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    一種雙余度飛控計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

    2014-11-14 11:18:27韓晨曹興岡陳帥
    現(xiàn)代電子技術(shù) 2014年22期

    韓晨+曹興岡+陳帥

    摘 要: 隨著測試設(shè)備對(duì)性能要求的不斷提高,PXI測試技術(shù)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生,并將其應(yīng)用于機(jī)載計(jì)算機(jī)ATE設(shè)備軟、硬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模擬、離散及數(shù)字通訊接口設(shè)計(jì)以及測試設(shè)備自身計(jì)量校準(zhǔn)設(shè)計(jì)等,并為機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)備及類似測試設(shè)備提供優(yōu)良的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,其采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化思想,通用性和推廣性極強(qiáng)。介紹了雙余度飛控計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試設(shè)備的設(shè)計(jì),分別對(duì)自動(dòng)測試設(shè)備的組成、技術(shù)指標(biāo)以及軟件和硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,對(duì)雙余度飛控計(jì)算機(jī)模擬量、離散量、ARINC429、RS232等性能指標(biāo)進(jìn)行測試。該設(shè)備測試精度高,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,具備設(shè)備自檢能力,具有一定實(shí)用性和推廣價(jià)值。

    關(guān)鍵詞: 雙余度; 飛控計(jì)算機(jī); 自動(dòng)測試系統(tǒng); PXI

    中圖分類號(hào): TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2014)22?0056?04

    Software and hardware design of an automatic test system for dual?redundancy FLCC

    HAN Chen, CAO Xing?gang, CHEN Shuai

    (Aeronautics Computing Technique Institute, Xian 710068, China)

    Abstract: Along with the continuous raising of performance requirement for the test equipment, the PXI test technique platform emerge with the tide of the times, and is applied to the structure design of airborne computer ATE software and hardware system, as well as the design of simulation, discrete and digital communication interface, and calibration of the test equipment. The perfect system design project was provided for the airborne computers and similar test equipments. It has very strong universality and generalization due to its modularization and standardization. The design of the automatic test system for dual?redundancy FLCC is introduced. The composition, technique index, software design and hardware design of the automatic test equipment are described. The emulation quantity, discrete quantity, ARINC429 and RS232 of the dual?redundancy FLCC were tested with the system. Its test accuracy is high. It has stable and reliable operation.

    Keyword: dual?redundancy; FLCC; automatic test system; PXI

    隨著測試設(shè)備對(duì)性能要求的不斷提高,PXI測試技術(shù)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展(PXI)是一種堅(jiān)固的基于PC的測量和自動(dòng)化平臺(tái)[1]。PXI作為測量和自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)載平臺(tái)具有高性能、低成本的特點(diǎn),目前已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于各種測試領(lǐng)域[2]。

    1 設(shè)備組成

    整個(gè)設(shè)備由機(jī)柜、散熱風(fēng)扇、標(biāo)牌、斷點(diǎn)板、信號(hào)調(diào)理箱、顯示器、鍵盤鼠標(biāo)、PXI測試系統(tǒng)、28 V程控電源模塊和等部分組成。

    2 硬件設(shè)計(jì)

    2.1 該設(shè)備有以下幾個(gè)功能模塊

    (1) 離散量輸出模塊

    模擬外設(shè)信號(hào)類型,給待測件提供所需的30路離散量輸入信號(hào)。

    (2) 離散量輸入模塊

    模擬外設(shè)信號(hào)類型,采集待測件輸出的28路離散量輸出信號(hào),在結(jié)構(gòu)上采取光電隔離,減少對(duì)待測件的影響及對(duì)測試設(shè)備進(jìn)行隔離保護(hù)。

    (3) 模擬量輸出模塊

    模擬外設(shè)信號(hào)類型,給待測件提供所需的21路模擬量輸入信號(hào),包含直流模擬量和交流模擬量。

    (4) 模擬量輸入模塊

    采集待測件輸出的八路模擬量信號(hào),驗(yàn)證待測件的好壞及性能。

    (5) 電源模塊

    電源模塊分3部分,第1部分給待測件供28 V供電電源,該路可控調(diào)整;第2部分給測試設(shè)備離散信號(hào)及控制回路提供供電電源。

    (6) 信號(hào)調(diào)理箱

    提供信號(hào)變化和對(duì)外設(shè)的控制,分2部分,調(diào)理箱Ⅰ主要完成離散量信號(hào)的模擬及測試設(shè)備本身一些信號(hào)的操作控制,調(diào)理箱Ⅱ主要完成對(duì)被測件模擬信號(hào)的采集和輸出及回繞測試過程中信號(hào)的切換。

    (7) 總線信號(hào)發(fā)送、接收模塊

    整機(jī)配備ARINC429信號(hào)5路輸入/輸出可配置;RS 422信號(hào)1路輸出信號(hào)。

    2.2 測試設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

    (1) PXI機(jī)箱,選用NI公司PXI?測試設(shè)備主要技術(shù)參1042Q,主要技術(shù)指標(biāo):提供8個(gè) 3U PXI/CompactPCI 插槽(1個(gè)系統(tǒng)插槽,7個(gè)外設(shè)插槽);具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的400 W ATX 供電電源;帶有溫度、電壓和風(fēng)扇監(jiān)控LED燈。

    (2) 零槽控制器,選用NI公司的控制器 NI PXI?8106,該控制器技術(shù)指標(biāo):2.16 GHz Intel Core 2 Duo T7400雙核處理器 ;2 GB DDR2 內(nèi)存;10/100/1 000 BaseTX (千兆)以太網(wǎng), ExpressCard/34插槽, 4個(gè)高速USB端口;集成的硬盤, GPIB, 串口及其他外圍I/O。

    (3) 數(shù)字I/O卡,選用NI公司PXI?6515,主要技術(shù)指標(biāo):隔離的32路漏/源輸入(±30 V DC) ;看門狗,可編程的上電狀態(tài),變化檢測,輸入濾波器,高電流驅(qū)動(dòng) ;高度可靠的工業(yè)特性 工業(yè)24 V邏輯閾值;32路漏輸出(±30 V DC, 單通道475 mA,所有通道均為125 mA)。

    (4) 模擬量輸出卡,選用NI公司PXI?6723,主要技術(shù)指標(biāo):單通道時(shí)采樣速率為每通道800 KS/s,32通道時(shí)為每通道45 KS/s ;轉(zhuǎn)換速度不超過10 kHz滿量程正弦波;NI?DAQmx測量服務(wù)軟件使配置和測量更簡單;同步更新,板載或外部更新時(shí)鐘。

    (5) 模擬量采集卡,選用凌華公司cPCI?9112,主要技術(shù)指標(biāo):16通道模擬量采集,2通道模擬量輸出;輸出支持外部參考。

    (6) 串口卡,選用NI公司 PXI?8430,該串口卡主要技術(shù)指標(biāo)如下所示:高速DMA接口最大程度地降低了CPU開銷 ;57 b/s~1 000 Kb/s可變的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)波特率 ;128 B傳輸和接收FIFO;全部16個(gè)端口上的傳輸速率高達(dá)1 Mb/s ;完全支持多核處理器與超線程 ;2條電纜 (68針VHDCI轉(zhuǎn)8個(gè)DB9公口)。

    (7) ARINC429卡,選用EXC?4000cPCI/X4K?B1,主要技術(shù)指標(biāo):10個(gè)通信端口,可任意配置為輸入、輸出;傳輸速率支持 12.5 Kb/s,100 Kb/s;直流供電電源,選用朝陽4NIC?QQ系列電源,主要技術(shù)指標(biāo):低噪音 高效率;性價(jià)比高 體積?。恢亓枯p 新型AC/DC變換器;設(shè)計(jì)裕量大;工作頻率150~500 kHz。

    (8) 機(jī)柜面板上安裝有斷點(diǎn)板,最大提供400路信號(hào)的檢測。方便設(shè)備檢修及故障診斷。

    3 軟件設(shè)計(jì)

    測試設(shè)備系統(tǒng)軟件主要包括下列幾部分:測試部分、自檢部分、回繞測試部分、校準(zhǔn)測試部分。各部分通過管理界面有機(jī)的統(tǒng)一在一起,方便操作使用。本次設(shè)計(jì)下位機(jī)系統(tǒng)采用NI的PXI系統(tǒng),相應(yīng)地在開發(fā)軟件環(huán)境上選用直觀、方便的NI Labview 8.6;操作系統(tǒng)選用大眾化的WindowsXP[3]。軟件流程如圖1所示。

    圖1 應(yīng)用軟件流程圖

    測試主界面如圖2所示。

    圖2 測試主界面圖

    4 工作原理

    測試設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。測試設(shè)備電源組件給被測試計(jì)算機(jī)提供工作電源,待被測試計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后,仿真組件模擬飛機(jī)傳感器信號(hào),將其被測試計(jì)算機(jī)輸入端口,在被測試計(jì)算機(jī)內(nèi)部將信號(hào)離散化,對(duì)離散化后數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和監(jiān)控,然后再將處理后的數(shù)據(jù)還原,輸出到輸出端口去控制舵機(jī)動(dòng)作、告警顯示等[4]。因此,在測試設(shè)備上,采集組件接收被測試計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào),經(jīng)過工業(yè)計(jì)算機(jī)處理并顯示在測試界面,作為測試被測試計(jì)算機(jī)是否工作正常的依據(jù)[5]。測試系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、飛控計(jì)算機(jī)傳感器模擬部分、測試控制面板、端接板適配器部分、電源部分等6部分組成[6]。

    圖3 原理框圖

    根據(jù)測試需求,測試可劃分為:

    (1) 機(jī)內(nèi)自測試。測試軟件通過RS 232發(fā)送操作命令控制UUT執(zhí)行自測試操作,讀取測試結(jié)果。

    (2) 離散量輸入測試。離散量輸入測試分為A、B通道測試,A、B通道各包含30路,信號(hào)分為28 V/開24路,28 V/地4路,地/開2路。通過輸入門限電壓值確定離散量狀態(tài),并回采離散量,比較回采值與被測設(shè)備的采集值判斷測試結(jié)果。離散量輸入框圖如圖4,圖5所示。

    圖4 28 V/地離散量信號(hào)輸出電路

    (3) 離散量輸出測試。離散量輸出測試分為A、B通道測試,A、B通道各包含28路,信號(hào)分為27 V/開5路,地/開22路。A通道測試可調(diào)用離散量輸出測試程序,B通道測試先置A通道CPU掛起,即A通道CPU的GSE信號(hào)置“1”,然后調(diào)用離散量輸出測試程序。控制被測設(shè)備輸出離散量狀態(tài),經(jīng)調(diào)理電路通過模擬量采集板卡采集離散量輸出狀態(tài)的門限電壓值。

    離散量輸出框圖如圖6,圖7所示。

    (4) 模擬量輸入測試。模擬量輸入測試分為A、B通道測試。模擬量輸入A、B通道信號(hào)相同,直流模擬量輸入14路,單相交流模擬量輸入7路,每一路根據(jù)模擬量范圍設(shè)置5或3個(gè)測試點(diǎn),通過模擬量輸出卡輸出模擬量經(jīng)調(diào)理電路給被測設(shè)備。其中交流模擬量為了保證其相位與被測設(shè)備激勵(lì)相位相同,通過同一信號(hào)源進(jìn)行變換分別輸入給被測設(shè)備。模擬量輸入實(shí)現(xiàn)框圖如圖8所示。

    圖5 開/地離散量信號(hào)輸出電路

    圖6 28 V/地離散信號(hào)的調(diào)理

    圖7 斷開/接地信號(hào)的調(diào)理

    圖8 模擬量輸入實(shí)現(xiàn)框圖

    (5) 模擬量輸出測試。模擬量輸出測試分為A、B通道測試,A通道測試調(diào)用模擬量輸出測試程序,顯示電壓值。B通道測試時(shí)先置A通道CPU掛起,即A通道CPU的GSE信號(hào)置“1”,然后調(diào)用模擬量輸出測試程序,顯示電壓值。模擬量輸出A、B通道共8路,每路設(shè)置3個(gè)測試點(diǎn),控制被測設(shè)備輸出,經(jīng)調(diào)理電路給模擬量采集板采集。

    模擬量輸出實(shí)現(xiàn)框圖如圖9所示。

    圖9 模擬量輸出實(shí)現(xiàn)框圖

    (6) ARINC429測試。ARINC429 3路輸入、2路輸出,傳輸速率 100 Kb/s;ARINC429 環(huán)繞測試:測試軟件控制繼電器K1閉合完成ARINC429外環(huán)路連接,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行ARINC429環(huán)繞測試,回讀并解析測試結(jié)果。ARINC429通信測試:斷開繼電器K1,按照ARINC429通信協(xié)議與UUT進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行ARINC429通信測試,根據(jù)發(fā)送接收數(shù)據(jù)判斷測試結(jié)果。ARINC429框圖如圖10所示。

    圖10 ARINC429測試框圖

    (7) RS 422測試:RS 422輸入1路,傳輸速率9 600 b/s;RS 422環(huán)繞測試:測試軟件控制閉合繼電器K1完成RS 422外環(huán)路連接,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行RS 422環(huán)繞測試,回讀并解析測試結(jié)果。

    RS 422通信測試:斷開繼電器K1,按照RS 422通信協(xié)議與UUT建立通信,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行RS 422通信操作,通過發(fā)送和接收數(shù)據(jù)判斷測試結(jié)果。RS 422測試框圖如圖11所示。以上的測試都分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式,便于測試人員進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)收及實(shí)驗(yàn)調(diào)試,測試過程中測試軟件自動(dòng)保存測試結(jié)果,生成測試報(bào)表。

    圖11 RS 422測試框圖

    5 結(jié) 語

    雙余度飛控計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試設(shè)備,使用PXI測試平臺(tái),配合LabVIEW軟件,使得開發(fā)更規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)開發(fā)周期短,有效地降低成本,并具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。在重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)自動(dòng)化測試及高覆蓋率測試的基礎(chǔ)上,還充分考慮測試設(shè)備自身計(jì)量校準(zhǔn)軟、硬件設(shè)計(jì),有利于提高測試設(shè)備的自身可靠性。根據(jù)不同的測試需要,進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展和資源復(fù)用,其通用性、先進(jìn)性和擴(kuò)展性可廣泛應(yīng)用于多種類型的測試設(shè)備,以便于滿足不同測試需求。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 王瑞,孫虎元.基于PXI總線的導(dǎo)彈火控自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2012,32(6):45?48.

    [2] 李行善,左毅,孫杰.自動(dòng)測試系統(tǒng)集成技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

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    [4] 張彥忠,周曉光.基于PXI的艦載動(dòng)態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(9):63?65.

    [5] 房莉,陳湘平.基于PXI的軸角數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器精度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù),2011,30(7):5?8.

    [6] 彭鋼鋒.機(jī)載計(jì)算機(jī)專用檢測設(shè)備計(jì)量方法研究[D].西安:中國航空計(jì)算技術(shù)研究所,2009.

    圖8 模擬量輸入實(shí)現(xiàn)框圖

    (5) 模擬量輸出測試。模擬量輸出測試分為A、B通道測試,A通道測試調(diào)用模擬量輸出測試程序,顯示電壓值。B通道測試時(shí)先置A通道CPU掛起,即A通道CPU的GSE信號(hào)置“1”,然后調(diào)用模擬量輸出測試程序,顯示電壓值。模擬量輸出A、B通道共8路,每路設(shè)置3個(gè)測試點(diǎn),控制被測設(shè)備輸出,經(jīng)調(diào)理電路給模擬量采集板采集。

    模擬量輸出實(shí)現(xiàn)框圖如圖9所示。

    圖9 模擬量輸出實(shí)現(xiàn)框圖

    (6) ARINC429測試。ARINC429 3路輸入、2路輸出,傳輸速率 100 Kb/s;ARINC429 環(huán)繞測試:測試軟件控制繼電器K1閉合完成ARINC429外環(huán)路連接,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行ARINC429環(huán)繞測試,回讀并解析測試結(jié)果。ARINC429通信測試:斷開繼電器K1,按照ARINC429通信協(xié)議與UUT進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行ARINC429通信測試,根據(jù)發(fā)送接收數(shù)據(jù)判斷測試結(jié)果。ARINC429框圖如圖10所示。

    圖10 ARINC429測試框圖

    (7) RS 422測試:RS 422輸入1路,傳輸速率9 600 b/s;RS 422環(huán)繞測試:測試軟件控制閉合繼電器K1完成RS 422外環(huán)路連接,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行RS 422環(huán)繞測試,回讀并解析測試結(jié)果。

    RS 422通信測試:斷開繼電器K1,按照RS 422通信協(xié)議與UUT建立通信,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行RS 422通信操作,通過發(fā)送和接收數(shù)據(jù)判斷測試結(jié)果。RS 422測試框圖如圖11所示。以上的測試都分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式,便于測試人員進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)收及實(shí)驗(yàn)調(diào)試,測試過程中測試軟件自動(dòng)保存測試結(jié)果,生成測試報(bào)表。

    圖11 RS 422測試框圖

    5 結(jié) 語

    雙余度飛控計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試設(shè)備,使用PXI測試平臺(tái),配合LabVIEW軟件,使得開發(fā)更規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)開發(fā)周期短,有效地降低成本,并具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。在重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)自動(dòng)化測試及高覆蓋率測試的基礎(chǔ)上,還充分考慮測試設(shè)備自身計(jì)量校準(zhǔn)軟、硬件設(shè)計(jì),有利于提高測試設(shè)備的自身可靠性。根據(jù)不同的測試需要,進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展和資源復(fù)用,其通用性、先進(jìn)性和擴(kuò)展性可廣泛應(yīng)用于多種類型的測試設(shè)備,以便于滿足不同測試需求。

    參考文獻(xiàn)

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    [6] 彭鋼鋒.機(jī)載計(jì)算機(jī)專用檢測設(shè)備計(jì)量方法研究[D].西安:中國航空計(jì)算技術(shù)研究所,2009.

    圖8 模擬量輸入實(shí)現(xiàn)框圖

    (5) 模擬量輸出測試。模擬量輸出測試分為A、B通道測試,A通道測試調(diào)用模擬量輸出測試程序,顯示電壓值。B通道測試時(shí)先置A通道CPU掛起,即A通道CPU的GSE信號(hào)置“1”,然后調(diào)用模擬量輸出測試程序,顯示電壓值。模擬量輸出A、B通道共8路,每路設(shè)置3個(gè)測試點(diǎn),控制被測設(shè)備輸出,經(jīng)調(diào)理電路給模擬量采集板采集。

    模擬量輸出實(shí)現(xiàn)框圖如圖9所示。

    圖9 模擬量輸出實(shí)現(xiàn)框圖

    (6) ARINC429測試。ARINC429 3路輸入、2路輸出,傳輸速率 100 Kb/s;ARINC429 環(huán)繞測試:測試軟件控制繼電器K1閉合完成ARINC429外環(huán)路連接,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行ARINC429環(huán)繞測試,回讀并解析測試結(jié)果。ARINC429通信測試:斷開繼電器K1,按照ARINC429通信協(xié)議與UUT進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行ARINC429通信測試,根據(jù)發(fā)送接收數(shù)據(jù)判斷測試結(jié)果。ARINC429框圖如圖10所示。

    圖10 ARINC429測試框圖

    (7) RS 422測試:RS 422輸入1路,傳輸速率9 600 b/s;RS 422環(huán)繞測試:測試軟件控制閉合繼電器K1完成RS 422外環(huán)路連接,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行RS 422環(huán)繞測試,回讀并解析測試結(jié)果。

    RS 422通信測試:斷開繼電器K1,按照RS 422通信協(xié)議與UUT建立通信,通過RS 232發(fā)送命令執(zhí)行RS 422通信操作,通過發(fā)送和接收數(shù)據(jù)判斷測試結(jié)果。RS 422測試框圖如圖11所示。以上的測試都分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式,便于測試人員進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)收及實(shí)驗(yàn)調(diào)試,測試過程中測試軟件自動(dòng)保存測試結(jié)果,生成測試報(bào)表。

    圖11 RS 422測試框圖

    5 結(jié) 語

    雙余度飛控計(jì)算機(jī)自動(dòng)測試設(shè)備,使用PXI測試平臺(tái),配合LabVIEW軟件,使得開發(fā)更規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)開發(fā)周期短,有效地降低成本,并具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。在重點(diǎn)關(guān)注針對(duì)自動(dòng)化測試及高覆蓋率測試的基礎(chǔ)上,還充分考慮測試設(shè)備自身計(jì)量校準(zhǔn)軟、硬件設(shè)計(jì),有利于提高測試設(shè)備的自身可靠性。根據(jù)不同的測試需要,進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展和資源復(fù)用,其通用性、先進(jìn)性和擴(kuò)展性可廣泛應(yīng)用于多種類型的測試設(shè)備,以便于滿足不同測試需求。

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