满足LS956全范围电压调整要求。由于DAC7512是12位分辨率，对LS9 5 6高压电源模块输出电压的调整精度可达到0. 122V，因此保证了测量精确度。
    2.4模拟信号采样电路
    飞机雷电抑制器是在达到一定电压时才有伏安特性曲线的产品，这给单片机的A/D采样带来一定难度，因此在电路上采用了分压电阻。模拟信号采样电路的功能是实现电压、电流信号的精确采样。C8051单片机模拟输入电路采用2. 42V参考源，要求AD_INO、AD_INI输入信号范围为0～2. 42V。下面以某型号飞机雷电抑制器建立测试模型说明电压、电流采样原理，其原理如图3所示。

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