一種航空電子控制器測試設備的設計與實現

丁璐

（中國航發西安動力控制科技有限公司，陜西西安，710077）

0 引言

隨著航空技術的迅速發展，系統結構日益復雜，航空電子控制器向數字化、綜合化、自動化、智能化的方向快速發[1]。對于上述航空電子控制器，不僅需要在設計階段進行周密、完備設計，更需要進行完整、細致測試，確保交付產品工作正常、可靠。一般而言，測試工作包括調試后驗收測試、環境應力篩選試驗測試、環境適應性試驗測試、交付驗收試驗測試、以及軍檢驗收測試。

另一方面，由于航空電子控制器的結構日益復雜，功能日益強大，隨之而來的是裝備的維修難度越來越大，“木桶－短板效應”現象越來越明顯，甚至可以說，已經成為提高裝備完好率和飛機出勤率的主要瓶頸之一[2]。從提高電子控制器維修效率，降低維修難度的角度來看，也迫切需要能夠盡可能真實模擬實際應用環境，并具備故障診斷、功能完善的測試設備。

本文針對某航空電子控制器實際測試需求，提出了一種基于C#語言開發+數據庫技術應用的方法，設計出一種多功能航空測試設備，滿足了該航空電子控制器在產品調試、環境試驗、交付試驗、軍檢驗收、故障排除中的測試要求，數據庫對產品數據進行存儲，方便對比查看，提高了測試效率，節約了人力資源。

1 系統總體設計

■1.1 系統功能需求

某航空測試設備主要用于被測產品的調試后驗收測試、環境應力篩選試驗測試、環境適應性試驗測試、交付驗收試驗測試、軍檢驗收測試、以及故障排除。當進行產品調試時，測試設備提供激勵信號，向被測產品發出傳感器信號。產品進行項目試驗時，測試設備應能提供一鍵啟動功能，一鍵啟動后，測試設備自動運行，中途不需要人為干預，在測試成功后，自動從產品側拷貝數據到數據庫并保存數據，對數據進行判斷，并將判斷結果顯示出來，將關鍵數據插入到驗收表格中，進行打印。

為確保測試設備測試項目的完整，保證測試設備能滿足系統在試驗、驗收、排故等方面的既定要求，本文對所設計的測試設備提出如下需求：

（1）在被測產品與測試設備通過調理箱交聯的情況下，能夠記錄被測產品關鍵數據，并可將關鍵數據插入到驗收表格中；

（2）能夠對測試設備自身功能進行自檢，自檢通過后顯示自檢結果；

（3）可對測試項目進行一鍵開始，針對測試中的故障進行提示，等測試完成后保存、判斷測試數據；

（4）能夠對測試結果進行記錄、分析、判斷、顯示并存儲。

■1.2 系統設計方案

基于上述系統需求，本文提出的系統設計方案如下：以工控機+PCI卡為硬件平臺核心，采用C#語言開發控制邏輯及界面顯示，其工作原理：運行在工控機上的測試軟件，通過PCI總線驅動各測試板卡，由硬件產生被測產品所需的信號激勵，完成被測產品所輸出信號的采集和測量，由軟件實現數據的計算、分析和處理，利用工控機顯示器來模擬傳統儀器的控制畫面，并形象直觀地顯示測試結果，從而實現被測產品的各項測試。

測試設備有兩種可切換工作模式：自檢模式和工作模式。當測試設備在自檢模式，測試設備將與被測產品之間的交聯信號進行切斷處理，對切斷信號進行輸出、采集，并在內部將監控結果進行對比、確認。當切換到工作模式，測試設備根據仿真曲線發出傳感器等實時信號，與被測產品進行信號交聯。并且在工作模式下，測試設備軟件與被測產品進行配合，由測試設備提供被測產品測試所需的外部信號，從被測產品讀取測試結果并處理，實現被測產品的一鍵測試。

為滿足被測產品的測試需求，測試設備具備下列接口功能：提供12路0—10V模擬量輸出信號；提供16路離散量輸出；提供16路離散量采集；提供6路RS232總線通訊。

2 系統硬件設計及實現

■2.1 硬件總體設計

測試設備由一臺19英寸42U高的標準機柜組成。機柜前面板包括：標牌、工控機電源開關、顯示屏、USB口、VGA口。其硬件架構如圖1所示。

圖1 硬件架構

當處于工作模式時，測試設備與被測產品進行信號交聯，在整個硬件系統中，工控機是核心，當測試設備處于工作模式時，測試設備通過顯示器操作畫面按鍵，工控機通過調理箱與被測產品直接進行信號交互。

■2.2 調理箱設計

信號調理箱完成模擬信號的轉接、幅值調整、信號變換，數字信號的整形和電平轉換，電源激勵的隔離和變換，提供模擬負載等功能，使得測試設備輸出信號與測試產品信號電氣特性一致。調理箱自檢主要完成板卡的輸入輸出是否正常，通過上位軟件發出命令，通過串口給ARM處理器，ARM處理器輸出控制模擬開關芯片，進行電路的切換，將采集的數據回傳給板卡或ARM處理器（ARM處理器反饋信號給上位機軟件）滿足自檢功能。調整對板卡輸出的電壓通過調整電路達到設備技術指標要求。產品供電回路增加產品供電電流檢測供電電流功能，可以判斷產品初次上電是否正常，并且將數據顯示到人機界面上。

3 軟件設計

■3.1 總體設計思想

測試軟件的設計是實現系統所有檢測功能的重要保證，同時也是提高測試設備性能的載體，在整個測試設備的研制中占有很重要的地位[3]。在實際開發中，系統實現軟件開發的重點是系統集成架構的開發。通過集成架構，可以把選擇的項目設計成一個有機的整體，整個軟件系統總體結構圖如圖2所示。操作系統為美國Microsoft公司的Windows7 Professional，數據庫使用SqlServer保存配置信息，使用Visual Stdio 2017 開發工具進行開發。Visual Stdio 2017可以直接打開并處理 C＃、 C ++ 、 Ruby 、 Go 等一系列語言的任何文件，提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、僅產生少量的機器碼以及不需要任何運行環境支持便能運行的編程語言。主要用于定制化開發測試、測量與控制系統，它提供的編程語言大大提高了開發人員的工作效率。

■3.2 測試設備軟件

測試設備軟件是軟件系統中具有相對獨立功能的軟件實體，合理的劃分各分組件，有利于整個項目的復用和實現，以及提高測試系統的配置管理。組件分配越細致，其專業程度就越高；粒度越小，組件越易于復用，但管理組件等代價將增大。劃分組件時應從功能模塊的完整性、高內聚和低耦合性等方面出發。依據重用原則、閉包原則、單人組件原則、消息傳遞原則，將測試設備組件劃分如圖3所示。

圖2 軟件系統總體結構圖

圖3 測試設備組件劃分

其中用戶管理組件主要完成用戶身份的驗證、用戶的增加、刪除、修改、查詢等功能。可通過不同的用戶身份進入不同的系統測試操作方式。比如，測試，維護，管理等都有不同的操作權限。

產品標定組件完成被測產品的信號檢測功能，實時顯示其結果進行維護調整。

測試項目組件提供測試設備各種項目名稱，點擊開始試驗按鍵后一鍵啟動，自行分析判斷整個試驗過程中的數據，提高生產效率，并將測試結果保存到數據庫中。

產品排故組件將被測產品的故障信息進行浮現，方便操作人員進行分析判斷。

數據查看組件主要功能是保存測試數據并根據操作要求進行查看、打印測試數據。

■3.3 軟件編程方法

用戶交互操作界面層：采用標準Windows GUI風格，為用戶提供統一、快捷的操作界面。可在線顯示試驗臺和被測產品的狀態參數量值，使操作者能夠即時了解產品及設備的運行狀態，具有完善的試驗數據采集、數據處理、數據存儲、生成報表及輸出、存儲數據回放等操作、全中文顯示界面。

便攜式測試計算終端：負責整個測控流程的定制、系統管理、數據處理、試驗過程控制、網絡通訊等功能。主要完成采樣通道配置管理、標定與校驗、設備自檢、信號調理調整、工程單位轉換、試驗曲線生成和模擬輸出、數據傳輸、數據存儲和格式轉換、網絡傳輸等功能。該層是本軟件平臺的核心部分。

數據采集和通訊單元：這些軟件模塊和組件單元都是建立在Windows系統內核和數據采集設備基礎上的，不同測試設備對應的硬件資源不同，因此需針對具體測試設備開發系統組件，并定義好調用接口。它們構成了系統的各個AI、DI、測量參數的采集和DO控制輸出，以及通訊回路。這些模塊以及設備通訊組件為整個PCI系統提供底層支持服務。

數據查看：通過建立數據庫，提供整個測控系統軟件的運行支持，對界面參數定義、控制參數調整、數采通道定義、數據存儲格式，用戶權限設定等進行在線配置，實現對計算機操作系統乃至硬件的訪問和控制。

■3.4 系統測試流程

系統的整體測試流程如圖4所示。

圖4 整體測試流程圖

測試系統上電后，首先進行測試設備自檢測，如果自檢通過，系統進行用戶登錄確認，通過登錄后，系統進行測試主流程。完成登錄后，根據用戶選擇測試設備可進入不同測試場景。如果用戶選擇測試項目中的各子項，測試設備將按預先設定好的測試流程完成系統一鍵測試。如果用戶選擇單項測試，可進一步選擇單項測試。所有測試完成后，測試設備可根據用戶選擇，決定是否查看測試數據，生成測試報表。完成所有測試及顯示后，被測產品下電，整個測試結束。

4 試驗結果與分析

測試設備研制完成后進行了一系列試驗以驗證其是否達到了預期的功能性能要求。

（1）系統聯試功能。測試設備通過調理箱將測試設備的信號輸出。當外接被測設備，測試設備切換至工作模式，被測產品與測試設備能正常進行交聯工作，并可通過測試設備監測關鍵數據的實時狀態。

（2）一鍵啟動功能。當測試設備與被測產品安裝固定后，在測試設備上點擊開始試驗，開啟一鍵測試模式，啟動被測產品的自動測試，當測試完成后測試設備能將測試內容進行存儲，并將測試結果按照預先設定格式生成試驗報告。

（3）產品排故功能。測試設備針對整個測試過程中出現的故障問題，具備多種協助故障定位、排除手段。通過產品排故的執行計劃，可對被測產品進行故障復位。通過測試設備降低了故障定位、排查的難度，加快了故障排除的進度。

（4）設備自檢功能。測試設備上電后，自動進行設備自檢。自檢結束后，如果無故障，用戶可進行下一步用戶登錄操作，如果自檢不通過，用戶不能登錄，禁止用戶進一步操作，禁止登錄，有效的保證了整個操作的安全性。

通過上述試驗證明，基于組件模型開發的多功能航空測試設備實現了預期的設計要求，能夠滿足被測產品在產品調試、交付試驗、驗收、故障排除中的測試要求。

5 結束語

本文從實際使用需求出發，基于組件模型和虛擬儀器技術的開發方法，研制出多功能航空測試設備。該測試設備已成功應用于某航空產品調試、試驗、聯調、排故等環節，實現了一機多用，避免了各個環節重復開發設備造成的浪費。

經過使用后證明，該測試設備的軟/硬件設計合理、自動化程度高、工作穩定可靠、操作方便，能滿足該航空電子控制器的多種測試需求。