方 丹,崔少輝,盧慧卿,陳衛(wèi)榮

(1解放軍軍械工程學院,石家莊 050003;2 69080部隊,烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著武器裝備種類和型號的更新?lián)Q代,大量高新技術應用到武器裝備的設計制造中,武器裝備的作戰(zhàn)效能得到了大幅提升,同時也增加了武器裝備測試的難度。為了解決面向作戰(zhàn)群裝備保障、提高裝備保障效率、降低武器裝備全壽命周期費用、實現(xiàn)資源整合等重大難題,在研項目對通用檢測系統(tǒng)進行了研究,對檢測平臺進行了設計。

通用檢測系統(tǒng)包括檢測平臺、檢測適配器及軟件兩大部分,在裝備檢測適配器及軟件的配合下,系統(tǒng)可完成對被測對象的性能測試與故障診斷。具體型號裝備的測試、診斷項目的完成取決于與其配屬的適配器的軟硬件設計,文中將對適配器及描述軟件進行研究和介紹。

1 檢測適配器的研究

通用檢測系統(tǒng)的硬件主要由主控計算機、總線接口、各種測試儀器、開關系統(tǒng)、輔助設備及連接器和適配器組成。本節(jié)將對檢測適配器的組成和設計進行研究。

1.1 適配器的組成

系統(tǒng)中測試資源不直接與被測對象相連,而是通過連接器-適配器結構實現(xiàn),如圖1所示。連接器連接測試資源,適配器連接被測對象設備,適配器和連接器之間通過測試接口實現(xiàn)互連。

檢測適配器及軟件是一套檢測裝置和測試描述軟件,可以通過檢測平臺完成裝備的檢測與故障診斷,被測對象可以是裝備的整機、分系統(tǒng)、部組件、電路板等。

圖1 連接器-適配器系統(tǒng)

圖2 檢測適配器及軟件的組成

如圖2所示,檢測適配器及其軟件包括:適配器機箱、檢測電纜或卡具、操作使用說明、測試描述軟件及輔助設備等。

其中輔助設備指被測對象測試時所需平臺和適配器以外的專用設備,針對被測對象專門設計,通過串口或USB口與通用檢測平臺通信。

檢測電纜/卡具是指適配器機箱到被測對象的連接電纜或固定被測電路板的卡具。根據(jù)被測對象的需求,測試電纜采用專用電纜或散線焊接電纜兩種形式。測試卡具用于固定被測電路板,安裝在適配器頂蓋上,并設有電路板導入槽或?qū)к?以方便電路板到測試插座的連接。不使用時,測試卡具能夠放倒或可拆卸,以減小適配器占用體積。

適配器機箱由適配器接口組件、適配器箱體、適配器內(nèi)部結構及電路等組成,下面進行詳細介紹。

1.2 適配器接口組件及箱體

適配器接口組件用于連接平臺上的測試資源連接器,實現(xiàn)適配器與平臺測試資源信號的可靠連接,包括連接框、信號連接模塊、盲板、護蓋等四部分,如圖3所示。

圖3 適配器接口組件

其中信號連接模塊是信號連接插針(孔)的載體,固定于連接框上,每個適配器連接框最多可安裝25個模塊。模塊的數(shù)量、類型、位置及各模塊使用的插針數(shù)量根據(jù)適配器所需信號及平臺連接器的針圖確定。不安裝信號連接模塊的位置上安裝盲板,以減少電磁泄露、削弱外界電磁輻射,并可保持適配器機箱的完整和美觀,防止灰塵進入適配器機箱內(nèi)部。

適配器機箱為長方體,連接框端面是適配器機箱與適配器連接框相連的端面;適配器面板可安裝插座、開關、指示燈、輔助測量端口等;機箱頂蓋采用可拆卸結構,以方便機箱內(nèi)電纜和電路板的焊接和維修,對于被測對象為電路板的適配器,頂蓋上可安裝電路板插座和測試卡具。

1.3 適配器內(nèi)部結構及電路

根據(jù)機箱的尺寸,適配器分為三種規(guī)格,并按內(nèi)部是否安裝屏蔽機籠分為“有機籠”和“無機籠”,按機籠內(nèi)放置的接口板卡尺寸分為“大板卡”和“小板卡”。

1.3.1 適配器電路

適配器電路設計要遵循標準化、抗干擾及安全性技術要求,因此,適配器電路設計的原則為:1)適配器內(nèi)部以直接連線為主,對于必要的信號調(diào)理電路,應盡量采用無源器件,避免采用受環(huán)境參數(shù)影響大的有源器件,以減少測試結果的不確定性因素;2)適配器結構采用標準化設計,增加適配器可靠性與可維護性;適配器信號調(diào)理模塊優(yōu)先考慮采用總線結構的標準化設計和“底板+插板”的結構形式;3)適配器中盡量避免使用開關。

抗干擾設計的目的是減少檢測診斷設備中的電磁干擾:1)高電壓、大電流以及高頻等信號的開關通道與其它信號的開關通道在空間上應該盡量遠離,閑置的開關要接地;2)接地設計是要合理的分配各種信號的接地點,按“地”在設備中所起的不同作用,可把“地”劃分為:信號地、功率地、屏蔽地、安全地。

安全性設計的目的是設備發(fā)生故障或操作人員誤操作時,保護操作者的安全和避免測試設備的損壞:

1)防插錯設計的目的是從技術上減少人為帶來的差錯,根據(jù)可能的出錯情況采取相應的防范措施,保證檢測診斷設備正常運行,具體設計內(nèi)容包括:a)適配器和各種線纜都應有明確、唯一的標識;b)為了杜絕線纜錯誤連接,應選擇不同物理結構的線纜接插件;c)合理設計開關布局與結構,各種開關要有顯著的名稱標識,以防止用戶誤操作;d)對于僅靠硬件設計無法避免的差錯,要通過測試軟件的配合,防止錯誤發(fā)生。

2)適配器要有測試線纜的識別電路。識別電路的設計原理如圖4所示。不同的適配器選擇不同阻值的電阻R1～Rn,測試線纜內(nèi)預先連接與適配器上的插座i(1≤i≤n)對應的短路線,與插座i對應的測試電纜連好后,電阻 R i短路,通過測量適配器中總的識別電阻值Rx,分析此阻值,即可判斷電路是否連好,以及是否連接了正確的適配器和測試專用電纜。如果同一插座上可連接多個被測對象,應在與被測對象對應的測試電纜上連接不同的電阻R,使總的識別電阻Rx隨被測對象的不同而有所差異。

對于測試接口完全相同的被測對象,通過測量被測對象端口上的特征電阻Ri加以區(qū)別。

3)必須滿足一系列安全供電條件,在不危及操作人員、被測設備和檢測診斷設備的前提下,檢測診斷設備才能向被測對象供電。

4)要通過增加保護電阻、軟件延時等措施,避免并聯(lián)的多個開關非正常同時接通造成的短路現(xiàn)象。

1.3.2 適配器編碼

適配器編碼按“數(shù)據(jù)方式(1或2)+裝備類別碼(01～60)+裝備型號碼(01～60)+適配器(01～99)”的格式進行編碼。采用二進制實現(xiàn)。其中,數(shù)據(jù)方式2位,武器類別6位,裝備型號6位,適配器編碼8位。

圖4 測試線纜識別電路設計

圖5 并行方式適配器識別碼的組成

數(shù)據(jù)方式有并行和串行兩種,并行方式適配器編碼的組成如圖5所示,其中 P10.7固定為低電平,P10.6固定為高電平。串行方式使用P10.7、P10.6和P11.5三位,分別為加載線、時鐘線、數(shù)據(jù)線,其它線可作為普通的測試資源,但P10只能用作輸出線、P11只能用作輸入線,且適配器設計時,P10.7應有5.1～10k上拉電阻,P10.6應有5.1～10k下拉電阻,以區(qū)別并行方式下P10.7和P10.6線的狀態(tài)。

無論是并行方式還是串行方式,檢測平臺先并行讀出P10的數(shù)據(jù),并根據(jù)P10.7和P10.6判斷編碼數(shù)據(jù)的方式。若為并行方式,則繼續(xù)讀出P11和P9的數(shù)據(jù);若為串行方式,則改P10為輸出方式,按時序加載數(shù)據(jù)并輸出時鐘,從P11.5上讀出所有編碼數(shù)據(jù)。

2 測試描述軟件的研究

通用檢測系統(tǒng)硬件結構復雜、測試資源豐富、被測對象繁多,為此在軟件平臺研究中開發(fā)了一系列輔助工具和程序庫來支持測試軟件的高效開發(fā),如被測對象信號與適配器描述工具、測試通道配置工具等。在測試描述過程中,這些輔助工具可以生成被測對象信號與適配器描述、測試通道配置描述、測試流程描述、故障診斷描述等文檔,這些文檔詳細描述了被測對象信號、適配器的調(diào)理關系、測試端口與開關的映射關系、被測對象的測試過程以及故障診斷流程等,使用文檔可減少適配器設計人員與檢測軟件編寫人員之間繁瑣的溝通。

2.1 被測對象信號與適配器描述

被測對象信號與適配器描述包括兩個方面:根據(jù)被測對象的測試信息,對被測對象信號的描述;根據(jù)適配器的硬件電路,對適配器信號調(diào)理關系及控制信號信息的描述。

以上描述采用被測對象信號描述和適配器描述工具完成,該工具自動生成標準化描述文檔。描述工具主界面及生成的文檔如圖6所示。

圖6 UUT信號與適配器描述工具及生成的文檔

2.2 測試通道配置描述

測試通道配置是指:經(jīng)適配器轉接后,被測對象測試端口到連接器上開關模塊針腳的映射關系。

測試通道配置描述采用測試通道配置工具完成,該工具可圖形化顯示平臺上各種類型的開關,將用戶配置保存到配置文件中去,可通過更新組件實現(xiàn)配置文件格式的自動更新。描述工具主界面及生成的文檔如圖7所示。

2.3 測試流程描述

測試流程主要描述被測對象的測試過程,測試流程描述方法可根據(jù)裝備檢測軟件開發(fā)模式確定。根據(jù)測試軟件開發(fā)的需要,主要有兩種模式,描述語言開發(fā)模式和數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式。對于具有復雜時序的被測對象,推薦選用描述語言的軟件開發(fā)模式;對于需要頻繁人機交互且測試過程比較簡單的被測對象,推薦選用數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式。

圖7 測試通道配置工具及生成的文檔

選用描述語言開發(fā)模式的適配器利用測試流程描述語言完成測試流程的描述,并最終形成WORD文檔。測試流程描述語言是以中文為基礎的,并采用近似工作中使用的詞匯、語法來實現(xiàn)對測試流程的標準化描述,便于裝備工程師快速掌握使用,同時也使得測試程序具有良好的可讀性。編寫測試流程時可以利用前面工具生成的描述文檔,添加相應的流程控制、邏輯、程序結構等語句,完成對測試流程的描述并生成文檔。以某裝備測試為例,其適配器測試流程描述文檔如圖8所示。

圖8 某裝備測試流程描述文檔

選用數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式的適配器則采用樹形結構的流程圖完成測試流程的描述,并最終形成WORD文檔,在此不做詳細介紹。

另外在測試軟件開發(fā)過程中,根據(jù)功能分類對儀器驅(qū)動進行了封裝,形成了功能接口軟件包。其主要功能有:提供測試設備上所有測試/激勵功能接口函數(shù),提供測試結果管理功能接口庫,提供數(shù)據(jù)分析與處理的功能接口庫。

2.4 故障診斷描述

故障診斷描述是對被測對象故障診斷流程的描述。根據(jù)適配器開發(fā)模式的不同有兩種方式完成描述,并生成相應的文檔。

選用數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式的適配器利用數(shù)據(jù)庫錄入工具填寫測試診斷流程,生成數(shù)據(jù)庫文件。

選用描述語言開發(fā)模式的適配器利用平臺軟件提供的故障診斷工具包填寫檢測數(shù)據(jù)與故障原因之間的映射關系,并由故障診斷工具包生成故障診斷描述文件,如圖9所示。

圖9 故障診斷工具

故障診斷工具包的功能是根據(jù)被測對象的測試信息對其進行故障診斷,其主要功能為:提供基于模糊關系矩陣的故障診斷通用框架,由用戶根據(jù)不同的被測對象,建立基于模糊關系矩陣的故障診斷系統(tǒng);根據(jù)測試數(shù)據(jù),對被測對象進行診斷;根據(jù)用戶對診斷結果的反饋信息,修正模糊關系矩陣。

3 總結

檢測適配器與描述軟件是通用檢測系統(tǒng)的重要組成部分,檢測適配器具有自檢識別功能,即根據(jù)適配器編碼,平臺能夠自動識別檢測適配器,保證平臺的安全運行;測試描述軟件可以提供使用相關軟件工具開發(fā)的測試信號、測試資源及開關系統(tǒng)配置、測試診斷流程等內(nèi)容的規(guī)范化描述。通用檢測平臺在裝備檢測適配器及測試軟件的配合下,可以完成中繼級維修機構被測對象的性能測試與故障診斷任務。

[1] IEEE.IEEE Std 1641.IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].2004.

[2] 盧慧卿,孟晨,方丹,等.通用檢測系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)[J].彈箭與制導學報,2010,30(5):185-188.

[3] 朱大奇.電子設備故障診斷原理與實踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[4] 盧慧卿,孟晨,王成,等.自動測試系統(tǒng)中測試通道配置工具的開發(fā)[J].計算機測量與控制,2010,18(5):978-980.