基于5G 技术的装备调试设备远程监控平台设计及应用研究

唐荣，董坤林

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

航空飞行器在使用一定时间后，一般需要开展定期维修工作。维修企业在定期维修装备时的飞机调试作业过程中，调试现场需要使用具有电脑主机软件控制的工控类设备，生产作业人员依据与飞机连接的工控类设备反馈的信息以及对该设备进行控制，同时结合在机上进行按动开关及调节旋钮等方式来完成相应系统的功能检测作业工序。飞机调试现场中所用设备多为工作台式以及柜式，部分飞机调试设备因体积大、重量大以及与飞机进行线缆连接导致其便携性差，无法进行移动化操作。在实际作业中，地面设备需专人控制及时向机上作业人员反馈信息，多人协作才能完成检测作业工序，而多人协作及相互沟通不仅需要人员调配而且易出现沟通错误情况，给实际生产带来诸多不利因素。

为此，利用5G 技术实现装备调试作业过程中对机下工控类设备的远程显示和控制，满足作业人员在不同位置实时查看与控制设备的工作需求，提高作业效率和便捷性。

1 总体设计需求

基于5G 网络设计装备调试设备远程监视控制通用平台，预留有线网络连接备用功能；通过对飞行参数记录检查仪、发动机自动调节器地面检查平台等飞机地面调试设备的简易改造，并应用于调试现场中，通过该平台的输出端即可监控地面调试设备并记录相应的调试数据，从而提高装配调试现场作业的便捷性和及时性，提高调试效率，压缩生产周期。

2 设计方案

2.1 设计思路

根据项目总体设计需求设计系统总体方案构架如图1所示，主要包括：数据传输模块（数据传输控制器）、网络通信系统、飞机作业显控端。远程监控平台支持无线、有线的切换，为未来装备调试全无线化的应用提供基础，其中无线支持5G 或Wifi 的方式。支持对多个远端设备的控制，便于协同配合使用。通过高速的数据采集和 TCPIP 协议，配合相应的软件系统实现高速的视频和控制信号传输功能，满足操控响应的需求。

图1 装备调试设备远程监控平台检测框图

结构设计上要充分结合现场实际工作环境和情况，考虑作业人员作业便捷性，进行合理支架设计。工作梯固定支架需与机上显控端平板牢固配合固定，且与工作梯固定牢靠，不干扰作业人员进出座舱作业，使用过后可折叠固定至座舱工作梯，根据其他使用位置，设计相应的固定方式。

2.2 设备技术指标

2.2.1 供电要求

工作电压：220V±10%，50Hz，3A。

2.2.2 数据传输模块部分技术指标

（1）延迟响应时间：不大于15ms；

（2）最大传输速率：不小于100Mbps，采用的是5G 和千兆的主机以太网接口，传输速率满足要求；

（3）传输模式（波长）：多模（850nm）双芯双向，单模（1310nm）双芯双向（可选）；

（4）脉冲采集处理接口：2 路，可对0 ～15V 脉冲进行计数；

（5）电压信号范围：0 ～15V，精度：±1%；

（6）通信接口：定制航插接口（可选 LC 接口）；

（7）支持无线和有线切换：采用的5G 是华为的CPE，支持有线和无线功能；

（8）传输距离：无线传输距离不小于50m，有线传输距离不小于30m，采用无线、有线网络方式，标准以太网距离满足要求。

2.2.3 飞机作业显控端部分技术指标

（1）触摸平板设计，采用了保护套防止碰撞，防撞功能良好；

（2）电容式触摸屏；（3）体积小，屏幕为12.1 英寸，具有多功能固定支架；（4）屏幕分辨率为1024*768，采用了高清的平板，分辨率可以设置，并支持设备主机分辨率。

2.2.4 其他要求

（1）平台可对所连接设备的主机电脑进行实时显示及触控操作。平台传输延迟低，响应时间15ms 以内；传输数据准确，无失真，画面清晰；触控灵敏，能够精准控制；

（2）平台具有音频传输功能，实现控制端与设备端之间进行语音通话。控制端平板与设备端光纤传输盒具有3.5mm 音频接口，可使用耳麦进行接入；

（3）平台控制端平板具有固定功能，可牢固固定于飞机座舱、下设备舱中飞机结构支架，便于进行操作；

（4）平台维修性设计，为了便于设备的拆装、日常维修及故障定位，根据功能设计独立的扩展器、采集卡。防差错设计，在后面板上使用的连接器具有不同的键位。

2.3 硬件设计

2.3.1 数据传输模块

数据传输模块，由一系列硬件组成，通过 VGA 接口和数据采集卡，采集地面调试设备的显示到IPC 计算机中；通过USB 扩展，实现 IPC 的控制信号和地面调试设备的控制信号的同时接入。并且集成硬件的切换功能，从而可以选择由某一端控制，支持所有端的同时控制。其次，考虑要求需要5G 网络无线连接功能，并兼顾有线网络都连接的功能，因此采用基于以太网的TCPIP 协议进行所有的通信连接。在无线模式下，只需要利用5G 网络；在有线模式下，只需要1 个网线即可。

（1）VGA 扩展器用于实现地面调试主机设备的显示输出扩展，可以给地面显示器，也可以把显示信号同时输出到采集卡；

（2）VGA 图像采集卡将显示的图像通过高速采集转换，然后通过高速USB 总线输出到 IPC 计算机，实现IPC 获取显示图像的功能；

（3）USB 扩展器将地面调试设备主机的 USB 口实现多口扩展，便于外接鼠标和输出解码信号，实现多个控制端信号的硬件接入功能；

（4）输出解码用于将 IPC 的鼠标控制信号通过解码器转换为标准的 USB 协议，然后输出到USB 扩展器；

（5）IPC 工控机是本地控制的核心设备，实现数据的采集传输以及控制信号的获取和汇总。

2.3.2 通信连接系统

在无线模式，只需要在数据传输模块和飞机作业显控端配置5G 网络，方便实现无线网络信号的传输。无线只涉及到显控的传输，与地面调试主机是网络隔离的，因此完全不影响地面调试主机的网络安全。有线通信连接采用工业级的线缆和接头，在数据传输模块和飞机显控端均可以采用抗拉网线插头，抗拉、抗弯、便于拆装，工业级防护，完全满足本项目的数据传输需求。

2.3.3 飞机作业显控端

飞机作业显控端，基于一台工业平板，具有触控功能，以及具有无线和有线的扩展接口。在软件的控制下，可以通过网络通信连接到数据传输模块，与数据传输模块建立连接和控制界面的映射关系，同步显示；显控端的触摸操作信号同步通过网络传输到数据传输模块，通过输出解码到地面调试设备主机。

2.4 软件设计

2.4.1 要求

在软件设计上，要求软件设计应做到：

（1）具有良好的人机界面，具有较好的功能要求；

（2）保证软件中变量、内存分配、异常处理的合理性；

（3）软件易学、易使用，操作灵活、方便；

（4）具有稳定性要求和较好的容错性要求，具有良好的扩展性。

2.4.2 方式

本系统设计基于BS 构架的，设计出的人机界面美观，通过互动式图形化完成系统控制和结果显示，可高效的设计出数据采集和控制、数据分析和数据显示，将采集到的原始数据转换成有意义的结果。远程控制传输端系统、数据传输端软件完成数据采集、控制功能，并提供服务器端作为接入功能接口；显控端作为客户端可以通过网络与服务端对接，整体构成 BS 构架。服务器端支持多客户端接入，从而实现多个显控端的功能。

2.4.3 结构

本系统软件基本可以分为信号采集与显示模块、远程显控服务器端模块、控制操作模块、输出、显示解码模块、显示操作客户端模块等。软件结构见图2。

图2 软件结构图

（1）信号采集与显示模块：配合采集卡，实现信号的采集与实时显示；

（2）远程显控服务器端模块：提供远程接入的服务功能，可以通过用户名、密码的方式确保接入安全，接入后通过 TCPIP 协议实现显示和控制数据的双向传送，通过压缩算法提高图像信息的传送速度和响应的实时性；

（3）控制操作模块：将操作控制指令进行采集和传输到服务器端，服务器通过硬件把操作映射到设备中；

（4）输出、显示解码模块：将显控端的操作转化为输出接口信号，用来驱动硬件解码的输出和控制功能；将服务器端传输的图像信息解码和显示成图像，便于查看；

（5）显示操作客户端功能：通过服务器建立连接和进行通信，维护连接，只要通过浏览器就可以打开界面。

3 工程应用

3.1 试验仪器及对象

试验仪器：装备调试设备远程监控平台（1 套）；试验对象：地面调试设备选择飞行参数记录检查仪，飞机飞行参数记录器机上控制电路和控制系统功能。

3.2 准备工作

设备准备。用220V 电源电缆将远程监控平台与电源插座相连，根据试验要求，将飞行参数记录检查仪分别与远程监控平台、飞机地面准备板上检查插座连接。

飞机准备。将飞机上各控制机构、地面控制板的开关置于初始位置，将空调车和地面电源连接到飞机上，启动飞机电源，接通系统电源开关、飞参系统工作电源开关。

3.3 测试试验

打开装备调试设备远程监控平台、飞行参数记录检查仪电源开关，平台进入开机画面，等待5 s 后，自动进入状态界面，当运行状态、监控状态、远程信号均显示“正常”后表示平台已经正常工作。

将飞机作业显控端的平板电脑开机，进入链接页面，直接进入地面调试设备主机控制界面，即可操作飞行参数记录检查仪，在测试界面下，按压“选择”按钮，在主菜单界面中选择“飞行参数记录系统的自动接通功能”选项，按压“确认”按钮后进入飞行参数记录系统的自动接通功能检查测试界面，完成该项目的测试。结合工作需要，依次完成飞行参数记录系统的手动接通功能、机上校准、发动机参数校准、气压高度校准等项目的通电检查。

3.4 结束工作

关断系统电源、装备调试设备远程监控平台、飞行参数记录检查仪工作开关，断开飞机电源，机上各控制机构置于工作初始位置，收好空调车和地面电源。

4 结语

基于5G 网络技术搭建装备地面调试设备与远程监视控制通用平台的测试是一个较为复杂的工程，本文从飞机装备调试设备远程监控平台的设计需求出发，搭建了远程监控平台的总体框架，确定了设备主要技术指标以及软硬件设计，并完成了工程应用，使用更加方便，顺应了航空维修企业地面调试设备智能化、网络化、无线化的大趋势，可广泛应用于飞机地面调试作业，便于提高调试作业的便捷性和及时性，提高调试效率。