某航空電子產(chǎn)品測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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宋 亮，馮 楊
（海軍裝備部，陜西西安710043）
摘要：針對(duì)某航空電子產(chǎn)品的測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了一種基于PXI總線的測(cè)試設(shè)備，詳細(xì)描述了測(cè)試設(shè)備的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)GJB289A總線、HB6096總線、RS-422串行總線實(shí)時(shí)通信和I/O接口信號(hào)采集等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)論述。測(cè)試設(shè)備采用了虛擬儀器技術(shù)，以PXI計(jì)算機(jī)為核心，通過PXI總線來驅(qū)動(dòng)各測(cè)試模塊，由硬件完成信號(hào)采集和測(cè)量，由軟件完成數(shù)據(jù)計(jì)算、分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的各項(xiàng)測(cè)試。測(cè)試設(shè)備已應(yīng)用于該航空電子產(chǎn)品在產(chǎn)品調(diào)試、環(huán)境試驗(yàn)和交付驗(yàn)收中的測(cè)試，經(jīng)過使用后證明，測(cè)試設(shè)備的軟／硬件設(shè)計(jì)合理、自動(dòng)化程度高、工作穩(wěn)定可靠、界面友好、操作方便。
關(guān)鍵詞：航空電子產(chǎn)品；虛擬儀器技術(shù)；測(cè)試設(shè)備；PXI
中圖分類號(hào)：TP23文章編號(hào)：1006 - 2394( 2016) 05 - 0025 - 03
0 引言
虛擬儀器技術(shù)是美國(guó)NI公司提出的概念，其核心思想是軟件即儀器，是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)來模擬傳統(tǒng)儀器的各項(xiàng)功能，如利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，利用計(jì)算機(jī)多種形式的輸出方式來表達(dá)測(cè)試結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)試等，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能來模擬傳統(tǒng)儀器信號(hào)數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和處理，從而在計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上無須投入更多的硬件就能夠完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)化儀器系統(tǒng)。
虛擬儀器一般由完成信號(hào)采集功能的硬件部分和完成數(shù)據(jù)分析處理功能的軟件部分組成。硬件部分一般為各種形式的信號(hào)采集設(shè)備，將采集到的各種形式的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)。計(jì)算機(jī)通過軟件實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)的各類接口中讀取數(shù)據(jù)，并用軟件完成數(shù)據(jù)分析和處理，將處理結(jié)果顯示出來。
本文針對(duì)某航空電子產(chǎn)品的測(cè)試需求，采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于PXI總線的體積小、質(zhì)量輕、便于移動(dòng)的測(cè)試設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)該航空電子產(chǎn)品在產(chǎn)品調(diào)試、環(huán)境試驗(yàn)和交付驗(yàn)收中的測(cè)試。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本文所研究的測(cè)試設(shè)備是對(duì)某航空電子產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)的專用測(cè)試設(shè)備，是以PXI計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)核心，由用戶設(shè)計(jì)定義虛擬面板和測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，其工作原理是：駐留在PXI計(jì)算機(jī)上的測(cè)試軟件，通過PXI總線和USB總線來驅(qū)動(dòng)各測(cè)試模塊，由硬件產(chǎn)生被測(cè)產(chǎn)品所需的信號(hào)激勵(lì)，完成被測(cè)產(chǎn)品輸出信號(hào)的采集和測(cè)量；由軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和處理，利用計(jì)算機(jī)顯示器來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，并形象直觀地表達(dá)出測(cè)試結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的各項(xiàng)測(cè)試。測(cè)試設(shè)備的主要功能有：具備自檢測(cè)和自保護(hù)功能；能測(cè)試被測(cè)產(chǎn)品的功能和性能；測(cè)試結(jié)果以報(bào)表方式顯示并可以打印，測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Access數(shù)據(jù)庫中；具有對(duì)被測(cè)產(chǎn)品綜合測(cè)試能力和單項(xiàng)測(cè)試能力；能將被測(cè)產(chǎn)品的故障隔離到內(nèi)場(chǎng)可更換單元。為了滿足被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試需求，測(cè)試設(shè)備具備下列接口能力：提供144路開關(guān)接口，能產(chǎn)生離散量信號(hào)激勵(lì)；提供16路D/A輸出接口，能產(chǎn)生模擬量信號(hào)激勵(lì)；提供16路A/D輸入接口，能采集筆劃視頻信號(hào)；提供4路RS-422總線接口，具備全雙工實(shí)時(shí)通信能力；8發(fā)8收HB6096總線接口；提供2路1553B總線接口，A/B總線互為余度，可作BC、RT或BM。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
測(cè)試設(shè)備是在PXI測(cè)試平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建的，主要由PXI計(jì)算機(jī)、PXI測(cè)試模塊、人機(jī)接口和測(cè)試接口等部件組成，如圖1所示。測(cè)試設(shè)備的所有測(cè)試資源集成在一臺(tái)19英寸的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中，前面板上提供17英寸顯示器、適配箱、電源、配電箱和PXI機(jī)箱以及產(chǎn)品托架等，通過操作顯示器上的測(cè)試軟件界面可完成各項(xiàng)測(cè)試。
該設(shè)備主要由控制主機(jī)、各種激勵(lì)測(cè)試板卡、測(cè)試軟件包、示波器、數(shù)字萬用表、交／直流電源等組成。模擬系統(tǒng)故障，對(duì)UUT進(jìn)行功能測(cè)試。主要用于軟件功能測(cè)試、硬件測(cè)試和外場(chǎng)排故。
2.1 PXI總線儀器
測(cè)試資源采用PXI總線儀器，采用貨架產(chǎn)品。這些資源通過標(biāo)準(zhǔn)公共測(cè)試接口與被測(cè)試設(shè)備相連，在測(cè)試中完成提示激勵(lì)、建立通路、測(cè)量等功能。
PXI計(jì)算機(jī)是測(cè)試設(shè)備的控制核心，負(fù)責(zé)測(cè)試模塊的資源管理，通過PXI接口實(shí)現(xiàn)對(duì)PXI測(cè)試模塊和USB測(cè)試模塊的控制。人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)用戶與測(cè)試設(shè)備之間的人機(jī)交互，測(cè)試接口通過配套的測(cè)試電纜實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品與測(cè)試設(shè)備之間的電氣交連。GJB289A總線通信卡用于檢測(cè)被測(cè)產(chǎn)品的GJB289A總線通信功能；數(shù)字萬用表卡用于測(cè)量被測(cè)產(chǎn)品輸出電源的電壓；矩陣開關(guān)卡用于擴(kuò)展萬用表的測(cè)量通道；高速A/D采集卡用于采集被測(cè)產(chǎn)品所輸出的筆劃視頻；D/A輸出卡用于產(chǎn)生被測(cè)產(chǎn)品所需的模擬量信號(hào)激勵(lì)；離散量接口卡用于產(chǎn)生被測(cè)產(chǎn)品所需的離散量信號(hào)激勵(lì)，采集被測(cè)產(chǎn)品所輸出的離散量信號(hào)；串行總線通信卡用于檢測(cè)被測(cè)產(chǎn)品的RS-422總線通信功能；開關(guān)電源用于提供被測(cè)產(chǎn)品所需的28 V直流工作電源。
2.2適配箱的設(shè)計(jì)
適配箱主要實(shí)現(xiàn)板卡信號(hào)與UUT的信號(hào)轉(zhuǎn)接以及信號(hào)的斷連測(cè)試功能。適配箱的規(guī)格是它的所有的輸入輸出信號(hào)都從后面板引出，箱內(nèi)分為上下兩層，上層安裝4塊繼電器板和2塊負(fù)載板，下層中間安裝程控開關(guān)電源，兩邊各安裝1塊負(fù)載板，板子插入機(jī)內(nèi)的導(dǎo)槽，然后用螺絲固定。
2.3電源箱的設(shè)計(jì)
用于提供UUT工作的+28 V DC電源，集成的電源上安裝了220 V AC輸入開關(guān)和28 V DC輸出開關(guān)，并具有電流和電壓顯示功能。另外，電源箱內(nèi)還需安裝功率電阻，為UUT的啟動(dòng)檢測(cè)信號(hào)和告警等27 V/開離散量輸出信號(hào)提供模擬負(fù)載。功率電阻型號(hào)為27 Ω/50 W和90Ω/50 W，它們安裝在電源箱側(cè)壁。
電源箱前面板的布局分成兩部分：一部分為專用檢測(cè)設(shè)備電源監(jiān)控部分，另一部分為UUT狀態(tài)監(jiān)控部分。專用檢測(cè)設(shè)備電源監(jiān)控部分設(shè)計(jì)的前面板需能夠方便地操作電源的輸入和輸出，清楚的掌握UUT當(dāng)前的功耗；同時(shí)，還要在面板上設(shè)置設(shè)備電源輸出的測(cè)試點(diǎn)和指示燈，便于檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。UUT狀態(tài)監(jiān)控部分則要求在前面板上設(shè)置UUT輸出的二次電源測(cè)試點(diǎn)和指示燈，以及UUT輸出的告警信號(hào)燈；另外還設(shè)有UUT的IP信號(hào)、復(fù)位信號(hào)開關(guān)。
3軟件設(shè)計(jì)
3.1 軟件開發(fā)環(huán)境
本軟件產(chǎn)品的開發(fā)和使用環(huán)境相容。操作系統(tǒng)為Windows XP，開發(fā)環(huán)境為L(zhǎng)abVIEW2010。
本軟件產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)選擇NI公司的Lab VIEW圖形化開發(fā)環(huán)境，它集成信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示等一系列功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，在提供強(qiáng)大測(cè)控功能的同時(shí)，保證了系統(tǒng)靈活性。Lab VIEW廣泛地將數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在同一個(gè)環(huán)境中，使得測(cè)試工程師們可以方便快捷地集成一套完整的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)。Lab VIEW有數(shù)據(jù)庫工具包，完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作；同時(shí)Lab VIEW可以直接與MicrosoftOffice工具（如Excel和Word）鏈接生成自定義格式的測(cè)試報(bào)告。本軟件所使用到的主要軟件驅(qū)動(dòng)模塊列表如表1所示。
3.2軟件功能
系統(tǒng)軟件基于成熟的模塊設(shè)計(jì)，完成測(cè)試、結(jié)果評(píng)判、系統(tǒng)自檢、用戶管理、參數(shù)配置、報(bào)表管理的功能，具體功能如表2所示。
測(cè)試：通過RS-232通信控制測(cè)試，系統(tǒng)具備手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試兩種可選測(cè)試模式；
系統(tǒng)自檢：板卡自檢、儀器狀態(tài)檢查；
用戶身份辨別：用戶在使用系統(tǒng)前必須對(duì)其身份進(jìn)行驗(yàn)證，只有用戶名和密碼相符的才能進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)行測(cè)試；
參數(shù)配置：包括設(shè)置地址配置、測(cè)試參數(shù)配置等；
報(bào)表管理：管理報(bào)表格式及報(bào)表內(nèi)容；
故障診斷能力：結(jié)合UUT的BIT軟件，通過232通信將檢測(cè)過程中故障信息發(fā)送到測(cè)試設(shè)備主控機(jī)中，主控機(jī)通過軟件將信息變?yōu)楣收洗a，測(cè)試設(shè)備依據(jù)代碼將故障定位到SRU。
3.3軟件工作流程
系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖2所示。本系統(tǒng)為系統(tǒng)管理員和系統(tǒng)操作員設(shè)計(jì)了不同的控制權(quán)限，當(dāng)系統(tǒng)被系統(tǒng)管理員權(quán)限控制時(shí)，軟件操作面板上的所有功能皆為可用狀態(tài)，功能包括：系統(tǒng)自檢、用戶管理、系統(tǒng)配置、測(cè)試模式選擇（自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試兩種模式可選）；當(dāng)系統(tǒng)被系統(tǒng)操作員權(quán)限控制時(shí)，軟件操作面板上僅自動(dòng)測(cè)試功能可用。
4結(jié)束語
本文采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于PXI總線的測(cè)試設(shè)備，解決了串行總線實(shí)時(shí)通信和I/O信號(hào)采集等關(guān)鍵技術(shù)，能對(duì)該航空電子產(chǎn)品的離散量信號(hào)、模擬量信號(hào)、RS-422總線以及1553B總線等進(jìn)行測(cè)試，能將該航空電子產(chǎn)品的故障隔離到內(nèi)場(chǎng)可更換單元。測(cè)試設(shè)備已應(yīng)用于該航空電子產(chǎn)品在產(chǎn)品調(diào)試、環(huán)境試驗(yàn)和交付驗(yàn)收中的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，減少了該航空電子產(chǎn)品在測(cè)試和維護(hù)方面的費(fèi)用。經(jīng)過使用后證明，測(cè)試設(shè)備的軟／硬件設(shè)計(jì)合理、自動(dòng)化程度高、工作穩(wěn)定可靠、界面友好和操作方便，能滿足該航空電子產(chǎn)品的測(cè)試需求。
