基于PXIe總線的便攜檢測設(shè)備設(shè)計

潘增壽 黃雪明

摘 ?要：便攜檢測設(shè)備以PXIe機(jī)箱為主體，以PXIe的嵌入式計算機(jī)為主控，通過PXIe總線控制PXIe測試資源。PXIe測試資源引出至設(shè)備面板的檢測接口，通過測試電纜與被測機(jī)載系統(tǒng)交連。使用人員通過平板電腦（以下簡稱PMA）實(shí)現(xiàn)與便攜檢測設(shè)備的人機(jī)交互，完成機(jī)上原位檢測[1]。

關(guān)鍵詞：PXIe總線;便攜檢測設(shè)備;溫控板;檢測軟件;一體化面板

中圖分類號：TP274;TP63 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0048-03

Abstract：Portable detection equipment takes PXIe chassis as the main body and PXIe embedded computer as the main control. PXIe test resources are controlled by PXIe bus. The PXIe test resource was extracted to the detection interface of the equipment panel and crosslinked with the airborne system under test through the test cable. Through tablet computer （hereinafter referred to as PMA），users can realize man-machine interaction with portable testing equipment and complete in-situ testing.

Keywords：PXIe bus;portable testing equipment;temperature control board;detection software;integrated panel

0 ?引 ?言

便攜檢測設(shè)備用于旋翼和固定翼等多種類多機(jī)型航空機(jī)載電子設(shè)備的原位地面檢測和故障隔離，可對機(jī)載電子系統(tǒng)進(jìn)行外場原位檢測，并隔離至外場可更換單元（LRU）或外場可更換模塊（LRM）。

1 ?功能和原理

1.1 ?功能

如圖1所示，便攜檢測設(shè)備采用PXIe架構(gòu)，預(yù)留5個PXIe槽位，可根據(jù)不同機(jī)種、不同機(jī)型、不同系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，一臺設(shè)備可檢測多個機(jī)載電子系統(tǒng)。該設(shè)備采用便攜式面向信號測試軟件，使測試程序集開發(fā)簡單方便[2]。

已配PXIe板卡資源電氣通用指標(biāo)如下：

6位半萬用表：直流電壓測量：0V～300V;交流電壓測量：0V～300V;輸入頻率：20Hz～500kHz;電阻測量：0Ω～100MΩ。

數(shù)據(jù)采集卡：32路模擬輸入通道;4路模擬輸出通道。

開關(guān)：雙刀單擲開關(guān);2塊組成4×64開關(guān)矩陣。

多協(xié)議通訊卡：1個429總線模塊、1個4路串口模塊、1個1553B模塊。

其他板卡：可再擴(kuò)展5張PXIe板卡[3]。

通用規(guī)格如下：

物理尺寸：長：538mm±10mm;寬：406mm±10mm;

厚：269mm±10mm。

工作電源：28VDC、220VAC;加熱時最大功率不大于500W。

重量：≤25kg。

工作溫度：-20℃～+50℃。

貯存溫度：-30℃～+70℃。

操作系統(tǒng)：Windows 7 PE。

測試控制系統(tǒng)軟件：便攜式面向信號測試軟件。

1.2 ?系統(tǒng)工作原理

基于PXIe混合總線，以PXIe測控計算機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)信號的全數(shù)字化仿真、采集和分析。PXIe測試資源引出至設(shè)備面板的檢測接口，通過測試電纜、原位適配器與被測機(jī)載系統(tǒng)交連。使用人員通過PMA實(shí)現(xiàn)與便攜檢測設(shè)備的人機(jī)交互，完成機(jī)上檢測任務(wù)[4]。

PMA可通過網(wǎng)線對檢測設(shè)備進(jìn)行控制，結(jié)合數(shù)字化維修工作流程啟動檢測設(shè)備，是檢測設(shè)備的主要人機(jī)操作載體;可手持可放置在便攜箱體上蓋內(nèi)側(cè)。PMA通過以太網(wǎng)線纜或無線方式與便攜檢測設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)工作原理框圖如圖2所示。

2 ?硬件設(shè)計

2.1 ?硬件組成

便攜檢測設(shè)備由便攜檢測設(shè)備主機(jī)、自檢適配器、校準(zhǔn)適配器、PMA、電源線、電源適配器、網(wǎng)線組成。

便攜檢測設(shè)備主體硬件由PXIe測控計算機(jī)、PXIe測試資源、檢測接口、電源模塊和溫控板等組成。

2.2 ?測試資源布局設(shè)計

便攜檢測設(shè)備包含1個PXIe機(jī)箱、1臺嵌入式計算機(jī)，所有的PXIe/PXI測試資源安裝在PXIe機(jī)箱上并直接連接至機(jī)箱前端的對外接口中[3]。

擴(kuò)展兩個槽位安裝矩陣卡，其控制方式為RS485，通過ATX電源為擴(kuò)展模塊供電。

通過嵌入式計算機(jī)RS232接口轉(zhuǎn)換RS485總線，控制擴(kuò)展矩陣卡、溫控板、AD信號及RS232總線調(diào)理板。

PXIe機(jī)箱為3U高度的標(biāo)準(zhǔn)PXIe機(jī)箱，包括1個系統(tǒng)插槽和10個擴(kuò)展插槽。

2.3 ?對外接口設(shè)計

檢測設(shè)備對外接口布置在前面板上，主要包括以下幾種：

（1）包括通用信號接口XS1、XS2;

（2）1553B總線接口;

（3）4路USB接口;

（4）兩路LAN接口，其中一路用于連接PMA;

（5）一路VGA接口（可外接顯示器）;

（6）直流28V電源輸入接口;

（7）接地柱。

XS1、XS2接口用于將測試資源與被監(jiān)測系統(tǒng)連接，分別將數(shù)字多用表、串口、AD/DA、視頻采集卡、開關(guān)等資源連接到檢測設(shè)備前面板。

2.4 ?供電設(shè)計

便攜檢測設(shè)備工作電源為直流28V，通過外部配套交流220V/50Hz轉(zhuǎn)直流28V的電源適配器，可實(shí)現(xiàn)單相交流85Vac～264Vac/47Hz～63Hz供電方式。

便攜檢測設(shè)備內(nèi)部輸入電源分為兩路，其中一路向加熱器供電，另一路通過ATX電源轉(zhuǎn)換，分別向PXIe機(jī)箱、RS485串口模塊及相關(guān)調(diào)理板供電。ATX電源具有三防設(shè)計，可提供直流電源+3.3V、+12V、-12V各一路，+5V兩路。

2.5 ?溫控系統(tǒng)設(shè)計

便攜檢測設(shè)備內(nèi)部空間緊湊，主要的PXIe資源板卡在工作過程中都會發(fā)熱，內(nèi)部散熱要求高，故要解決散熱問題。在內(nèi)部布局設(shè)計時應(yīng)將溫度敏感器件安裝位置盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱器件位置，并充分考慮熱量走向。針對上述情況，便攜檢測設(shè)備內(nèi)部采用了有效的風(fēng)道設(shè)計，確保便攜檢測設(shè)備具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。

溫控板使得便攜檢測設(shè)備能達(dá)到研制要求的工作溫度要求，通過加熱或風(fēng)冷等手段為機(jī)箱內(nèi)部營造一個可以使機(jī)箱內(nèi)的板卡正常工作的環(huán)境條件。

3 ?軟件設(shè)計

便攜檢測設(shè)備為了滿足測試程序集移植、儀器資源互換等需要，便攜檢測設(shè)備上的系統(tǒng)軟件采用面向信號思想，并部署故障診斷軟件。

面向信號便攜式檢測軟件是根據(jù)設(shè)備小型化和外廠調(diào)試的各項需求，在總結(jié)多年的研制經(jīng)驗基礎(chǔ)上，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的便攜式自動測試系統(tǒng)軟件。能夠?qū)崿F(xiàn)測試程序集可移植和儀器可互換的功能，并增加了遠(yuǎn)程控制等功能。該系統(tǒng)軟件適用于小型化便攜檢測設(shè)備、小尺寸的觸摸屏的測試便攜檢測設(shè)備，解決了戶外測試?yán)щy以及小型測試設(shè)備的軟件分辨率低等問題[5]。

軟件運(yùn)行的測試程序集由面向信號通用自動測試軟件開發(fā)、調(diào)試和生成[6]。

根據(jù)總體設(shè)計原則和對具體業(yè)務(wù)的分析，系統(tǒng)采用可靈活擴(kuò)展的4層結(jié)構(gòu)，分別是：用戶交互層、ATML數(shù)據(jù)層、運(yùn)行期解析執(zhí)行層和儀器驅(qū)動層。

用戶交互層是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的界面，面向信號便攜式檢測軟件的主要功能是顯示和提供編輯ATML數(shù)據(jù)的界面，并接收用戶的各種命令[5]。

ATML數(shù)據(jù)層主要用于存儲各種ATML數(shù)據(jù)，其中包括被測件、測試策略、測試儀器、測試平臺、測試適配器、測試連線等描述文件，全面支持IEEE-1671標(biāo)準(zhǔn)以ATML模型形式的統(tǒng)一描述。由于ATML數(shù)據(jù)層獨(dú)立且使用了IEEE-1671標(biāo)準(zhǔn)接口，今后可根據(jù)需求對符合IEEE-1671標(biāo)準(zhǔn)的ATML數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷擴(kuò)展，使得軟件更加完善[6]。

運(yùn)行期解析執(zhí)行層為了面向信號便攜式檢測軟件的核心引擎，負(fù)責(zé)完成軟件測試運(yùn)行期的測試流程控制、儀器資源匹配和管理、儀器驅(qū)動調(diào)用、測試結(jié)果比較和保存，完全符合IEEE-1671.1標(biāo)準(zhǔn)，支持所有符合標(biāo)準(zhǔn)的測試策略描述文件，可以嚴(yán)格按照測試策略的測試流程、測試控制、測試操作和信號需求等內(nèi)容，自動進(jìn)行測試的完整解釋執(zhí)行。

儀器驅(qū)動層主要是調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的面向信號儀器驅(qū)動。

4 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合便攜檢測設(shè)備的設(shè)計原則及使用場合要求，便攜檢測設(shè)備由加固型便攜箱、一體化面板、PMA鎖緊裝置等3個功能模塊組成[7]，其具體設(shè)計如下：

（1）便攜檢測設(shè)備采用帶拉桿的便攜箱結(jié)構(gòu)設(shè)計，具有環(huán)境適應(yīng)性好、機(jī)動性高、可靈活移動的特點(diǎn)，滿足外場使用需求;

（2）為提高設(shè)備的維修性，在箱體內(nèi)設(shè)計一體化面板，將設(shè)備的對外接口及測試接口集成于面板上，同時將設(shè)備內(nèi)部的元器件安裝于面板內(nèi)表面;

（3）在箱蓋上設(shè)計PMA鎖緊裝置，用于PMA的安裝與固定。

5 ?自檢與校準(zhǔn)設(shè)計

便攜檢測設(shè)備自檢是對所有測試資源的功能和性能進(jìn)行檢查，對各測試資源間電氣連接有效性進(jìn)行檢查，自檢在自檢適配器以及自檢程序的配合下完成。便攜檢測設(shè)備維護(hù)自檢利用平臺自身資源，通過資源的互檢測，完成測試資源的主要功能及性能指標(biāo)的檢測，判斷故障并進(jìn)行故障隔離定位。

便攜檢測設(shè)備校準(zhǔn)適配器主要由適配器箱體、前面板校準(zhǔn)接口及轉(zhuǎn)接導(dǎo)線組成。校準(zhǔn)適配器通過內(nèi)部導(dǎo)線完成便攜檢測設(shè)備輸入輸出接口上需校準(zhǔn)的資源信號之間標(biāo)準(zhǔn)傳遞的物理路徑連接，對外接口盡量選用標(biāo)準(zhǔn)插孔式接口[8]。

6 ?結(jié) ?論

本文給出了一種基于PXIe總線的便攜檢測設(shè)備設(shè)計方案，應(yīng)用于外場檢測，該技術(shù)可以擴(kuò)展應(yīng)用到汽車、高鐵等領(lǐng)域。采用了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化設(shè)計。采用通用硬件架構(gòu)和基于面向信號標(biāo)準(zhǔn)的軟件架構(gòu)研制便攜檢測設(shè)備，采用綜合化及可復(fù)用的通用測試資源滿足被測對象的功能和性能檢測需求。采用了數(shù)字化診斷排故方案，便攜檢測設(shè)備可通過PMA控制工作，結(jié)合機(jī)上自檢進(jìn)行原位檢測，確認(rèn)被測對象的故障。

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作者簡介：潘增壽（1981-），男，漢族，陜西西安人，測試設(shè)備部測試室主任，畢業(yè)于華南理工大學(xué)，碩士，研究方向：自動測試設(shè)備。