基于PXI總線(xiàn)的某型飛行器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姜鋒，王健

(桂林電子科技大學(xué) 信息與通信學(xué)院，廣西桂林，541004)

1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

某型飛行器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)屬于地面測(cè)試系統(tǒng)，整套系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等計(jì)算機(jī)外接設(shè)備、PXI采集系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)理模塊、被測(cè)飛行器和測(cè)試輔助設(shè)備組成，如圖1所示。通過(guò)相應(yīng)電纜將上述部分連接在一起組成了某型飛行器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的整體，通過(guò)工控機(jī)控制被測(cè)飛行器或測(cè)試輔助設(shè)備來(lái)執(zhí)行相關(guān)的測(cè)試操作，實(shí)現(xiàn)被測(cè)飛行器的自動(dòng)化測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，飛行器產(chǎn)生的多項(xiàng)反饋電信號(hào)經(jīng)過(guò)自研信號(hào)調(diào)理模塊處理后，由PXI采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)信號(hào)的采集，然后工控機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行波形顯示或有效值顯示，以便操作人員實(shí)時(shí)掌握被測(cè)飛行器的狀態(tài)。

圖1 某飛行器測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的主要硬件平臺(tái)是PXI總線(xiàn)技術(shù)的集成平臺(tái)，并搭配不同的I/O模塊化硬件。考慮到對(duì)PXI采集系統(tǒng)的保護(hù)，本文設(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以達(dá)到對(duì)硬件系統(tǒng)保護(hù)的目的。

信號(hào)調(diào)理單元是被測(cè)對(duì)象和PXI采集系統(tǒng)之間的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)臉蛄骸３鲇趯?duì)PXI系統(tǒng)的保護(hù)和分配采集信號(hào)通道的需求，以及提升系統(tǒng)的抗干擾能力，信號(hào)調(diào)理單元需要設(shè)計(jì)信號(hào)分配、信號(hào)衰減電路和正弦波轉(zhuǎn)方波電路。

信號(hào)分配電路：通過(guò)信號(hào)分配電路將被測(cè)飛行器輸入信號(hào)分配至相應(yīng)的SCSI板卡式插頭對(duì)應(yīng)的針腳，以便相應(yīng)的PXI多功能模塊完成對(duì)信號(hào)的采集。

信號(hào)衰減電路：將輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)衰減電路進(jìn)行衰減，預(yù)防實(shí)際測(cè)試中可能出現(xiàn)的瞬時(shí)大電壓對(duì)PXI采集系統(tǒng)的破壞。但是單純的電阻分壓電路容易受到前級(jí)電路阻抗的影響導(dǎo)致信號(hào)失真，因此在信號(hào)輸入端添加電壓跟隨器，起到阻抗匹配作用，提高信號(hào)帶負(fù)載能力，保障信號(hào)的波形和幅值不變。

正弦波轉(zhuǎn)方波電路：測(cè)試系統(tǒng)軟件是通過(guò)對(duì)方波的下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)的方式以計(jì)算信號(hào)頻率，而輸入的頻率信號(hào)為正弦信號(hào)，因此在信號(hào)調(diào)理模塊增加了正弦波轉(zhuǎn)方波的功能電路。

3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

3.1 測(cè)試流程設(shè)計(jì)

測(cè)試流程的設(shè)計(jì)是軟件的核心，整個(gè)程序的編寫(xiě)是按照測(cè)試流程設(shè)計(jì)的，測(cè)試流程如下圖2所示。

圖2 測(cè)試流程圖

開(kāi)始測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)會(huì)連接數(shù)據(jù)庫(kù)讀取配置的參數(shù)信息，然后通過(guò)串口發(fā)送測(cè)試指令，指定反饋時(shí)間內(nèi)如果未收到正確的反饋指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)由異常處理線(xiàn)程進(jìn)行處理。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)對(duì)信號(hào)采集任務(wù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成波形或數(shù)值顯示，對(duì)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)提交給異常處理線(xiàn)程處理。當(dāng)測(cè)試任務(wù)完成之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將本次測(cè)試數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3.2 測(cè)試功能設(shè)計(jì)

結(jié)合被測(cè)信號(hào)的需求分析，本文自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的主要功能如下：

（1）系統(tǒng)自檢：測(cè)試軟件上電后，自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)采集模塊、設(shè)備通信是否正常進(jìn)行檢查，若出現(xiàn)異常則進(jìn)行提醒，并將被測(cè)對(duì)象相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。

（2）參數(shù)設(shè)置：操作人員可根據(jù)測(cè)試環(huán)境的不同對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行不同的參數(shù)設(shè)置。而且由于硬件老化等原因會(huì)造成測(cè)試誤差，操作人員可以通過(guò)對(duì)參數(shù)設(shè)置的功能，從軟件層面上抵消硬件帶來(lái)的測(cè)試誤差。

（3）測(cè)試功能：測(cè)試功能是測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器相關(guān)測(cè)試的關(guān)鍵，主要包括被測(cè)信號(hào)波形和有效值的實(shí)時(shí)顯示、對(duì)異常信號(hào)的監(jiān)測(cè)和處理、供氣功能、保存測(cè)試數(shù)據(jù)等。通過(guò)這些測(cè)試功能能夠完成對(duì)被測(cè)飛行器功能和性能的測(cè)試。

（4）通信功能：通信功能保證軟件可以對(duì)被測(cè)飛行器和測(cè)試輔助設(shè)備下發(fā)（或接收）一系列測(cè)試指令（或反饋），以便完成對(duì)被測(cè)飛行器的相關(guān)測(cè)試。

（5）數(shù)據(jù)查詢(xún)、存儲(chǔ)、報(bào)表打印：需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，方便后期對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的查詢(xún)。同時(shí)使用了ReportViewer控件輔助完成報(bào)表功能的設(shè)計(jì)。

3.3 多線(xiàn)程技術(shù)

測(cè)試任務(wù)通常是由一個(gè)或多個(gè)測(cè)試工作組成，一同實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)飛行器的相應(yīng)測(cè)試需求。在執(zhí)行測(cè)試任務(wù)過(guò)程中必然會(huì)涉及到任務(wù)的并發(fā)問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題，使用了多線(xiàn)程技術(shù)。多線(xiàn)程可以將占據(jù)時(shí)間長(zhǎng)的程序任務(wù)放置后臺(tái)去處理，提升程序的響應(yīng)速度和效率。多線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)有Thread類(lèi)、ThreadPool線(xiàn)程池和Task等方法，本測(cè)試系統(tǒng)軟件主要通過(guò)Thread類(lèi)實(shí)現(xiàn)多線(xiàn)程。

在使用多線(xiàn)程技術(shù)時(shí)，考慮到多個(gè)線(xiàn)程在同一時(shí)間運(yùn)行相同的函數(shù)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)混亂問(wèn)題，使用了Lock()關(guān)鍵詞將關(guān)鍵代碼段設(shè)為互斥段，這樣就可以保證在同一時(shí)間內(nèi)有且僅有一個(gè)線(xiàn)程能實(shí)現(xiàn)對(duì)該代碼段的訪問(wèn)，避免了數(shù)據(jù)混亂的問(wèn)題。Lock()關(guān)鍵字使用方法如下：

4 系統(tǒng)部分功能測(cè)試與驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)自檢功能驗(yàn)證

使用不同的PXI機(jī)箱和采集板卡的搭配設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組，測(cè)試系統(tǒng)軟件均可以準(zhǔn)確識(shí)別出機(jī)箱和板卡信息以及板卡所插卡槽位置，并與默認(rèn)PXI系統(tǒng)配置進(jìn)行對(duì)比并給出相應(yīng)測(cè)試報(bào)告，符合該功能的設(shè)計(jì)要求。

使用串口輔助調(diào)試軟件對(duì)通信功能自檢進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試系統(tǒng)軟件可以針對(duì)未在指定時(shí)間內(nèi)收到正確反饋指令的部分進(jìn)行提示，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)需求。

4.2 通信功能驗(yàn)證

利用串口通信輔助測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)送的指令進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)與通信協(xié)議內(nèi)容對(duì)比，指令內(nèi)容是一致的。由此可以驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)軟件通信自檢功能符合我們?cè)O(shè)計(jì)的預(yù)期需求，滿(mǎn)足測(cè)試系統(tǒng)的研制要求。

4.3 測(cè)試功能驗(yàn)證

（1）波形顯示、有效值計(jì)算、頻率測(cè)試

這里以對(duì)＋20V電壓信號(hào)通道輸入5Vpp/250Hz正弦波信號(hào)為例，對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖3和圖4為＋20V電壓信號(hào)通道波形以及有效值的顯示，由圖可見(jiàn)波形平滑無(wú)毛刺，且幅值為-2.5V～2.5V。

圖3 電壓通道波形顯示圖

圖4 電壓通道有效值圖

使用波形發(fā)生器對(duì)輸入通道分別輸入＋5V的直流信號(hào)，并將軟件顯示的測(cè)量值與輸入值進(jìn)行對(duì)比，誤差均在0.001V以?xún)?nèi)。

由以上內(nèi)容可知，測(cè)試系統(tǒng)軟件能夠正確顯示被采集波形，同時(shí)相關(guān)信號(hào)的軟件誤差值均在允許誤差范圍之內(nèi)，符合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

（2）供氣功能調(diào)試結(jié)果驗(yàn)證

通過(guò)串口通信輔助測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試系統(tǒng)軟件的供氣功能進(jìn)行串口指令監(jiān)測(cè)，通過(guò)指令的收發(fā)時(shí)間可以知道供氣是按照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行供氣六秒停氣四秒的方式進(jìn)行，時(shí)間誤差在±0.1s以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需求。

4.4 綜合調(diào)試結(jié)果分析

使用模擬器與本文設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)各測(cè)試功能的有效性。在模擬器不加載任何故障狀態(tài)下，某型飛行器非標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)可以自動(dòng)完成相應(yīng)的測(cè)試任務(wù)；當(dāng)模擬器加載故障狀態(tài)時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)軟件可以正確給出相應(yīng)的提醒，并自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的停止測(cè)試操作。

對(duì)以上測(cè)試表結(jié)果分析可得，某型飛行器非標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所需的測(cè)試功能，滿(mǎn)足對(duì)某型飛行器的測(cè)試需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文某型飛行器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在綜合考慮使用場(chǎng)景、測(cè)試需求以及未來(lái)更新的基礎(chǔ)上，選擇采用PXI總線(xiàn)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和模塊化設(shè)計(jì)思想進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)功能測(cè)試驗(yàn)證，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試能力強(qiáng)、測(cè)試精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，完全滿(mǎn)足了對(duì)該型飛行器的測(cè)試需求。同時(shí)本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展性和適用性，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新升級(jí)，對(duì)于現(xiàn)代化軍事裝備的更新?lián)Q代速度具有重要的意義。