基于PXI總線的綜合測試設備設計與實現

收稿日期：2023-08-02

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.05.012

摘" 要：綜合測試設備在被測控制器產品的生產過程中起著關鍵作用，可以提供總裝后的整機調試、環境適應性試驗、交付驗收試驗以及故障排查等功能。該設備采用PXI主控機箱和專用功能模塊作為核心硬件平臺，并使用LabVIEW語言開發測試軟件。通過系統自檢和功能測試，測試設備可以對被測產品進行全面的測試，并生成穩定可靠的測試結果。通過對測試結果的分析和生成綜合測試報告，可以確保被測產品達到預期的功能性能要求。

關鍵詞：測試設備；PXI總線；模塊化；LabView；功能測試；系統自檢

中圖分類號：TN79；TP23" 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）05-0054-05

Design and Implementation of Integrated Test Equipment Based on PXI Bus

WANG Yajing

（Beijing Aerospace Xinli Technology Co.， Ltd.， Beijing" 100143， China）

Abstract： The integrated test equipment plays a crucial role in the production process of the tested controller products， which can provide functions such as overall system debugging， environmental adaptability test， delivery acceptance test， and troubleshooting. This equipment utilizes a PXI master computer and dedicated functional modules as the core hardware platform， and uses the LabVIEW language to develop test software. Through system self-check and functional test， the test equipment can perform comprehensive test of the tested products and generate the stable and reliable test results. By analyzing the test results and generating comprehensive test reports， it ensures that the tested products meet the expected functional and performance requirements.

Keywords： test equipment; PXI bus; modularity; LabView; functional test; system self-check

0" 引" 言

在現代飛行系統中，控制器扮演重要角色，其功能和性能幾乎定義了系統運行的穩定性和可靠性。然而，控制器的生產并非簡而易行的，這個過程包含了多個測試階段，以確保其以最優狀態進入日常運行。科技的進步使得模塊化和集成化度達到了空前的高度，這使得武器系統的控制器更加復雜。測試這些控制器的單項功能成為一項挑戰：既耗時又煩瑣，部分功能甚至無法通過手動方式進行檢測。同時，單項測試需要不斷切換測試工裝，不但浪費了大量的人力和時間，也會由于復雜的操作造成測試結果穩定性下降[1-3]。

因此，目前迫切需要一個控制器綜合測試系統。這樣的系統需要能夠自動化地完成對控制器全方位的功能測試，并生成穩定、可靠的測試結果。通過對這些結果進行深入分析和生成綜合測試報告，可以為保持控制器的出廠功能性能提供堅實保障。這不僅優化了生產流程，節省了人力和時間成本，更有助于確保每一個出廠的控制器都能達到預期性能，從而提高整個飛行系統的可靠性和效率。

1" 系統總體設計

1.1" 系統需求

對于被測控制器產品生產，綜合測試設備承擔關鍵作用，其應用包括總裝后的整機調試、環境適應性試驗、交付驗收試驗以及故障排查等環節[4]。在產品調試過程中，測試設備負責向產品投入激勵信號，并收錄其相應的輸出信號。此外，測試設備所提供的自動測試功能，能夠針對各項測試任務進行翔實的逐項檢測，并能實時展示測試結果。測試數據在完成后被存入數據庫，用戶可以通過數據查詢界面訪問此數據，并進行打印[5，6]。

為了確保測試設備能夠兼容所有預設的測試項目，并滿足在產品調試、試驗、驗收以及故障排查等方面的具體要求，對綜合測試設備設計提出以下具體需求：

1）用戶登錄：用戶啟動測試軟件時，系統應要求用戶輸入賬戶信息；若是新用戶，則應引導其注冊新賬戶以便使用。

2）系統自檢：測試設備應自動進行系統自檢，以確保設備在對目標產品進行電源供給的過程中的安全性。

3）功能測試：測試設備應能對每個測試項目進行自動化測試，一旦發現故障，應立即中止測試并斷開設備對被測產品的電源供給。

4）程序在線升級：測試設備將嵌入式程序

發送給被測控制器產品，使被測產品在免開蓋的情況下實現程序在線升級。

5）數據處理：測試設備應提供測試數據的評估、展示、存儲，以及歷史數據的查詢和打印功能。

1.2" 總體方案

基于上述系統需求，本文提出以下系統設計方案：采用PXI主控機箱加專用功能模塊作為核心硬件平臺，并使用LabVIEW語言開發測試軟件。如圖1所示，該方案的工作原理是，在主機上運行測試軟件，并通過PXI總線驅動各個專用功能模塊，以生成被測產品所需的信號激勵，并完成對被測產品輸出信號的采集和測量。軟件模塊負責測試數據的計算、分析和判讀，并通過顯示器將詳細的測試結果展示出來，從而實現對被測產品的全面測試[7-9]。

測試設備具備兩種可切換的工作模式：系統自檢和功能測試。在系統自檢模式下，將測試設備通過測試電纜連接自檢口，測試軟件發出控制信號，實現對測試設備的自檢；在功能測試模式下測試設備與被測產品互聯，測試軟件發出的控制信號，測試設備提供被測產品所需的外部信號，測試軟件讀取和處理被測產品的測試結果，實現對被測產品的功能測試。

為滿足被測產品的測試需求，測試設備具備以下接口功能：16路四線制電阻測試回路、4路無源開關量信號輸出、2路無源開關量信號輸入、16路有源開關量輸出、12路有源開關量輸入以及1路1553B總線接口通信功能。

2" 硬件設計與實現

2.1" 硬件總體設計

綜合測試設備由一臺19寸8U高的標準機箱組成，包括機柜前面板和后面板。機箱前面板包括標牌、測試電源、顯示屏、鍵鼠和USB接口，如圖2所示；后面板包括機柜電源、測試接口和自檢接口，如圖3所示。

顯示器、打印機和鍵鼠通過標準接口與PXI主控機箱連接，而專用功能模塊則集成在主控機箱內部。信號調理箱用于連接被測產品和測試設備，其內部包含自檢電路和測試電路。此外，還有8根測試電纜，用于在系統自檢和功能測試過程中傳送控制指令和測試數據。

在設備連接完成后，用戶可通過顯示器選擇工作模式。測試設備將自動對被測控制器的全部功能進行測試，并具備被測控制器產品程序的升級功能。無須打開被測產品，用戶可以通過本系統在線將程序下載到被測產品中，實現升級操作，保證了被測產品的穩定性和封裝性。

圖2" 設備機箱前面板

圖3" 設備機箱后面板

2.2" PXI主控機箱組成

本系統采用了PXI主控機箱作為核心設備，其中包括PXI控制器和機箱，如圖4所示。PXI主控機箱型號為PXIe-1084，具有17個可擴展插槽，提供了豐富的擴展能力。控制器采用了PXIe-8840型號，安裝在機箱的擴展插槽內。控制器通過PCI通信協議，提供232接口和485接口，用于與程控電源通信。這樣的設計配置不僅確保了系統的可靠性和穩定性，還為系統提供了強大的通信能力和靈活的擴展性。

圖4" PXI測試主控機箱

2.3" 專用功能模塊

專用功能模塊安裝在機箱的擴展插槽內。專用功能模塊包括PXI-4065數字多用表模塊、1553B通信模塊、PXI-RY01矩陣開關模塊、PXI-32IC數字輸入檢測模塊各1塊，以及2塊PXI-HCK0301繼電器控制模塊。

PXI-4065數字多用表模塊是一種具有6 1/2精度和300V測量范圍的數字多用表。它提供了交流和直流電壓、電流測量以及2線和4線電阻測量接口，用于進行電阻、電壓和電流的測量。

1553B通信模塊包含了一塊1553B總線通信卡（BC）和兩個耦合器。該模塊實現了BC和RT之間的數據交互。1553B總線通信卡是一種單通道多功能板卡，具有16Mx16b SDRAM數據存儲區，可緩沖32條消息中斷。

PXI-RY01模塊是一種4線制16選1通道選通設備，其動作時間小于2 ms，能夠承受1A 28VDC的負載。

PXI-HCK0301模塊具有32路無源觸點輸出，其動作時間小于2 ms，釋放時間小于4 ms，負載1A 28VDC；可用于輸出開關量的通斷狀態。

以上這些專用功能模塊組合在一起，為系統提供了豐富的測試和控制能力。它們在測量、通信、電路切換等不同方面起到重要的作用，為測試設備提供了靈活和全面的功能支持。

2.4" 硬件工作原理

在測試過程中，主控機箱通過上位機軟件控制電源和專用功能模塊。上位機軟件通過PCI總線向專用功能模塊發送自檢指令，專用功能模塊通過信號調理箱的自檢電路進行自檢。

自檢完成后，上位機軟件通過PXI總線發送測試指令給專用功能模塊。專用功能模塊使用數字多用表模塊讀取限流電阻的電阻值。

為了實現主控機箱與被測設備之間的通信，采用了1553B模塊。主控機箱通過1553B模塊將嵌入式程序發送給被測設備，實現被測設備程序的在線升級。主控機箱還通過1553B發送開出信號控制指令給被測設備，并對開出信號進行采集和判讀。

PXI-RY01矩陣開關用于根據所選通的電阻和電壓輸入，通過信號調理箱來控制多用表與被測設備之間的測試通道切換；PXI-HCK0301繼電器測試模塊接收主控機箱的控制指令，實現對被測設備數字量輸入和輸出的控制；PXI32IC數字輸入檢測模塊用于檢測數字量輸入信號，并將檢測結果發送到控制機箱，完成數字量輸入和輸出信號的測試。

最后，控制機箱的上位機軟件收到測試結果后，對測試結果進行判斷，并輸出測試結果報表。

3" 軟件設計

3.1" 軟件總體設計

測試軟件對測試設備的功能實現與性能的提升起到載體的作用，在整個測試設備的研制過程中，測試軟件設計占據了重要的地位[10]。測試軟件采用了三層架構，包括應用層、業務層和接口層，如圖5所示。

圖5" 軟件設計架構

在應用層，用戶與軟件進行交互。這一層包括了菜單欄、工具欄、參數設置、測試信息、結果顯示和狀態欄等組件，用于提供友好的用戶界面和操作方式。

業務層負責實現軟件的具體功能和業務邏輯。這一層包括了用戶登錄、系統自檢、功能測試、程序在線升級和數據處理，在實現軟件的功能和業務邏輯方面起著關鍵的作用，3.2節中將進一步展開介紹。

接口層主要負責與外部系統、設備或文件進行交互。本地文件接口包括配置文件接口和文本文件接口，用于讀取、編輯和存儲本地文件的配置信息和文本內容；硬件接口包括與專用功能模塊進行通信的接口，用于與各種硬件設備進行數據交互；通信接口則涉及1553B通信接口，用于與被測設備之間的數據傳輸。

通過這樣的軟件架構，實現了功能的模塊化分層，提高了軟件的可維護性和擴展性，同時也提供了靈活的接口，與其他系統、設備和文件進行無縫集成。

3.2" 軟件功能設計

3.2.1" 用戶登錄

啟動測試軟件，需輸入用戶名和密碼；對于新用戶，需要先進行注冊才能登錄測試軟件。登錄成功后，系統自動進入自檢部分，用戶登錄子模塊如圖6所示。

3.2.2" 系統自檢

選擇自檢功能，并點擊開始自檢，軟件開始執行自檢操作。在自檢過程中，如果某個功能自檢結果不正確，相應的自檢信息會以紅色顯示，并彈出提示框詢問用戶是否繼續自檢，用戶可以隨時停止自檢以進行硬件維護。自檢完成后，自檢結果會被保存，如圖7所示。

3.2.3" 功能測試

選擇功能測試，用戶需要填寫測試信息，包括被測產品編號、型號、測試地點、測試階段等；其他信息，如測試人和測試時間，系統會自動獲取，如圖8所示。填寫完成后，開始進行功能測試。功能測試開始后，系統按照順序進行電阻測試功能測試、無源開關量輸出功能測試、無源開關量輸入功能測試、有源開關量輸出功能測試和有源開關量輸入功能測試。在測試過程中，如果出現不合格項，系統會彈出提示窗口詢問用戶是否繼續測試，用戶可以選擇停止測試。測試完成后，測試結果會保存在數據庫和本地文件夾中。

3.2.4" 程序在線升級

用戶選擇本地升級程序，并通過1553B通信方式將程序下載到被測控制器的FLASH中；然后，測試系統讀取被測控制器上FLASH中的程序，并與本地程序進行數據校驗；校驗通過后，判定DSP程序升級成功。程序的校驗方法包括對比DSP型號、DSP內部數據區、FLASH參數區和FLASH程序區，只有當所有對比一致時，校驗才會通過。

3.2.5" 數據處理

功能測試完成后，測試結果會保存在數據庫和本地文件夾中。在數據處理界面，查看歷史數據列表，所有系統自檢和功能測試均在測試列表中；查看各條測試記錄，應記錄被測產品編號、型號、測試地點、測試階段、測試人員和測試時間等信息；測試記錄可以報表形式打印和導出。

4" 試驗結果與分析

測試設備研制完成后進行了系統測試以驗證其是否達到了預期的系統需求，系統測試流程如圖9所示，系統測試情況如表1所示。

通過上述系統測試表明，基于PXI總線的綜合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、試驗、驗收以及故障排查等方面的測試要求。

圖9" 系統測試流程

表1" 系統測試情況

系統需求 測試情況 結論

用戶登錄 使用正確用戶名和密碼登錄軟件，可進行測試；使用錯誤用戶名或密碼無法登錄 合格

系統自檢 接自檢電纜進行自檢，拔下電纜會出現異常并可選擇繼續或停止自檢 合格

功能測試 使用功能測試電纜連接被測產品，執行功能測試操作并查看測試結果，拔下電纜會出現異常并可選擇繼續或停止測試 合格

程序在線升級 選擇正確或錯誤的程序版本進行加載，測試過程中會表現出相應結果 合格

數據處理 查看歷史數據列表，覆蓋所有測試記錄，可以報表形式打印和導出所有測試記錄 合格

5" 結" 論

基于PXI總線的綜合測試設備的設計與實現為被測控制器產品的生產提供了有效的測試解決方案。該設備能夠自動化地完成對控制器的全方位功能測試，并生成穩定可靠的測試結果。通過對測試結果的分析和生成綜合測試報告，可以為保持控制器的出廠功能性能提供堅實保障。這不僅優化了生產流程，節省了人力和時間成本，更有助于提高整個飛行系統的可靠性和效率。未來，可以進一步完善和優化該綜合測試設備，以滿足不斷發展的控制器產品測試需求。

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作者簡介：王亞京（1990—），男，漢族，河北石家莊人，高級工程師，碩士，研究方向：測控技術與儀器。