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

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥230037）

0 引 言

隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)和裝備技術(shù)的發(fā)展，維修保障問(wèn)題成為制約戰(zhàn)斗力正常發(fā)揮的重要因素之一。國(guó)內(nèi)在雷抗偵察接收機(jī)故障檢測(cè)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(jī)的故障信息自動(dòng)采集系統(tǒng)對(duì)提高接收機(jī)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(guó)的故障信息自動(dòng)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(jī)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(cè)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(lái)越多的缺點(diǎn)，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(qiáng)大，但其成本較高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)基于PXI總線技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)越來(lái)越多地受到人們的青睞。用于儀器的PCI總線擴(kuò)展（PXI）總線是1997年美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI公司）發(fā)布的一種高性能低價(jià)位的開(kāi)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(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的模塊化儀器自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，具有先進(jìn)、通用、可靠、易于擴(kuò)展和高速等優(yōu)點(diǎn)［1－2］。

本文設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了雷抗偵察接收機(jī)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(qiáng)、成本低的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

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(tái)，在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)雷抗偵察接收機(jī)故障信息的自動(dòng)采集。系統(tǒng)硬件主要由主控計(jì)算機(jī)、接口適配器、PXI機(jī)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(jì)算機(jī)

主控計(jì)算機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)和操作員之間實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(chǔ)數(shù)據(jù)，并將測(cè)試結(jié)果送至顯示器。

（2）接口適配器

接口適配器是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)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(hào)，是PXI總線系統(tǒng)和待測(cè)設(shè)備之間信號(hào)傳輸?shù)闹袠小Ｆ渲饕δ苁菍?duì)電源信號(hào)、電平信號(hào)和脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使之滿足PXI儀器設(shè)備要求，同時(shí)也起到保護(hù)測(cè)試儀器安全的作用。實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

（3）PXI機(jī)箱

圖2 接口適配器實(shí)現(xiàn)框圖

PXI機(jī)箱采用NI公司的PXI－1073集成化機(jī)箱。PXI－1073集成化機(jī)箱為系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)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(gè)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(duì)各待測(cè)模塊輸出的各種波形信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，具有2個(gè)采樣精度為250MS／s連續(xù)采樣的輸入通道，每個(gè)通道具有125MHz帶寬和256MB的存儲(chǔ)空間，可適應(yīng)±40mVpp到±40 Vpp輸入信號(hào)，其中Vpp為峰峰值電壓。

多功能數(shù)據(jù)采集卡PXI－6363可對(duì)各種相關(guān)的輸入信號(hào)進(jìn)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(jì)數(shù)器，其16位的分辨率完全滿足自動(dòng)采集系統(tǒng)要求。

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

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

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用美國(guó)NI公司的Lab－VIEW開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)。Lab－VIEW軟件是一個(gè)基于G語(yǔ)言（圖形化編程語(yǔ)言）的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，將傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言包裝為易于使用的圖形編程語(yǔ)言。其界面設(shè)計(jì)直觀靈活，數(shù)據(jù)庫(kù)操作簡(jiǎn)單、執(zhí)行速度快，具有強(qiáng)大的函數(shù)模塊庫(kù)，是被工業(yè)界和研究實(shí)驗(yàn)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(guò)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(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示等不同任務(wù)進(jìn)程時(shí)，對(duì)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(duì)接口適配器、PXI總線系統(tǒng)控制，其作用是根據(jù)所選分機(jī)模塊的管腳特性，設(shè)置接口適配器的信號(hào)輸入類型，控制矩陣開(kāi)關(guān)的切換，然后將取樣信號(hào)輸送到相應(yīng)的PXI采集卡進(jìn)行信號(hào)采集，并且控制PXI總線系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，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(duì)數(shù)據(jù)采集卡所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并且根據(jù)接收機(jī)的管腳特性、信號(hào)類型、正常取值范圍等進(jìn)行相對(duì)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(kù)模塊。對(duì)于每個(gè)分機(jī)模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)中均有1組相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)測(cè)試對(duì)象的不同調(diào)用相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)故障信息自動(dòng)采集系統(tǒng)各部分進(jìn)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(kù)中，用戶可通過(guò)SQL語(yǔ)句對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理、訪問(wèn)。

（7）顯示模塊。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)信息的實(shí)時(shí)顯示，包括運(yùn)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(hào)波形、電壓電流值、數(shù)字碼（十進(jìn)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(dòng)采集系統(tǒng)的任務(wù)管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它負(fù)責(zé)管理和協(xié)調(diào)各軟件模塊的工作。進(jìn)入系統(tǒng)后，系統(tǒng)進(jìn)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(duì)接收機(jī)的模塊進(jìn)行選擇，在采集控制程序的控制下實(shí)現(xiàn)接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yǔ)

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

［1］李瑩，李宏偉，曹軍明.基于PXI總線的某型空空導(dǎo)彈總體性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，16（12）：1897－1899.

［2］張靜，李悅，張娟.基于PXI總線彈載模塊自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.航空計(jì)算技術(shù)，2010，40（3）：119－122.

［3］邢亞坤，吳國(guó)慶.基于PXI總線的電臺(tái)性能測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，17（1）：46－48.

［4］鄭永秋，史贇，李圣昆.多通道高精度數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.電測(cè)與儀表，2011，48（549）：86－90.

［5］魏志剛，王漢兵，張建虎.基于PXI總線的多型號(hào)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2008，16（1）：80－82.

［6］朱明，糜玉林，張翼.基于自定義總線的通用適配器設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2004，12（11）：1091－1095.

［7］陳亮，曹興岡.基于PXI總線的電子裝備測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（33）：8243－8246.