高大友，花文波，高 優(yōu)

(航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所,陜西 西安 710065)

0 引言

隨著電子技術(shù)的不斷提升,機(jī)電計(jì)算機(jī)組成越來越復(fù)雜,接口種類及數(shù)量也逐漸多樣化。以往的測試方法是使用測試臺通過人工撥動開關(guān)、手動調(diào)節(jié)電位器等方式向被測件發(fā)送激勵(lì)信號,并通過指示燈的顯示等方式來判斷測試結(jié)果并將測試結(jié)果人工填入測試報(bào)告,此類測試方法操作繁雜,效率低下。為了替代效率低下的傳統(tǒng)測試臺,滿足機(jī)電計(jì)算機(jī)的測試需求,我們提出了一種基于PXI總線的自動化的測試設(shè)備。PXI總線具有體積小、成本低、集成性能好、兼容性好以及開發(fā)周期短等優(yōu)勢[1]。本文介紹一種基于PXI總線的機(jī)電計(jì)算機(jī)自動測試設(shè)備硬件和軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 自動測試系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本測試設(shè)備硬件系統(tǒng)由供電模塊、PXI總線激勵(lì)采集控制系統(tǒng)、信號調(diào)理適配器和主控計(jì)算機(jī)等組成。軟件系統(tǒng)可采用通用開發(fā)環(huán)境或?qū)Ｓ脺y試平臺構(gòu)建,一般由測試程序運(yùn)行環(huán)境、測試程序等組成。本自動測試設(shè)備組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動測試設(shè)備組成結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動測試設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)主要方面:儀器板卡選擇和調(diào)理適配器設(shè)計(jì)。儀器完成產(chǎn)品的供電及基本信號的測量,設(shè)備板卡發(fā)出激勵(lì)信號并進(jìn)行信號采集;調(diào)理適配器主要完成設(shè)備板卡與被測件間信號的匹配。

1) 儀器板卡選擇

根據(jù)被測件的測試需求及系統(tǒng)自身運(yùn)行測試所需的資源,系統(tǒng)采用PXI總線標(biāo)準(zhǔn)的貨架模塊搭建自動測試系統(tǒng)。本自動測試設(shè)備是以嵌入式控制器控制的PXI總線為核心,并以GPIB總線程控交直流電源等傳統(tǒng)儀器為輔助進(jìn)行構(gòu)建。

測試設(shè)備選擇18槽3U尺寸的PXI機(jī)箱PXI-1044,該機(jī)箱遵循PXI和CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并按照PXI規(guī)范要求集成冷卻系統(tǒng),確保了測試過程穩(wěn)定性。

主控計(jì)算機(jī)選用嵌入式控制器PXI-8106作為整個(gè)自動測試系統(tǒng)的主控機(jī)構(gòu),其前面板集成GPIB總線接口、串口等可以方便地對供電電源及信號電源進(jìn)行控制。

系統(tǒng)多功能數(shù)據(jù)采集卡選用NI PXI-6289,可提供32路18位模擬輸入、4路模擬輸出、48路數(shù)字I/O,可直連至被測件進(jìn)行模擬量激勵(lì)和采集。

PXI-6509隔離數(shù)字I/O卡集成96路5V TTL/CMOS 24mA輸入輸出,8組光電隔離的數(shù)字I/O,通過調(diào)理箱進(jìn)行后級電路調(diào)理將信號送至被測件。

開關(guān)陣列選擇PXI-2532B矩陣開關(guān)模塊,它提供512個(gè)交叉點(diǎn),可工作于一線或兩線模式,與萬用表模塊配合使用測量被測件電壓電阻等。

PXI-4072可提供6位半多功能數(shù)位萬用表的常用功能,它和多路復(fù)用開關(guān)2532B組合,可完成測試電阻、電壓、電流,主要用于開關(guān)量測試、供電電壓測試等測試項(xiàng)。

PXI-8423/4卡有4個(gè)可配置通信通道,可進(jìn)行422或485通訊測試。

自動測試設(shè)備通過GPIB總線控制程控電源E3631A。E3631A可提供80 W三路輸出,分別為6 V 5 A、+25 V 1 A和-25 V 1 A。供電切換由主控計(jì)算機(jī)測試程序控制PXI2568功率開關(guān)卡實(shí)現(xiàn)。

2) 調(diào)理適配器設(shè)計(jì)

調(diào)理適配器是被測件與自動測試設(shè)備之間的信號通道,它主要完成適配器自檢識別設(shè)置、信號隔離及驅(qū)動、被測件電源供應(yīng)及各信號的調(diào)理等功能。調(diào)理適配器主要包括適配器自檢電路、適配器識別電路、轉(zhuǎn)換電路和調(diào)理隔離電路等,其主要組成模塊框圖如圖2所示。

圖2 調(diào)理適配器主要組成模塊框圖

調(diào)理適配器自檢電路將接插件處信號通過門控電路環(huán)接至采集通道,當(dāng)進(jìn)行適配器自檢時(shí)控制門的開通或關(guān)斷進(jìn)行適配器的電路自檢。適配器識別電路通過在適配器上設(shè)備識別電阻排及撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換及調(diào)理模塊通過設(shè)置驅(qū)動器、供電控制繼電器及調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此軟件所實(shí)現(xiàn)的功能是用嵌入式控制器控制儀器及板卡完成信號的激勵(lì)及采集處理。自動測試設(shè)備軟件開發(fā)環(huán)境使用LabVIEW。LabVIEW是面向自動測控領(lǐng)域開發(fā)的圖形化虛擬儀器軟件平臺,人機(jī)界面構(gòu)造簡單,測試處理模塊程序編寫直觀,各種PXI板卡均對此開發(fā)環(huán)境提供驅(qū)動支持。利用LabVIEW技術(shù)開發(fā)檢測系統(tǒng),其核心部分是軟件設(shè)計(jì)[2]。本軟件可劃分為上層人機(jī)交互層及下層子模塊測試處理層。LabVIEW程序設(shè)計(jì)主要分為前面板和程序框圖兩個(gè)部分,前面板為軟件的設(shè)計(jì)界面,而儀器內(nèi)部的程序邏輯設(shè)計(jì)則是通過“后面板”——程序框圖來實(shí)現(xiàn)[3]。本軟件的人機(jī)交互層由LabVIEW前面板實(shí)現(xiàn),子模塊通過LabVIEW的程序框圖完成。子模塊測試處理層分為設(shè)備資源管理、功能性能測試、數(shù)據(jù)存儲處理三部分,其軟件模塊具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 自動測試系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

每個(gè)模塊功能如下:

1) 設(shè)備資源管理模塊

資源管理模塊主要包括設(shè)備自檢、適配器識別自檢及外設(shè)控制打印測試報(bào)告等功能。

設(shè)備軟件啟動時(shí)完成設(shè)備板卡及儀器儀表的自檢,保證測試測量前硬件工作正常。

適配器識別模塊通過讀取適配器調(diào)理板上阻排與撥碼開關(guān)組成的識別電路獲取適配器的ID值與預(yù)期值進(jìn)行比較。適配器自檢模塊由通過調(diào)用設(shè)備板卡寫函數(shù)發(fā)出激勵(lì),信號通過調(diào)理板上的回繞電路至采集通道,再由設(shè)備板卡讀函數(shù)讀取采集值與激勵(lì)值比較。

2) 功能性能測試模塊

各功能測試模塊則調(diào)用設(shè)備板卡驅(qū)動函數(shù)產(chǎn)生所需激勵(lì)信號經(jīng)信號隔離調(diào)理后送至被測件,信號通過被測件處理后返回主控計(jì)算機(jī),主控計(jì)算機(jī)采集到的值與預(yù)期值比較并判斷其是否在預(yù)期范圍內(nèi)。在此模塊中實(shí)現(xiàn)BIT及回繞測試、232通訊測試、離散量輸入輸出測試、模擬量輸入輸出測試、422通訊測試、485通訊測試。

3) 數(shù)據(jù)處理存儲模塊

數(shù)據(jù)處理存儲模塊將采集值進(jìn)行進(jìn)一步修正,避免由于信號在導(dǎo)線上的傳輸衰減所引起的誤差,確保最終值更貼近實(shí)測值。存儲模塊將修正后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫以便后期回看數(shù)據(jù)或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。報(bào)告生成模塊通過調(diào)用報(bào)告生成工具生成所需格式的驗(yàn)收報(bào)告。

1.3 軟件測試流程

測試軟件運(yùn)行后首先進(jìn)行設(shè)備的自檢,確認(rèn)所有板卡及儀器正常后進(jìn)行調(diào)理適配器的識別及檢測,在設(shè)備及調(diào)理適配器這些基礎(chǔ)硬件資源確認(rèn)正常后給被測件加電并握手,待握手完成進(jìn)行被測件各個(gè)測試項(xiàng)測試,測試所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析修正后存入數(shù)據(jù)庫,并自動生成測試報(bào)告。自動測試設(shè)備的軟件測試流程圖如圖4。

圖4 自動測試設(shè)備軟件測試流程圖

2 設(shè)備運(yùn)行驗(yàn)證

軟件運(yùn)行驗(yàn)證如圖5所示。

圖5 自動測試設(shè)備軟件測試主界面

3 結(jié)束語

本測試設(shè)備以PXI總線為核心,采用了測試測量領(lǐng)域的電氣、結(jié)構(gòu)和軟件規(guī)范,實(shí)現(xiàn)了被測件接口測試所需求的各種功能。設(shè)備可對機(jī)電計(jì)算機(jī)調(diào)試時(shí)及交付前進(jìn)行全面高效的測試,避免了普通測試臺人工測試可能導(dǎo)致的人為錯(cuò)誤及人工測試效率低下的問題。在設(shè)備的驗(yàn)證使用過程中,其測試便捷性、效率高、故障診斷準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)得到充分體現(xiàn),使得產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本大大降低。