智能助手系統在ATE中的應用

2019-10-29 08:55:42

計算機測量與控制 2019年10期

(空軍裝備部駐北京地區第二軍事代表室，北京 100007)

0 引言

在測試系統飛速發展的今天，自動測試系統在國防領域中的作用愈發地重要。測試系統對被測單元的綜合性測試以及故障診斷功能已經成為評判設備性能的重要因素。近幾年，我國航空航天事業發展迅猛，計算機技術也在迅猛發展，設備的復雜程度也越來越高[1]。為了保障設備在裝載之前不會出現故障，需要配套的自動測試系統進行全方面的綜合測試。為了確保設備處于良好的工作狀態，ATE首先應該進行系統自檢，保證自身集成模塊不會出現故障。在自檢過程中，出現異常，應該盡快定位故障位置，及時排除故障，分析可能導致故障發生的原因。

現有ATE自檢測自診斷效率低，操作不便，操作人員不能及時的對故障進行定位和分析。例如很多測試內容仍需要通過鍵盤或鼠標手動操作；同時對自動測試系統使用維護人員的需求不能作出及時響應，因此，對自動測試系統的日常維護帶來了很大困難，自檢效率低下，浪費了大量的測試時間，無法在有限的時間內完成自檢以及被測單元測試，無法滿足未來測試人員對ATE維護的需求。

隨著智能化不斷提高，操作助手的應用理念和操作方式對公眾造成深刻的影響，操作助手良好的人機交互方式已為公眾廣為接受甚至推崇，使用語音控制代替當前的鼠標鍵盤控制，甚至通過藍牙、WiFi等技術實現手持式智能操作助手，大大節省操作人員的測試時間，簡化了故障定位的操作流程，提高了故障分析的效率。對于現有的自動測試系統，將智能助手和自動測試系統結合能提高測試效率，轉向更智能的測試系統，以滿足維護自動測試系統不斷智能化的要求。

1 智能助手工作原理及總體設計方案

1.1 系統功能概述

本文設計實現的自動測試系統用智能助手(BIT)，用以提高自動測試系統自檢診斷效率和自動測試系統的智能化程度。該智能助手用于某型號通用自動測試平臺，可以幫助操作人員進行自檢、故障定位以及分析等功能[2]。根據自動測試系統的硬件配置的要求和其他智能助手系統的借鑒對自動出測試系統用智能助手軟件進行設計與實現，主要內容包含以下四個方面：

1)具備良好的人機交互軟件界面；

2)能夠顯示總體測試平臺的3D模型；

3)具備配套的平臺碼垛及安裝的視頻演示文件；

4)能夠與平臺各部分集成設備相互通訊。

該智能助手能夠實時監測自動測試系統的自身工作狀態，包括主控計算機、電子標簽閱讀器、語音識別模塊、語音播報模塊、視頻監控器和電源模塊；通過視頻監控器實現對平臺工作狀態的實時監控，主控計算機接受各儀器資源自檢上報信息，對自動測試系統進行智能維護。用于實時監測ATE自身工作狀態的智能助手硬件采用觸摸式上架顯示屏，機芯位于外殼內部。其中電子標簽閱讀器用于讀取和區別ATE及其包裝、履歷本等數字化標識；語音識別模塊用于智能識別測試人員語音，并做出回答或操作；語音播報模塊用于提示系統正常工作，或系統故障時，發出警告并播報故障位置。智能助手支持硬件3D模型在軟件窗口中自由旋轉與50%～200%比例縮放。軟件界面可將故障部位分級顯示定位至板卡的具體通道。

智能助手還能夠通過通信總線收集自動測試系統LRU/LRM的狀態數據信息，并且具備系統校驗信息管理和演示設備組裝過程、加電操作功能；其系統校驗信息管理功能是記錄儀器/板卡型號、固定資產標號、本次校準時間、下次校準時間和下次標較剩余天數；智能助手具備演示設備組裝過程包括各個儀器組裝到設備內部過程和各個設備之間碼垛過程，以及演示設備加電操作包括儀器電源開關位置說明、儀器開啟順序說明和上電操作注意說明。該智能助手系統能有效提高ATE周期自檢的檢測效率、幫助測試人員快速定位故障位置，滿足未來測試人員對自動測試系統智能維護的需求，提高了自動測試系統自檢診斷效率和自動測試系統的智能化程度[3]。

1.2 系統總體方案設計

整個測試平臺共分4個層級，其中6個PXIe/PXI機箱包含第四層級，其余的設備為三層級。智能助手在顯示每個層級的界時，應當能直觀的反映出每個層級的基本信息(設備名稱、設備型號、生產廠家以及出廠日期等等)、設備的狀態信息(設備是否正常，能否使用)、設備的標較信息(包括設備已使用多長時間，標較日期距離下次標較日期還有多久)。界面上的信息需要通過語音功能進行播報[4]。智能助手運行原理如圖1所示。

圖1 智能助手運行原理圖

智能助手模型如圖2所示。其硬件方面采用觸摸式上架顯示屏，可用于觸摸操作，屏幕分辨率初步定為1024×600，其具體功能如下：

圖2 智能助手模型

1)故障狀態監控：自動測試系統助手BIT通過與測控計算機通信和控制儀器或板卡自檢的，將自檢結果信息以圖形和信息的形式顯示出來。如果儀器或板卡出現故障，智能助手軟件界面中相應的儀器或板卡標紅閃爍，并伴有聲音報警，提示用戶排查故障，故障部位用紅色標識。

2)系統校準信息管理：BIT能夠記錄儀器及板卡的校準信息，主要包括儀器/板卡型號、固定資產標號、本次校準時間、下次校準時間和下次標較剩余天數。在距離下一次校準時間前一個月軟件彈出標校提醒信息，同時剩余天數標紅顯示。儀器及板卡校準前一個月時應用黃色標識出，到校準日期時應改為黃色閃爍。

3)語音播報：當測試系統平臺BIT狀態監測正常時，語音播報系統提示系統平臺正常工作。當監測到故障時，語音播報系統發出警告，提示測試人員故障存在，并且播報故障位置，以便快速排除故障，恢復正常工作狀態。

4)虛擬安裝維修：為方便外廠人員使用，界面以爆炸圖動畫的形式為外廠人員展示具體的安裝過程，以及故障時的維修過程。當某一元件故障時，會在主屏幕上顯示故障零件的位置，并動畫展示維修方法。

5)可識別擴展儀器以及熱拆卸：機箱或者其內部模塊在增加或拆卸的物體應在操作界面中展示出來，展示方式應包括三維模型的顯示以及界面右側信息的顯示，并對擴展儀器的信息進行監測。

2 智能助手功能模塊的設計

為更進一步闡述本智能助手達成預定目的所采取得技術手段及功效，下面結合附圖并舉實施例，對本文所述自動測試系統用智能助手的各個功能模塊進行詳細描述。本文提出的一種自動測試系統用智能助手，其硬件采用觸摸式上架顯示屏，機芯位于外殼內部；包括主控計算機、電子標簽閱讀器、語音識別模塊、語音播報模塊、視頻監控器、電源模塊、揚聲器及麥克風接口MIC[5]。

電子標簽閱讀器用于讀取和區別ATE自動測試系統及其包裝、履歷本等數字化標識。語音識別模塊與MIC相連，用于智能識別測試人員語音。語音播報模塊與揚聲器相連，用于提示系統正常工作，或系統故障時發出警告并播報故障位置。主控計算機根據狀態監測結果驅動語音播報模塊，根據識別出的語音信號作出相應的回答或操作，根據電子標簽閱讀器所讀取的標識進行ATE自動測試系統對應設備的信息管理，根據ATE自動測試系統各儀器資源自檢上報狀態數據信息，對ATE自動測試系統進行維護。

自動測試系統用智能助手軟件操作界面。如圖3所示，軟件操作界面包括系統層1和組合箱層11，其中系統層1可定位至機箱2，組合箱層11可定位至儀器/板卡12，如果儀器/板卡12的具體通道出現故障，智能助手可以在其對應系統層1 的機箱2、組合箱層11的儀器/板卡12的標紅閃爍，并伴有聲音報警，提示用戶排查故障，提高檢測效率。返回8可以返回上一層，設備三維模型6為顯示所監測設備的三維圖，模型和實物尺寸在智能助手軟件中成一定比例，外觀顏色基本一致，在軟件窗口中支持自由旋轉與50%～200%比例縮放。軟件界面還設有視頻提示標識2，在系統層可以點擊播放7查看機箱的碼垛方式，在組合箱層可以點擊播放7查看儀器/板卡12的安裝位置，并動畫展示維修方法。

圖3 智能助手系統層操作界面示意圖

智能助手顯示各個模塊的工作狀態，對模塊進行實時監控，組合箱層11還設有設備名稱4、設備型號9、工作狀態5、標校信息10。點擊工作狀態5，顯示實時監測到的模塊信息，包括數據返回值的信息，工作是否正常，不正常時則逐級標紅閃爍；點擊標校信息10，顯示本次校準時間、下次校準時間和下次標較剩余天數。在距離下一次校準時間前一個月軟件彈出標校提醒信息，同時剩余天數標紅顯示；點擊關閉13可退出智能助手系統。

3 智能助手通信協議的設計

智能助手可以對自動測試平臺進行一鍵式儀器自檢功能，需要對平臺中集成的儀器模塊建立通信，其中電源、智能供配電、大氣靜壓源以及PXI機箱為平臺主要組成部分。電源分為直流電源和交流電源，負責為平臺各部分模塊的供電；智能供配電組合可以根據不同儀器模塊的不同供電要求進行分配，使電源利用率達到最高，不會造成不必要的浪費；大氣靜壓源和4個PXI機箱中的高性能測試板卡是平臺能夠完成測試項目的重要組成模塊[6]。

3.1 智能供配電數據通信協議

1)通信方式

采用網口通信，IP地址為192.168.1.31。

2)數據格式

智能供配電數據格式如表1所示。

表1 智能供配電數據格式

3)數據解析

智能供配電數據解析如表2所示。

表2 智能供配電數據解析

4)數值計算

①溫度計算：溫度計算方法如下所示，結果保存至True_Tem變量中。

True_Tem=(數據位)*(十進制)/10

②濕度計算：溫度計算方法如下所示，結果保存至True_Hum變量中。

True_Tem=(數據位)*(十進制)/10

③運行狀態：智能供配電運行狀態保存至STATE_YX變量中。

正常：STATE_YX=1

異常：STATE_YX=0

④連續工作時間：True_time變量用于保存系統連續工作時間，根據如下計算方法得到連續工作時間。

True_time=(數據位)*(十進制)*

(時間高八位+時間低八位)/10

3.2 大氣靜壓源數據通信協議

1)通信方式

采用網口通信，IP地址為192.168.1.32。

2)數據格式

大氣靜壓源數據格式如表3所示。

表3 大氣靜壓源數據格式

3)數據解析

大氣靜壓源數據解析如表4所示。

表4 大氣靜壓源數據解析

具體定義如下：

①故障字定義

Bit1：靜壓傳感器；

Bit2：全壓傳感器；

Bit3：數據處理器；

Bit4：數據采集器；

Bit5：靜壓控制器；

Bit6：全壓控制器；

Bit7～ Bit16：備份。

②數據3～數據7定義：每個數據占4字節，比例尺為1/10000，分別代表靜壓、全壓、高度、空速和馬赫的數據。

③校驗和：采用模16校驗方式。

3.3 電源數據通信協議

1)通信方式

采用網口通信，IP地址如表5所示。

表5 電源設備IP地址

2)數據格式

電源設備數據格式如表6所示。

表6 電源設備數據格式

3)數據解析

電源設備數據解析如表7所示。

3.4 PXI機箱通信協議

1)通信協議

在進行機箱通信時，將所有嵌入式控制器設為Client，網絡協議為TCP/IP，PXI/PXIe機箱1的地址：192.168.1.11；端口號：8000。

2)數據格式

發送數據格式為：

其中“P1”為PXI/PXIe機箱1，“?”后數字為機箱代號，如為0則該機箱未找到模塊，第一個*號后的數據表示機箱中模塊狀態(0為未找到，1為正常)，后邊星號后的數據依次為+3.3 V、+5 V、vio、+12 V、-12 V、溫度1、溫度2、溫度3、溫度4、風扇1、風扇2、風扇3、風扇4(當為P4時，連續顯示兩個外掛機箱的電壓溫度等狀態)。

P2、P3、P4為射頻通用儀器和模擬器狀態數據，其中：

P2：第一個*號后的數據表示機箱中模塊狀態(0為未找到，1為正常)，信號源狀態正常為2～12位數據為全為1，否則故障；頻譜儀狀態正常為13～17位數據為全為1，否則故障；電臺綜測儀狀態正常為18位數據為1，否則故障。

P3：第一個*號后的數據表示機箱中模塊狀態(0為未找到，1為正常)，甚高頻全向信標模擬器狀態正常為2～3位數據為全為1，否則故障；儀表著陸系統模擬器狀態正常為4～5位數據為全為1，否則故障；微波著陸模擬器狀態正常為6～7位數據為1，否則故障；塔康模擬器狀態正常為8～9位數據為全為1，否則故障；ADF模擬器狀態正常為10～11位數據為全為1，否則故障；高度表模擬器狀態正常為12～13位數據為全為1，否則故障；氣象雷達模擬器狀態正常為14～15位數據為全為1，否則故障；衛星導航模擬器狀態正常為16～18位數據為全為1，否則故障。

P4：第一個*號后的數據表示機箱中模塊狀態(0為未找到，1為正常)，TCAS模擬器狀態正常為2～8位數據為全為1，否則故障；A/C/S模式應答機信號模擬器狀態正常為10～16位數據為全為1，否則故障。

4 智能助手功能測試

4.1 智能助手軟件界面

自動測試平臺通常采用開放式架構，硬件可裁剪和重構，支持采用按專業劃分的方式整合。平臺可以通過拆卸重組變換架構，最大構型為綜合型，最小構型為基本型。還能夠按照用戶不同的測試要求在基本型的基礎上進行靈活擴展[7]。系統層模型在智能助手軟件平臺主工作界面展示，主要由不同的組合機箱碼垛組成。不同構型構型對應不同個數的組合機箱，創建的系統模型發布生成不同的軟件平臺，根據平臺最終構型進行對應部署，智能助手軟件平臺1級顯示界面如圖4所示。

圖4 智能助手軟件平臺1級顯示界面

軟件界面共分定義為4級。第1級是定位至減震機箱或機柜，第2級定位至儀器或板卡，第末級能定位至板卡的具體通道。個別可通過3級界面還鏈接到末級界面，例如3號機箱、4號機箱的PXIe/PXI機箱可進一步鏈接到末級界面顯示其具體使用情況和信息。若末級的某一零件或儀器故障，應當在其對應的1級、2級和3級界面中顯示出來。三類界面之間可自由切換使用，并且實現信息互聯。2級、3級操作界面如圖5、6所示。