基于PXI總線的雷抗偵察接收機故障信息自動采集系統(tǒng)設(shè)計

胡 林，莫翠瓊，陳立明，韓英永

（1.電子工程學(xué)院，合肥230037；2.安徽電子制約技術(shù)重點實驗室，合肥230037）

0 引 言

隨著戰(zhàn)爭形態(tài)和裝備技術(shù)的發(fā)展，維修保障問題成為制約戰(zhàn)斗力正常發(fā)揮的重要因素之一。國內(nèi)在雷抗偵察接收機故障檢測與維修方面主要還是依靠傳統(tǒng)的維修工具和手段，而傳統(tǒng)的維修方法效率低，已經(jīng)不能滿足我軍裝備快速故障診斷與維修的需要。因此研究雷抗偵察接收機的故障信息自動采集系統(tǒng)對提高接收機的快速診斷、技術(shù)保障效率具有十分重要的意義。

目前，我國的故障信息自動采集系統(tǒng)仍以基于外圍設(shè)備連接（PCI）、用于儀器的虛擬機器環(huán)境接口（VXI）總線技術(shù)的居多，隨著裝備復(fù)雜度日益提高和測試參數(shù)的增多，傳統(tǒng)的基于PCI和VXI總線技術(shù)的故障信息采集系統(tǒng)暴露出越來越多的缺點，如基于PCI技術(shù)的環(huán)境適應(yīng)性差、可靠性低等；基于VXI總線技術(shù)的系統(tǒng)功能強大，但其成本較高。隨著計算機技術(shù)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，近年來基于PXI總線技術(shù)的測試系統(tǒng)越來越多地受到人們的青睞。用于儀器的PCI總線擴展（PXI）總線是1997年美國國家儀器公司（NI公司）發(fā)布的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線，是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與儀器儀表測量應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計的模塊化儀器自動測試平臺，具有先進、通用、可靠、易于擴展和高速等優(yōu)點［1－2］。

本文設(shè)計的基于PXI總線技術(shù)的故障信息采集系統(tǒng)，充分利用NI公司現(xiàn)成的模塊化產(chǎn)品，配合自行研制的接口適配器，實現(xiàn)了雷抗偵察接收機故障信息的快速采集。該系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、成本低的特點。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

系統(tǒng)主要采用PXI總線模塊和自研的接口適配器為硬件平臺，在計算機的控制下實現(xiàn)對雷抗偵察接收機故障信息的自動采集。系統(tǒng)硬件主要由主控計算機、接口適配器、PXI機箱和PXI卡式儀器幾部分組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）主控計算機

主控計算機是整個系統(tǒng)和操作員之間實現(xiàn)人機交互的接口，是系統(tǒng)軟件的載體［3］。其功能是管理所有的硬件設(shè)備，控制數(shù)據(jù)流向，分析處理采集到的數(shù)據(jù)，提取故障特征，存儲數(shù)據(jù)，并將測試結(jié)果送至顯示器。

（2）接口適配器

接口適配器是整個系統(tǒng)設(shè)計的重點，也是實現(xiàn)整個系統(tǒng)自動化、各模塊之間通用化的關(guān)鍵。由圖1可以看出，接口適配器匯聚了大量控制、輸入和輸出信號，是PXI總線系統(tǒng)和待測設(shè)備之間信號傳輸?shù)闹袠小Ｆ渲饕δ苁菍﹄娫葱盘枴㈦娖叫盘柡兔}沖信號進行調(diào)理，使之滿足PXI儀器設(shè)備要求，同時也起到保護測試儀器安全的作用。實現(xiàn)框圖如圖2所示。

（3）PXI機箱

圖2 接口適配器實現(xiàn)框圖

PXI機箱采用NI公司的PXI－1073集成化機箱。PXI－1073集成化機箱為系統(tǒng)提供了堅實的模塊化封裝結(jié)構(gòu)，能夠在0℃～50℃的環(huán)境中正常工作，可接受5個PXI Express模塊，具有良好的抗震性和電磁兼容性。

（4）PXI卡式儀器

示波器模塊PXI－5114可對各待測模塊輸出的各種波形信號進行檢測，具有2個采樣精度為250MS／s連續(xù)采樣的輸入通道，每個通道具有125MHz帶寬和256MB的存儲空間，可適應(yīng)±40mVpp到±40 Vpp輸入信號，其中Vpp為峰峰值電壓。

多功能數(shù)據(jù)采集卡PXI－6363可對各種相關(guān)的輸入信號進行采集，可用于連續(xù)高速數(shù)據(jù)記錄，以及模擬輸入、模擬輸出的同步控制等。該卡提供了32路模擬輸入、4路模擬輸出、48路數(shù)字I／O及4路32位計數(shù)器，其16位的分辨率完全滿足自動采集系統(tǒng)要求。

數(shù)字萬用表模塊PXI－4065主要是對電壓、電流和電阻測量或二極管的測試，能夠?qū)崿F(xiàn)±300 VDC／Vrms的隔離、達3A的電流測量、2線或4線的電阻測量，具備了速度與精度兩大優(yōu)點，同時還可以設(shè)置偏移補償，以消除阻抗測試時的偏置電壓。

智能數(shù)據(jù)采集卡PXI－7851主要是對－10V～＋10V范圍內(nèi)模擬信號的采集，具有8路模擬輸入、750kHz的獨立采樣率、16位的分辨率、3路直接存儲器訪問（DMA）通道，可實現(xiàn)高速硬盤數(shù)據(jù)讀寫［4－6］。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

系統(tǒng)采用美國NI公司的Lab－VIEW開發(fā)工具實現(xiàn)。Lab－VIEW軟件是一個基于G語言（圖形化編程語言）的圖形化開發(fā)環(huán)境，主要用于自動測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)。它內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將傳統(tǒng)的編程語言包裝為易于使用的圖形編程語言。其界面設(shè)計直觀靈活，數(shù)據(jù)庫操作簡單、執(zhí)行速度快，具有強大的函數(shù)模塊庫，是被工業(yè)界和研究實驗室所廣泛接受的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件［7］。

2.1 系統(tǒng)軟件組成

軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化模塊、系統(tǒng)自檢模塊、任務(wù)管理模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、分析處理模塊、資料查詢模塊和顯示模塊。軟件部分組成框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件組成框圖

（1）系統(tǒng)初始化模塊。系統(tǒng)初始化主要包括硬件初始化和軟件初始化，分別通過調(diào)用硬件初始化模塊和軟件初始化模塊完成。

（2）系統(tǒng)自檢模塊。系統(tǒng)自檢主要包括PXI總線系統(tǒng)自檢和系統(tǒng)各部分之間的通訊自檢。

（3）任務(wù)管理模塊。任務(wù)管理模塊主要完成系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示等不同任務(wù)進程時，對各硬件軟件分系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制功能。

（4）數(shù)據(jù)采集控制模塊。數(shù)據(jù)采集控制模塊主要完成對接口適配器、PXI總線系統(tǒng)控制，其作用是根據(jù)所選分機模塊的管腳特性，設(shè)置接口適配器的信號輸入類型，控制矩陣開關(guān)的切換，然后將取樣信號輸送到相應(yīng)的PXI采集卡進行信號采集，并且控制PXI總線系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲，供后期處理和顯示使用。

（5）分析處理模塊。分析處理模塊主要完成對數(shù)據(jù)采集卡所采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，并且根據(jù)接收機的管腳特性、信號類型、正常取值范圍等進行相對應(yīng)的處理，將結(jié)果以直觀的形式呈現(xiàn)給操作員。

（6）數(shù)據(jù)庫模塊。對于每個分機模塊，數(shù)據(jù)庫中均有1組相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)測試對象的不同調(diào)用相應(yīng)數(shù)據(jù)對故障信息自動采集系統(tǒng)各部分進行配置。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后存入數(shù)據(jù)庫中，用戶可通過SQL語句對數(shù)據(jù)庫進行管理、訪問。

（7）顯示模塊。主要實現(xiàn)對相關(guān)信息的實時顯示，包括運行狀態(tài)顯示和數(shù)據(jù)信息顯示，其中數(shù)據(jù)信息顯示包括模擬信號波形、電壓電流值、數(shù)字碼（十進制數(shù)值）和各種標(biāo)志位的顯示。

2.2 系統(tǒng)工作流程

故障信息自動采集系統(tǒng)的任務(wù)管理模塊是整個系統(tǒng)的控制中心，它負責(zé)管理和協(xié)調(diào)各軟件模塊的工作。進入系統(tǒng)后，系統(tǒng)進行初始化，執(zhí)行自檢程序，如果采集系統(tǒng)故障，則提示系統(tǒng)故障；如果系統(tǒng)正常，則對接收機的模塊進行選擇，在采集控制程序的控制下實現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和存儲，然后對采集到的數(shù)據(jù)進行處理分析，將分析結(jié)果送至顯示。系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件主程序流程圖

3 結(jié)束語

本文設(shè)計的基于PXI總線的故障信息自動采集系統(tǒng)廣泛采用了模塊化的設(shè)計思想，方便了系統(tǒng)的擴充和升級，解決了系統(tǒng)升級所帶來重復(fù)設(shè)計、重復(fù)投入的問題，具有采集速度快、設(shè)備量少、使用簡單的特點，完全適應(yīng)了雷抗偵察接收機快速診斷、精確定位故障源的要求。

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