通用檢測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)適配器及描述軟件的研究*

方 丹,崔少輝,盧慧卿,陳衛(wèi)榮

(1解放軍軍械工程學(xué)院,石家莊 050003;2 69080部隊(duì),烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著武器裝備種類和型號(hào)的更新?lián)Q代,大量高新技術(shù)應(yīng)用到武器裝備的設(shè)計(jì)制造中,武器裝備的作戰(zhàn)效能得到了大幅提升,同時(shí)也增加了武器裝備測(cè)試的難度。為了解決面向作戰(zhàn)群裝備保障、提高裝備保障效率、降低武器裝備全壽命周期費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)資源整合等重大難題,在研項(xiàng)目對(duì)通用檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究,對(duì)檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

通用檢測(cè)系統(tǒng)包括檢測(cè)平臺(tái)、檢測(cè)適配器及軟件兩大部分,在裝備檢測(cè)適配器及軟件的配合下,系統(tǒng)可完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的性能測(cè)試與故障診斷。具體型號(hào)裝備的測(cè)試、診斷項(xiàng)目的完成取決于與其配屬的適配器的軟硬件設(shè)計(jì),文中將對(duì)適配器及描述軟件進(jìn)行研究和介紹。

1 檢測(cè)適配器的研究

通用檢測(cè)系統(tǒng)的硬件主要由主控計(jì)算機(jī)、總線接口、各種測(cè)試儀器、開關(guān)系統(tǒng)、輔助設(shè)備及連接器和適配器組成。本節(jié)將對(duì)檢測(cè)適配器的組成和設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1.1 適配器的組成

系統(tǒng)中測(cè)試資源不直接與被測(cè)對(duì)象相連,而是通過連接器-適配器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),如圖1所示。連接器連接測(cè)試資源,適配器連接被測(cè)對(duì)象設(shè)備,適配器和連接器之間通過測(cè)試接口實(shí)現(xiàn)互連。

檢測(cè)適配器及軟件是一套檢測(cè)裝置和測(cè)試描述軟件,可以通過檢測(cè)平臺(tái)完成裝備的檢測(cè)與故障診斷,被測(cè)對(duì)象可以是裝備的整機(jī)、分系統(tǒng)、部組件、電路板等。

圖1 連接器-適配器系統(tǒng)

圖2 檢測(cè)適配器及軟件的組成

如圖2所示,檢測(cè)適配器及其軟件包括:適配器機(jī)箱、檢測(cè)電纜或卡具、操作使用說明、測(cè)試描述軟件及輔助設(shè)備等。

其中輔助設(shè)備指被測(cè)對(duì)象測(cè)試時(shí)所需平臺(tái)和適配器以外的專用設(shè)備,針對(duì)被測(cè)對(duì)象專門設(shè)計(jì),通過串口或USB口與通用檢測(cè)平臺(tái)通信。

檢測(cè)電纜/卡具是指適配器機(jī)箱到被測(cè)對(duì)象的連接電纜或固定被測(cè)電路板的卡具。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的需求,測(cè)試電纜采用專用電纜或散線焊接電纜兩種形式。測(cè)試卡具用于固定被測(cè)電路板,安裝在適配器頂蓋上,并設(shè)有電路板導(dǎo)入槽或?qū)к?以方便電路板到測(cè)試插座的連接。不使用時(shí),測(cè)試卡具能夠放倒或可拆卸,以減小適配器占用體積。

適配器機(jī)箱由適配器接口組件、適配器箱體、適配器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路等組成,下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.2 適配器接口組件及箱體

適配器接口組件用于連接平臺(tái)上的測(cè)試資源連接器,實(shí)現(xiàn)適配器與平臺(tái)測(cè)試資源信號(hào)的可靠連接,包括連接框、信號(hào)連接模塊、盲板、護(hù)蓋等四部分,如圖3所示。

圖3 適配器接口組件

其中信號(hào)連接模塊是信號(hào)連接插針(孔)的載體,固定于連接框上,每個(gè)適配器連接框最多可安裝25個(gè)模塊。模塊的數(shù)量、類型、位置及各模塊使用的插針數(shù)量根據(jù)適配器所需信號(hào)及平臺(tái)連接器的針圖確定。不安裝信號(hào)連接模塊的位置上安裝盲板,以減少電磁泄露、削弱外界電磁輻射,并可保持適配器機(jī)箱的完整和美觀,防止灰塵進(jìn)入適配器機(jī)箱內(nèi)部。

適配器機(jī)箱為長方體,連接框端面是適配器機(jī)箱與適配器連接框相連的端面;適配器面板可安裝插座、開關(guān)、指示燈、輔助測(cè)量端口等;機(jī)箱頂蓋采用可拆卸結(jié)構(gòu),以方便機(jī)箱內(nèi)電纜和電路板的焊接和維修,對(duì)于被測(cè)對(duì)象為電路板的適配器,頂蓋上可安裝電路板插座和測(cè)試卡具。

1.3 適配器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路

根據(jù)機(jī)箱的尺寸,適配器分為三種規(guī)格,并按內(nèi)部是否安裝屏蔽機(jī)籠分為“有機(jī)籠”和“無機(jī)籠”,按機(jī)籠內(nèi)放置的接口板卡尺寸分為“大板卡”和“小板卡”。

1.3.1 適配器電路

適配器電路設(shè)計(jì)要遵循標(biāo)準(zhǔn)化、抗干擾及安全性技術(shù)要求,因此,適配器電路設(shè)計(jì)的原則為:1)適配器內(nèi)部以直接連線為主,對(duì)于必要的信號(hào)調(diào)理電路,應(yīng)盡量采用無源器件,避免采用受環(huán)境參數(shù)影響大的有源器件,以減少測(cè)試結(jié)果的不確定性因素;2)適配器結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),增加適配器可靠性與可維護(hù)性;適配器信號(hào)調(diào)理模塊優(yōu)先考慮采用總線結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和“底板+插板”的結(jié)構(gòu)形式;3)適配器中盡量避免使用開關(guān)。

抗干擾設(shè)計(jì)的目的是減少檢測(cè)診斷設(shè)備中的電磁干擾:1)高電壓、大電流以及高頻等信號(hào)的開關(guān)通道與其它信號(hào)的開關(guān)通道在空間上應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離,閑置的開關(guān)要接地;2)接地設(shè)計(jì)是要合理的分配各種信號(hào)的接地點(diǎn),按“地”在設(shè)備中所起的不同作用,可把“地”劃分為:信號(hào)地、功率地、屏蔽地、安全地。

安全性設(shè)計(jì)的目的是設(shè)備發(fā)生故障或操作人員誤操作時(shí),保護(hù)操作者的安全和避免測(cè)試設(shè)備的損壞:

1)防插錯(cuò)設(shè)計(jì)的目的是從技術(shù)上減少人為帶來的差錯(cuò),根據(jù)可能的出錯(cuò)情況采取相應(yīng)的防范措施,保證檢測(cè)診斷設(shè)備正常運(yùn)行,具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括:a)適配器和各種線纜都應(yīng)有明確、唯一的標(biāo)識(shí);b)為了杜絕線纜錯(cuò)誤連接,應(yīng)選擇不同物理結(jié)構(gòu)的線纜接插件;c)合理設(shè)計(jì)開關(guān)布局與結(jié)構(gòu),各種開關(guān)要有顯著的名稱標(biāo)識(shí),以防止用戶誤操作;d)對(duì)于僅靠硬件設(shè)計(jì)無法避免的差錯(cuò),要通過測(cè)試軟件的配合,防止錯(cuò)誤發(fā)生。

2)適配器要有測(cè)試線纜的識(shí)別電路。識(shí)別電路的設(shè)計(jì)原理如圖4所示。不同的適配器選擇不同阻值的電阻R1～Rn,測(cè)試線纜內(nèi)預(yù)先連接與適配器上的插座i(1≤i≤n)對(duì)應(yīng)的短路線,與插座i對(duì)應(yīng)的測(cè)試電纜連好后,電阻 R i短路,通過測(cè)量適配器中總的識(shí)別電阻值Rx,分析此阻值,即可判斷電路是否連好,以及是否連接了正確的適配器和測(cè)試專用電纜。如果同一插座上可連接多個(gè)被測(cè)對(duì)象,應(yīng)在與被測(cè)對(duì)象對(duì)應(yīng)的測(cè)試電纜上連接不同的電阻R,使總的識(shí)別電阻Rx隨被測(cè)對(duì)象的不同而有所差異。

對(duì)于測(cè)試接口完全相同的被測(cè)對(duì)象,通過測(cè)量被測(cè)對(duì)象端口上的特征電阻Ri加以區(qū)別。

3)必須滿足一系列安全供電條件,在不危及操作人員、被測(cè)設(shè)備和檢測(cè)診斷設(shè)備的前提下,檢測(cè)診斷設(shè)備才能向被測(cè)對(duì)象供電。

4)要通過增加保護(hù)電阻、軟件延時(shí)等措施,避免并聯(lián)的多個(gè)開關(guān)非正常同時(shí)接通造成的短路現(xiàn)象。

1.3.2 適配器編碼

適配器編碼按“數(shù)據(jù)方式(1或2)+裝備類別碼(01～60)+裝備型號(hào)碼(01～60)+適配器(01～99)”的格式進(jìn)行編碼。采用二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)。其中,數(shù)據(jù)方式2位,武器類別6位,裝備型號(hào)6位,適配器編碼8位。

圖4 測(cè)試線纜識(shí)別電路設(shè)計(jì)

圖5 并行方式適配器識(shí)別碼的組成

數(shù)據(jù)方式有并行和串行兩種,并行方式適配器編碼的組成如圖5所示,其中 P10.7固定為低電平,P10.6固定為高電平。串行方式使用P10.7、P10.6和P11.5三位,分別為加載線、時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)線,其它線可作為普通的測(cè)試資源,但P10只能用作輸出線、P11只能用作輸入線,且適配器設(shè)計(jì)時(shí),P10.7應(yīng)有5.1～10k上拉電阻,P10.6應(yīng)有5.1～10k下拉電阻,以區(qū)別并行方式下P10.7和P10.6線的狀態(tài)。

無論是并行方式還是串行方式,檢測(cè)平臺(tái)先并行讀出P10的數(shù)據(jù),并根據(jù)P10.7和P10.6判斷編碼數(shù)據(jù)的方式。若為并行方式,則繼續(xù)讀出P11和P9的數(shù)據(jù);若為串行方式,則改P10為輸出方式,按時(shí)序加載數(shù)據(jù)并輸出時(shí)鐘,從P11.5上讀出所有編碼數(shù)據(jù)。

2 測(cè)試描述軟件的研究

通用檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測(cè)試資源豐富、被測(cè)對(duì)象繁多,為此在軟件平臺(tái)研究中開發(fā)了一系列輔助工具和程序庫來支持測(cè)試軟件的高效開發(fā),如被測(cè)對(duì)象信號(hào)與適配器描述工具、測(cè)試通道配置工具等。在測(cè)試描述過程中,這些輔助工具可以生成被測(cè)對(duì)象信號(hào)與適配器描述、測(cè)試通道配置描述、測(cè)試流程描述、故障診斷描述等文檔,這些文檔詳細(xì)描述了被測(cè)對(duì)象信號(hào)、適配器的調(diào)理關(guān)系、測(cè)試端口與開關(guān)的映射關(guān)系、被測(cè)對(duì)象的測(cè)試過程以及故障診斷流程等,使用文檔可減少適配器設(shè)計(jì)人員與檢測(cè)軟件編寫人員之間繁瑣的溝通。

2.1 被測(cè)對(duì)象信號(hào)與適配器描述

被測(cè)對(duì)象信號(hào)與適配器描述包括兩個(gè)方面:根據(jù)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試信息,對(duì)被測(cè)對(duì)象信號(hào)的描述;根據(jù)適配器的硬件電路,對(duì)適配器信號(hào)調(diào)理關(guān)系及控制信號(hào)信息的描述。

以上描述采用被測(cè)對(duì)象信號(hào)描述和適配器描述工具完成,該工具自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化描述文檔。描述工具主界面及生成的文檔如圖6所示。

圖6 UUT信號(hào)與適配器描述工具及生成的文檔

2.2 測(cè)試通道配置描述

測(cè)試通道配置是指:經(jīng)適配器轉(zhuǎn)接后,被測(cè)對(duì)象測(cè)試端口到連接器上開關(guān)模塊針腳的映射關(guān)系。

測(cè)試通道配置描述采用測(cè)試通道配置工具完成,該工具可圖形化顯示平臺(tái)上各種類型的開關(guān),將用戶配置保存到配置文件中去,可通過更新組件實(shí)現(xiàn)配置文件格式的自動(dòng)更新。描述工具主界面及生成的文檔如圖7所示。

2.3 測(cè)試流程描述

測(cè)試流程主要描述被測(cè)對(duì)象的測(cè)試過程,測(cè)試流程描述方法可根據(jù)裝備檢測(cè)軟件開發(fā)模式確定。根據(jù)測(cè)試軟件開發(fā)的需要,主要有兩種模式,描述語言開發(fā)模式和數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式。對(duì)于具有復(fù)雜時(shí)序的被測(cè)對(duì)象,推薦選用描述語言的軟件開發(fā)模式;對(duì)于需要頻繁人機(jī)交互且測(cè)試過程比較簡單的被測(cè)對(duì)象,推薦選用數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式。

圖7 測(cè)試通道配置工具及生成的文檔

選用描述語言開發(fā)模式的適配器利用測(cè)試流程描述語言完成測(cè)試流程的描述,并最終形成WORD文檔。測(cè)試流程描述語言是以中文為基礎(chǔ)的,并采用近似工作中使用的詞匯、語法來實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試流程的標(biāo)準(zhǔn)化描述,便于裝備工程師快速掌握使用,同時(shí)也使得測(cè)試程序具有良好的可讀性。編寫測(cè)試流程時(shí)可以利用前面工具生成的描述文檔,添加相應(yīng)的流程控制、邏輯、程序結(jié)構(gòu)等語句,完成對(duì)測(cè)試流程的描述并生成文檔。以某裝備測(cè)試為例,其適配器測(cè)試流程描述文檔如圖8所示。

圖8 某裝備測(cè)試流程描述文檔

選用數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式的適配器則采用樹形結(jié)構(gòu)的流程圖完成測(cè)試流程的描述,并最終形成WORD文檔,在此不做詳細(xì)介紹。

另外在測(cè)試軟件開發(fā)過程中,根據(jù)功能分類對(duì)儀器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了封裝,形成了功能接口軟件包。其主要功能有:提供測(cè)試設(shè)備上所有測(cè)試/激勵(lì)功能接口函數(shù),提供測(cè)試結(jié)果管理功能接口庫,提供數(shù)據(jù)分析與處理的功能接口庫。

2.4 故障診斷描述

故障診斷描述是對(duì)被測(cè)對(duì)象故障診斷流程的描述。根據(jù)適配器開發(fā)模式的不同有兩種方式完成描述,并生成相應(yīng)的文檔。

選用數(shù)據(jù)庫開發(fā)模式的適配器利用數(shù)據(jù)庫錄入工具填寫測(cè)試診斷流程,生成數(shù)據(jù)庫文件。

選用描述語言開發(fā)模式的適配器利用平臺(tái)軟件提供的故障診斷工具包填寫檢測(cè)數(shù)據(jù)與故障原因之間的映射關(guān)系,并由故障診斷工具包生成故障診斷描述文件,如圖9所示。

圖9 故障診斷工具

故障診斷工具包的功能是根據(jù)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試信息對(duì)其進(jìn)行故障診斷,其主要功能為:提供基于模糊關(guān)系矩陣的故障診斷通用框架,由用戶根據(jù)不同的被測(cè)對(duì)象,建立基于模糊關(guān)系矩陣的故障診斷系統(tǒng);根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù),對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行診斷;根據(jù)用戶對(duì)診斷結(jié)果的反饋信息,修正模糊關(guān)系矩陣。

3 總結(jié)

檢測(cè)適配器與描述軟件是通用檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分,檢測(cè)適配器具有自檢識(shí)別功能,即根據(jù)適配器編碼,平臺(tái)能夠自動(dòng)識(shí)別檢測(cè)適配器,保證平臺(tái)的安全運(yùn)行;測(cè)試描述軟件可以提供使用相關(guān)軟件工具開發(fā)的測(cè)試信號(hào)、測(cè)試資源及開關(guān)系統(tǒng)配置、測(cè)試診斷流程等內(nèi)容的規(guī)范化描述。通用檢測(cè)平臺(tái)在裝備檢測(cè)適配器及測(cè)試軟件的配合下,可以完成中繼級(jí)維修機(jī)構(gòu)被測(cè)對(duì)象的性能測(cè)試與故障診斷任務(wù)。

[1] IEEE.IEEE Std 1641.IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].2004.

[2] 盧慧卿,孟晨,方丹,等.通用檢測(cè)系統(tǒng)的研究和實(shí)現(xiàn)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2010,30(5):185-188.

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[4] 盧慧卿,孟晨,王成,等.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中測(cè)試通道配置工具的開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2010,18(5):978-980.