淺談一種塔康自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

胡秋萍

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

某型塔康系統(tǒng)用于接收塔康地面信標(biāo)臺(tái)輻射的信號(hào)，能連續(xù)測(cè)量飛機(jī)相對(duì)塔康信標(biāo)臺(tái)的方位、距離，產(chǎn)品內(nèi)部互相配套工作，完成空／空測(cè)距；產(chǎn)品與信標(biāo)臺(tái)站間相互配合，通過詢問和接收應(yīng)答信號(hào)，經(jīng)過精密處理，完成飛機(jī)到地面臺(tái)距離的精密測(cè)量，保證駕駛員根據(jù)該精確距離和微波著陸設(shè)備提供的航向道、下滑道數(shù)據(jù)，操縱飛機(jī)安全著陸。

某型塔康自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要任務(wù)是：（1）實(shí)現(xiàn)某型塔康性能指標(biāo)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、自動(dòng)化；（2）提高某型塔康性能指標(biāo)和功能指標(biāo)的測(cè)試覆蓋性；（3）能滿足某型塔康性能及功能指標(biāo)全自動(dòng)測(cè)試的需求；（4）技術(shù)指標(biāo)的自動(dòng)化測(cè)試分析，獲得自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集、測(cè)試分析能力。

某型塔康測(cè)試項(xiàng)目多、測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，為了滿足其性能快速、精確測(cè)試的需求，需要構(gòu)建一套由測(cè)試設(shè)備及控制軟件組成的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)）。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要用于在室內(nèi)檢測(cè)條件下，利用主控計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件控制模擬器、適配器、程控電源等設(shè)備，對(duì)某型塔康的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果判定某型塔康指標(biāo)是否滿足技術(shù)要求，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可用于某型塔康的性能指標(biāo)的自動(dòng)化測(cè)試及診斷，同時(shí)具備對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的狀態(tài)控制功能和狀態(tài)監(jiān)控功能。

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過對(duì)主控計(jì)算機(jī)、塔康/精密測(cè)距模擬器（以下簡(jiǎn)稱模擬器）、程控電源、頻譜以及自主研發(fā)的內(nèi)部集成ARINC429 板卡、1553B 板卡、音頻采集卡及串口采集設(shè)備的適配器的合理配置，利用專業(yè)編程軟件開發(fā)的配套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)控制軟件，可實(shí)現(xiàn)某型塔康性能參數(shù)的全自動(dòng)測(cè)試，從而提高測(cè)試效率。通過全面收集測(cè)試過程中的被測(cè)設(shè)備的功能性能指標(biāo)信息，來進(jìn)行產(chǎn)品功能性能評(píng)價(jià)，為某型塔康的綜合評(píng)估提供技術(shù)支撐工具與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成框圖

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件部分由適配器、模擬器、電纜等組成，一方面通過專用的接口，可以和模擬器、被測(cè)設(shè)備、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行物理連接；另一方面，通過測(cè)試計(jì)算機(jī)，可以發(fā)送指令，控制模擬器產(chǎn)生激勵(lì)源，監(jiān)控被測(cè)設(shè)備狀態(tài)。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件部分需要滿足塔康功能性能指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；同時(shí)需要具有良好的擴(kuò)展性和適配性，從而支持后續(xù)機(jī)型等的測(cè)試需求。

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)主要用于某型塔康的自動(dòng)化測(cè)試，按照被測(cè)接塔康相關(guān)參數(shù)的測(cè)試原理及實(shí)際測(cè)試需求，根據(jù)對(duì)某型塔康的可測(cè)性研究與分析以及自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法，基于“核心測(cè)試設(shè)備+主控計(jì)算機(jī)+測(cè)試應(yīng)用開發(fā)”的總體技術(shù)方案完成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的總體通用體系架構(gòu)。測(cè)試系統(tǒng)具有使用便捷、可靠性好、安全性高、測(cè)試精度高及可擴(kuò)展性等技術(shù)特點(diǎn)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.1 工作原理

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，用于某型塔康常溫條件下全參數(shù)及特定參數(shù)指標(biāo)測(cè)試。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的工作原理框圖如圖3 所示。

圖3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)工作原理框圖

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在原理上可劃分為測(cè)控單元、激勵(lì)單元、電源單元、數(shù)據(jù)通訊單元和接口適配單元。測(cè)控單元完成被測(cè)航電設(shè)備測(cè)試中的組織管理、測(cè)試任務(wù)的調(diào)度、測(cè)試結(jié)果的判讀；激勵(lì)單元負(fù)責(zé)提供塔康設(shè)備運(yùn)行所需的激勵(lì)信號(hào)；電源單元為被測(cè)設(shè)備提供直流28V 和交流115V 工作電壓；數(shù)據(jù)通信單元負(fù)責(zé)對(duì)塔康輸出的ARINC429 總線/1553B 總線數(shù)據(jù)的采集；適配單元負(fù)責(zé)接口適配與信號(hào)調(diào)理及音頻采集；測(cè)控單元，控制激勵(lì)單元給設(shè)備加載激勵(lì)(或輸入)信號(hào)，測(cè)控單元控制塔康設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)通過數(shù)據(jù)通信單元獲得當(dāng)前塔康工作狀態(tài)和相應(yīng)的工作數(shù)據(jù)，從而達(dá)到對(duì)塔康的測(cè)試目的；測(cè)試過程中數(shù)據(jù)監(jiān)控單元監(jiān)控過程數(shù)據(jù)；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中涉及的所有采集與控制模塊均支持遠(yuǎn)程控制，因此，整套系統(tǒng)具備自動(dòng)測(cè)試條件，系統(tǒng)主要功能部分工作過程如下。

（1）設(shè)備的供電。2 臺(tái)程控直流為設(shè)備通過直流28V 和交流115V 電源，使被測(cè)設(shè)備處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

（2）射頻信號(hào)的提供。模擬器受自動(dòng)測(cè)試軟件控制，實(shí)現(xiàn)工作頻率及射頻輸出，傳輸至被測(cè)設(shè)備的射頻端口。

（3）低頻信號(hào)的控制與采集。數(shù)據(jù)采集部分受自動(dòng)測(cè)試軟件控制，實(shí)現(xiàn)ARINC429、1553B、422 接口的控制與采集，數(shù)據(jù)直接保存至工控機(jī)硬盤。

（4）自動(dòng)測(cè)試軟件采用多線程編程方式，能夠?qū)崿F(xiàn)被測(cè)設(shè)備各個(gè)參數(shù)測(cè)試及數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)。

（5）遠(yuǎn)端電壓監(jiān)控。自動(dòng)測(cè)試軟件通過USB 總線實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬采集單元的控制，模擬采集單元測(cè)試端位于被測(cè)設(shè)備供電接口，能夠真實(shí)采集被測(cè)接收機(jī)供電端口的實(shí)際供電數(shù)值。

2.2 系統(tǒng)硬件方案

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件方案主要內(nèi)容分為專用測(cè)試設(shè)備、通用測(cè)試設(shè)備及系統(tǒng)附件等部分。硬件組成框圖如圖4 所示。

圖4 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件組成框圖

3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件方案主要內(nèi)容分為測(cè)試系統(tǒng)操作員界面、測(cè)試系統(tǒng)管理、測(cè)試序列、校準(zhǔn)、報(bào)表處理等部分。軟件組成框圖如圖5 所示。

圖5 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件組成框圖

3.1 操作員界面

測(cè)試系統(tǒng)操作員界面是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的人機(jī)交互界面， 可利用Microsoft Visual Stdio 2010 中的Visual C#開發(fā)，測(cè)試系統(tǒng)操作員主界面示意圖如圖6所示。

圖6 測(cè)試系統(tǒng)操作員主界面示意圖

3.2 測(cè)試系統(tǒng)管理

測(cè)試系統(tǒng)管理主要利用NIMAX 工具對(duì)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)相關(guān)的硬件設(shè)備資源和軟件資源進(jìn)行管理。

設(shè)備管理主要為測(cè)試系統(tǒng)提供設(shè)備硬件信息及控制信息統(tǒng)計(jì)功能。系統(tǒng)中設(shè)備受控主要依賴與之對(duì)應(yīng)的程控地址，程控地址為設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)，設(shè)備管理功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備硬件名稱、型號(hào)、程控地址、驅(qū)動(dòng)前綴、驅(qū)動(dòng)路徑等信息收集與保存，將硬件名稱與程控信息綁定，為外部調(diào)用提供可互換性設(shè)計(jì)。

自動(dòng)測(cè)試軟件控制系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，將由設(shè)備管理存儲(chǔ)信息中調(diào)用控制句柄，實(shí)現(xiàn)控制信息與控制流程分離，用以達(dá)到互換設(shè)備后不影響數(shù)據(jù)采集功能實(shí)現(xiàn)的要求。設(shè)備管理功能原理框圖如圖7 所示。

圖7 設(shè)備管理功能原理框圖

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)備管理功能工作流程如圖8所示。

圖8 自動(dòng)測(cè)試軟件設(shè)備管理功能工作流程圖

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件測(cè)試任務(wù)執(zhí)行時(shí)，需要加載測(cè)試項(xiàng)目所依賴的測(cè)試設(shè)備管理信息，并以邏輯資源名稱形式覆蓋測(cè)試項(xiàng)目包含的所有測(cè)試用例，調(diào)用測(cè)試資源服務(wù)管理器文件中的邏輯資源名稱，從而綁定對(duì)應(yīng)的測(cè)試儀器，實(shí)現(xiàn)測(cè)試儀器的遠(yuǎn)程控制。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件執(zhí)行數(shù)據(jù)采集前，軟件將自動(dòng)加載設(shè)備管理功能中所有設(shè)備信息，根據(jù)采集對(duì)象選擇對(duì)應(yīng)測(cè)試設(shè)備，加載控制信息，生成控制句柄，測(cè)試流程中根據(jù)控制句柄對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行設(shè)置與讀取，從而獲得采集數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)及經(jīng)運(yùn)算后數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，軟件程序釋放控制句柄，資源得到釋放后結(jié)束測(cè)試流程。系統(tǒng)管理示意圖如圖9 所示。

圖9 系統(tǒng)管理示意圖

其中，數(shù)據(jù)與資源管理是系統(tǒng)管理的主要內(nèi)容，分為測(cè)試數(shù)據(jù)管理、測(cè)試資源管理器、插件庫(kù)編輯器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)編輯器、儀器或設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理等。

（1）軟件平臺(tái)提供多種數(shù)據(jù)管理方式，主要有兩種，一種是Word 或Excel 測(cè)試報(bào)表；另一種是SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試數(shù)據(jù)管理。測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試報(bào)表采用Word 文檔形式實(shí)現(xiàn)。

（2）軟件提供的測(cè)試資源管理器用于配置和組織測(cè)試系統(tǒng)的硬件資源和軟件資源。

（3）軟件提供的插件庫(kù)編輯器用于將測(cè)試系統(tǒng)專用插件添加進(jìn)入軟件。

（4）儀器或設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理用于管理儀器或設(shè)備的IVI-C、IVI-COM 或其他軟件形式的驅(qū)動(dòng)程序管理。

3.3 設(shè)備遠(yuǎn)控

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件支持LAN、USB 和COM 通信協(xié)議，并可擴(kuò)展后支持GPIB 等通信協(xié)議控制，支持通用測(cè)試儀器LAN（TCP/IP）接口控制，支持定制設(shè)備LAN（TCP/IP、SOCKET、UDP 等）、USB 及COM（RS-232、RS-422、RS-485 等）接口。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)控制總線組成及工作原理如圖10 所示。

圖10 某型塔康自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)控制總線工作原理

現(xiàn)如今主流測(cè)試儀器儀表發(fā)展迅速，LAN 端口的普及使得通用測(cè)試儀器廠商紛紛將外部控制接口設(shè)計(jì)為通用LAN 端口，本系統(tǒng)所選型儀器均支持LAN 控制接口，用交換機(jī)方式即可完成LAN 總線搭建，經(jīng)濟(jì)、耐用、易維護(hù)、速度快成為其主要優(yōu)點(diǎn)。同樣，定制設(shè)備以USB和COM 端口較為常見，通用性強(qiáng)，維護(hù)成本低，本系統(tǒng)涉及定制設(shè)備均支持USB 或COM 控制接口。

3.4 測(cè)試流程

測(cè)試時(shí)，用戶輸入用戶名和產(chǎn)品序列號(hào)，可以選擇全選和自選測(cè)試項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，然后點(diǎn)擊開始測(cè)試，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)將按照既定流程完成測(cè)試，并生成測(cè)試報(bào)表，測(cè)試流程示意圖如圖11 所示。

圖11 某型塔康自動(dòng)測(cè)試測(cè)試流程示意圖

3.5 測(cè)試序列

測(cè)試序列即測(cè)試流程的程序化實(shí)現(xiàn)，將測(cè)試規(guī)范規(guī)定的測(cè)試流程轉(zhuǎn)化為程序式的測(cè)試序列文件，即可完成測(cè)試項(xiàng)目的自動(dòng)化執(zhí)行。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件將測(cè)試序列的開發(fā)方式由編碼型轉(zhuǎn)變?yōu)椴寮M裝型，用戶只需從插件庫(kù)中拖放所需插件并組裝它們即可快速完成測(cè)試序列的開發(fā)。

測(cè)試序列編輯器，能夠可視化完成測(cè)試序列的編輯；測(cè)試序列執(zhí)行器，能夠可視化完成測(cè)試序列的執(zhí)行，在該程序中，能夠自主選擇測(cè)試項(xiàng)目執(zhí)行的數(shù)量及組合，并能夠?qū)崟r(shí)觀看測(cè)試流程執(zhí)行的過程及運(yùn)行位置，測(cè)試完成后，可查看原始數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果、測(cè)試報(bào)表、測(cè)試圖表等測(cè)試信息，是平臺(tái)自帶的全數(shù)據(jù)查看及項(xiàng)目管理綜合程序。

3.6 數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)上傳設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具備本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)用于測(cè)試數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)，是自動(dòng)測(cè)試軟件收集后數(shù)據(jù)的直接交互端，方便數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)、調(diào)用。

工控機(jī)本地具備兩種數(shù)據(jù)庫(kù)，分別是軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、本地專用數(shù)據(jù)庫(kù)；軟件平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)屬于軟件平臺(tái)本身自帶的服務(wù)，平臺(tái)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)屬于平臺(tái)固有產(chǎn)物，與其他數(shù)據(jù)庫(kù)不沖突。本地專用數(shù)據(jù)庫(kù)是為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)專門建立，存儲(chǔ)系統(tǒng)測(cè)試生成的原始測(cè)試數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果、測(cè)試報(bào)表等測(cè)試數(shù)據(jù)。本地專用數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)表包含測(cè)試報(bào)告表(tb_TestReport)和測(cè)試源數(shù)據(jù)表(tb_DataSource)。

（2）數(shù)據(jù)上傳設(shè)計(jì)。除本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)外，自動(dòng)測(cè)試軟件還具備專用數(shù)據(jù)接口，為外部數(shù)據(jù)庫(kù)（公司、公用）提供數(shù)據(jù)上傳服務(wù)，該項(xiàng)服務(wù)可通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方式如下：原始上傳；定制上傳。

原始上傳即自動(dòng)測(cè)試軟件將測(cè)試數(shù)據(jù)根據(jù)本地專用數(shù)據(jù)庫(kù)的字段信息生成數(shù)據(jù)包上傳外部數(shù)據(jù)庫(kù)，接收方負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收、解析、本地存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的外部上傳。

定制上傳即自動(dòng)測(cè)試軟件根據(jù)外部數(shù)據(jù)庫(kù)字段信息，將本地測(cè)試數(shù)據(jù)重新按字段進(jìn)行排列，生成符合外部數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)格式的數(shù)據(jù)包，接收方接收數(shù)據(jù)包后，按固定格式進(jìn)行解析并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的外部上傳。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試軟件能夠根據(jù)用戶要求提供數(shù)據(jù)上傳服務(wù)，且不局限于以上兩種，具體實(shí)現(xiàn)方式，可在項(xiàng)目實(shí)施過程中進(jìn)行適應(yīng)性修改，最終建設(shè)目標(biāo)是建立一種最優(yōu)的數(shù)據(jù)上傳方式。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理如圖12 所示。

圖12 數(shù)據(jù)管理工作原理框圖

3.7 報(bào)表處理

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果報(bào)表可利用軟件平臺(tái)的插件庫(kù)中的“微軟辦公軟件報(bào)告生成器插件”編制，其中包含“Word 報(bào)表插件”和“Excel 報(bào)表插件”，便于根據(jù)需求定制標(biāo)準(zhǔn)的Word 或Excel 報(bào)表文檔，用于測(cè)試完成后直接存檔或打印。測(cè)試系統(tǒng)通過測(cè)試報(bào)表序列將測(cè)試結(jié)果根據(jù)相應(yīng)的Word 模板寫入Word 文檔中。

4 測(cè)試與驗(yàn)證

使用開發(fā)的某型塔康自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先，使被測(cè)設(shè)備正常工作，然后進(jìn)行測(cè)試，最后使被測(cè)設(shè)備處于非工作狀態(tài)。每個(gè)步驟如果操作不當(dāng)，就可能導(dǎo)致被測(cè)設(shè)備損壞。

4.1 測(cè)試前操作

在被測(cè)設(shè)備測(cè)試前，首先，需要使被測(cè)設(shè)備正常工作，需要按順序進(jìn)行加電、開機(jī)。由于供電也是導(dǎo)致被測(cè)設(shè)備損壞的原因之一，因此，在加電過程中，需要回讀電壓，判斷是否符合加電需求，確保加電安全。加電有兩種方式，一種是通過軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，另一種是測(cè)試人員操作軟件手動(dòng)完成。

4.2 測(cè)試中操作

在測(cè)試過程中，需要進(jìn)行以下操作：

當(dāng)完成參數(shù)測(cè)試后，需要及時(shí)關(guān)閉信號(hào)輸出。

對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行超差檢查，當(dāng)出現(xiàn)超差時(shí)，按安全保護(hù)措施設(shè)置進(jìn)行處理。

實(shí)時(shí)監(jiān)控供電電壓、遙測(cè)電壓、環(huán)境溫度，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行超差檢查，當(dāng)出現(xiàn)超差時(shí)，按安全保護(hù)措施設(shè)置進(jìn)行處理。

當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)超差，需要進(jìn)行被測(cè)設(shè)備保護(hù)時(shí)，采取的措施依次是關(guān)閉信號(hào)輸出、關(guān)機(jī)、斷電等操作。

4.3 測(cè)試后操作

當(dāng)測(cè)試完成后，需要對(duì)被測(cè)設(shè)備依次進(jìn)行關(guān)機(jī)、斷電操作。

5 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞某型塔康自動(dòng)測(cè)試需求，深入分析了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)工作原理，開展了基于“核心測(cè)試設(shè)備+主控計(jì)算機(jī)+測(cè)試應(yīng)用開發(fā)”的總體技術(shù)方案并完成設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)某型塔康的自動(dòng)測(cè)試及診斷。