陜西凌云電器集團(tuán)有限公司工藝所 汶迎春

陜西凌云電器集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)所 劉防動(dòng)

1.引言

虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用[1，2]。目前虛擬儀器技術(shù)發(fā)展迅速，在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中占有重要的地位[1]。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了專用型、臺(tái)式儀器積木型和模塊化儀器集成型三個(gè)階段。第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是基于VXI、PXI等測(cè)試總線，主要由模塊化的儀器/設(shè)備所組成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，是當(dāng)前先進(jìn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主流組建方案，在國(guó)內(nèi)外自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用[3-5]。本系統(tǒng)是在第三代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。

2.測(cè)試需求分析

根據(jù)對(duì)接收機(jī)測(cè)試需求文件的分析，系統(tǒng)需完成識(shí)別電阻測(cè)量、專用激勵(lì)器自檢、1553B總線通道自檢、接收機(jī)自檢、收訊靈敏度、定向靈敏度、方位準(zhǔn)確度和音頻輸出電壓8項(xiàng)性能測(cè)試，測(cè)試通過(guò)時(shí)顯示測(cè)試值，不通過(guò)時(shí)進(jìn)行故障隔離，將故障定位到內(nèi)場(chǎng)可更換單元（LRU）。系統(tǒng)需提供接收機(jī)工作的電源，模擬天線產(chǎn)生接收機(jī)所需的激勵(lì)信號(hào)，發(fā)送和接收總線控制碼，控制接收機(jī)工作，測(cè)量接收機(jī)的識(shí)別電阻、音頻電壓，并進(jìn)行靈敏度測(cè)量。系統(tǒng)需具備1路交流電源、3路直流電源、1路激勵(lì)信號(hào)、1路RS232總線信號(hào)、1路1553B總線信號(hào)、1臺(tái)數(shù)字多用表、1臺(tái)無(wú)線電綜測(cè)儀、1臺(tái)頻譜儀、各類開關(guān)21個(gè)、1臺(tái)接口適配器。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要包括：主控計(jì)算機(jī)、激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊、測(cè)量?jī)x器模塊、數(shù)字總線通信模塊、專用激勵(lì)器、開關(guān)模塊和接口適配器（TUA），其中激勵(lì)器以信號(hào)適配板形式安裝于TUA內(nèi)。各激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)的測(cè)量在軟件控制下，完成對(duì)接收機(jī)指標(biāo)的測(cè)量。

儀表采用VXI/PXI總線模塊儀器和GPIB總線臺(tái)式儀器。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線連接程控電源和臺(tái)式儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制和對(duì)臺(tái)式儀器的操作，通過(guò)VXI/PXI總線連接模塊化儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊化儀器的控制。儀器的輸入輸出接口與開關(guān)模塊相連，由軟件進(jìn)行切換控制。

系統(tǒng)儀器由RS232仿真器、1553B仿真器、程控直流電源、程控交流電源、固定28V電源、固定-15V電源、信號(hào)源、頻譜儀、數(shù)字多用表、無(wú)線電綜測(cè)儀組成。圖1為系統(tǒng)硬件原理框圖。

3.1 電源輸出

圖1 系統(tǒng)硬件原理框圖

圖2 軟件結(jié)構(gòu)圖

電源為接收機(jī)提供工作電壓，包括3種類型的電源。程控直流電源有1路輸出，輸出電壓為27V/1.2A。程控交流電源有1路輸出，輸出電壓為115V/400Hz，單相。固定電源有2路輸出，第1路：+28V/1A；第2路：-15V/1A。

3.2 信號(hào)源

信號(hào)源為接收機(jī)提供激勵(lì)信號(hào)，和專用激勵(lì)器配合使用，提供接收機(jī)所需的輸入射頻信號(hào)，頻率范圍：10kHz～1GHz。

3.3 信號(hào)測(cè)量

圖3 1553B總線通道自檢測(cè)試流程圖

數(shù)字多用表用來(lái)測(cè)量接收機(jī)輸出的電壓、電流、識(shí)別電阻等信號(hào)，其中交流電壓量程范圍：1mV～300V，頻率范圍：300Hz～1400Hz，直流電壓量程范圍：0V～30V，電阻阻值量程范圍：0Ω～2kΩ。

無(wú)線電綜測(cè)儀用來(lái)測(cè)量接收機(jī)的音頻輸出電壓，交流電壓量程范圍：1mV～100V，頻率范圍：300 Hz～1400Hz。

頻譜儀用來(lái)測(cè)量激勵(lì)器的自檢輸出信號(hào)功率，頻率范圍：10kHz～1GHz，最大功率30dBm。

3.4 數(shù)字信號(hào)資源

1553B總線仿真器為雙通道雙余度仿真器，具有總線控制器（BC）和遠(yuǎn)程終端（RT）兩種工作模式，完成1553B總線與接收機(jī)的通信功能。

RS232總線仿真器用于主控計(jì)算機(jī)與激勵(lì)器的通信，完成方位控制功能。

3.5 開關(guān)模塊

系統(tǒng)通過(guò)開關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行切換，根據(jù)信號(hào)類型使用開關(guān)共21個(gè)。

3.6 接口適配器

接口適配器完成自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）與被測(cè)設(shè)備（UUT）之間信號(hào)的適配、連接，并為ATE中的各個(gè)信號(hào)到UUT中的相應(yīng)引腳指定信號(hào)路徑，通過(guò)電纜將所需信號(hào)連接到TUA前面板，提供信號(hào)通路[6]。為減小系統(tǒng)體積，節(jié)約成本，與其他UUT共用一個(gè)TUA，激勵(lì)器作為信號(hào)適配板嵌入TUA中。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用ATLAS語(yǔ)言編程，ATLAS語(yǔ)言是所有系統(tǒng)共用的縮略測(cè)試語(yǔ)言（Abbreviated Test Language for All Systems），具有可移植性強(qiáng)、可靠性高、可閱讀性強(qiáng)的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種測(cè)試程序集（TPS）開發(fā)中。系統(tǒng)輸入輸出信息由非ATLAS模塊實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行時(shí)調(diào)用模塊內(nèi)的子程序即可。

程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，由1個(gè)主程序、8個(gè)主模塊、2個(gè)非ATLAS測(cè)試模塊及若干輔助模塊組成，圖2為軟件結(jié)構(gòu)圖。主程序完成測(cè)試初始化和各模塊子程序的調(diào)用，ATLAS模塊完成識(shí)別電阻測(cè)量、激勵(lì)器自檢及接收機(jī)指標(biāo)測(cè)試，故障隔離信息在ATLAS模塊中實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)輸入輸出信息由主程序或模塊程序調(diào)用非ATLAS模塊中的子程序?qū)崿F(xiàn)。

本測(cè)試系統(tǒng)的重點(diǎn)在1553B總線測(cè)試程序開發(fā)上，1553B總線通道自檢測(cè)試流程圖如圖3。

5.應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題

5.1 延時(shí)問(wèn)題

經(jīng)仿真成功的程序在系統(tǒng)聯(lián)試時(shí)，曾出現(xiàn)1553B仿真器返回值不正確的現(xiàn)象，經(jīng)分析，認(rèn)為是程序語(yǔ)句間延時(shí)不夠引起的，程序中增加3S延時(shí)后，結(jié)果正常。延時(shí)是設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)不容忽視的問(wèn)題。

5.2 變量類型轉(zhuǎn)換問(wèn)題

1553B總線模型協(xié)議中命令字、數(shù)據(jù)字為16進(jìn)制，而接收機(jī)的故障代碼為2進(jìn)制，二者比較時(shí)需進(jìn)行16進(jìn)制-2進(jìn)制轉(zhuǎn)換，否則容易引起誤判。

5.3 抗干擾問(wèn)題

由于測(cè)試系統(tǒng)較為龐大，各種總線的信號(hào)傳輸、多種儀表的使用必然帶來(lái)新的干擾，為減小信號(hào)之間的干擾，需要合理劃分被測(cè)設(shè)備的信號(hào)，進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)TUA內(nèi)部的激勵(lì)器采取了屏蔽措施，易受干擾（如音頻輸出電壓和接收機(jī)產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)）和產(chǎn)生干擾的信號(hào)（如交流電源）使用雙絞屏蔽線，直流電源使用音頻屏蔽線，音頻輸出電壓信號(hào)和電源線采取屏蔽層單端接地方式，信號(hào)地與電源地隔離。

6.虛擬儀器的優(yōu)越性

與傳統(tǒng)儀器測(cè)試系統(tǒng)相比，利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)更具優(yōu)越性。利用虛擬儀器技術(shù)，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者無(wú)需了解儀器底層的實(shí)現(xiàn)方法，只需調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)即可，這樣，可使設(shè)計(jì)者在測(cè)試流程和方法上投入更多精力，大大縮短了開發(fā)時(shí)間；系統(tǒng)測(cè)試由軟件控制和計(jì)算，測(cè)試精度高，一致性好，速度快，避免了手工繁瑣的重復(fù)性工作以及人為因素造成的誤差和故障信息誤判；TPS可移植性強(qiáng)，有利于系統(tǒng)更新?lián)Q代和高度集成，當(dāng)測(cè)試需求有變化時(shí)，在軟件上作相應(yīng)改動(dòng)為首選方案，若仍不能滿足要求，可考慮增加硬件資源。

7.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)際使用，系統(tǒng)滿足接收機(jī)性能測(cè)試要求，人機(jī)界面友好，穩(wěn)定性好，一致性好，可靠性高。虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展為自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的研制和升級(jí)帶來(lái)很大方便，隨著下一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)NxTest合成儀器[7]概念的提出，采用RS232接口的專用激勵(lì)器已不能滿足系統(tǒng)高度集成的需要，因此研制滿足新一代測(cè)試系統(tǒng)的專用資源或使專用資源通用化已成為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研制工作中的下一個(gè)課題。

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