基于LabWindows/CVI的某型綜合控制單元測試設(shè)備開發(fā)

郝云虎，李 強，張賢周

(中國人民解放軍第四三二八工廠，山西 長治 046011)

隨著一些先進裝備的服役期限進入后期階段，裝備本身及其部件出現(xiàn)故障的概率增加，對部隊相關(guān)單位的裝備保障能力提出了更高的要求。為了保障武器系統(tǒng)的可靠性、維修性和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，發(fā)揮其應(yīng)有的戰(zhàn)斗力，就需要保障部門針對性地運用高效的設(shè)備和方法來確保武器系統(tǒng)可靠運行。研制測試設(shè)備是一種有效的應(yīng)對措施，同時可以將修理保障經(jīng)驗融入到測試系統(tǒng)中，完成測試系統(tǒng)的集成化，實現(xiàn)對裝備的快速故障診斷，提高對裝備的臨時搶修和應(yīng)急以及機動保障能力。采用LabWindows/CVI進行自動測試系統(tǒng)開發(fā)，具有界面友好、操作簡便、開發(fā)周期短、效率高等特點，它廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測試測量分析和數(shù)據(jù)顯示等方面[1]。

1 綜合控制單元簡介

該型綜合控制單元是某裝備電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它主要用于實現(xiàn)各電子部件間的各種信號傳輸控制、各電子設(shè)備的供電控制及實現(xiàn)供電和信號傳輸?shù)臅r序控制。

綜合控制單元信號特征分類：

1) 開關(guān)量信號：包括向綜合控制單元發(fā)出的控制信號，以及控制單元反饋的狀態(tài)信號；

2) 模擬量信號：包括綜合控制單元反饋至裝備的各種電壓信號，以及由裝備輸入至控制單元的模擬激勵信號。

綜合控制單元測試需求類別有：電路電壓輸出信號測試；各供電電路初始狀態(tài)測試；各個繼電器最小吸合電壓測試；各個繼電器最大吸合電壓測試；各供電電路帶載工作狀態(tài)測試；綜合控制單元工作時序狀態(tài)正常測試。

2 測試臺硬件構(gòu)成

硬件平臺由工控機、PCI板卡、調(diào)理箱、直流電電源等組成。如圖1所示。

圖1 最小系統(tǒng)電路

工控機使用研華610H型工業(yè)控制計算機，是測試臺的中心控制單元，集工業(yè)計算機技術(shù)、工業(yè)控制與通訊技術(shù)以及嵌入式操作系統(tǒng)于一體。數(shù)據(jù)采集采用研華PCI-1747U模擬量輸入卡，采集綜合控制單元各個測試點的電壓，提供物理檢測診斷資源，完成32路差分模擬量輸入、輸入電壓0～10 V、0～5 V、0～2.5 V、0～1.25 V等功能；數(shù)字量輸入卡采用研華PCI-1754，作為綜合控制單元測試離散量信號輸入模塊，完成64路隔離數(shù)字量輸入的功能；繼電器開關(guān)卡采用縱橫測控PCI-JV25517開關(guān)模塊，作為測試臺控制信號和反饋信號的輸入輸出控制模塊，實現(xiàn)通道的靈活選擇與控制，PCI-JV25517采用單刀雙擲繼電器開關(guān)控制完成64通道繼電器開關(guān)模塊的功能。適配器是被測對象與測試資源之間提供電子、電氣和機械連接的一個或一系列裝置，可以包括測試資源中并不具備的適當(dāng)激勵和負載，測試資源通過適配器直接與測試對象連接，適配器除提供連接通道以外，還完成形成控制指令或激勵信號，將被測信號進行梳理、歸類，分別送到相應(yīng)測試資源，被測對象輸出的多路模擬量信號在適配器內(nèi)進行幅值調(diào)理，達到數(shù)據(jù)采集卡采集要求。直流電源選用航天長峰直流電源模塊，為一體化開關(guān)電源。

3 測試臺基本工作原理

3.1 測試臺信號控制原理

電信號從連線形式上分成激勵和響應(yīng)兩類信號，激勵信號由電源產(chǎn)生并通過繼電器開關(guān)板卡選通實現(xiàn)信號產(chǎn)生時序，經(jīng)過信號適配器輸出給被測對象；響應(yīng)信號是被測對象的輸出信號，經(jīng)過適配器轉(zhuǎn)換給信號采集板卡。如圖2所示。

圖2 測試信號連接/控制基本原理

3.2 基本測試工作過程

首先啟動軟件平臺，進行系統(tǒng)資源掃描和系統(tǒng)自檢，進入預(yù)備狀態(tài)。

啟動自動測試系統(tǒng)，選擇測試項目，在進行測試之前，測試系統(tǒng)先進行硬件測試資源識別和被測對象識別，確認測試資源、適配器和被測對象三者一致，允許加電測試，啟動測試工作狀態(tài)。按照測試項目確定的測試流程，測試系統(tǒng)控制測試資源向被測對象發(fā)出激勵信號，然后從被測對象上采集相應(yīng)的響應(yīng)信號，轉(zhuǎn)變成數(shù)字結(jié)果通過總線發(fā)送給測試系統(tǒng)，由測試程序的數(shù)據(jù)處理模塊進行分析處理，給出相應(yīng)的測試結(jié)果。測試過程全自動化操作。

圖3 基本測試原理示意

3.3 基本測試方法

根據(jù)測試對象的信號特征以及測試流程，設(shè)計信號調(diào)理電路；對由綜合控制單元產(chǎn)生的反饋信號進行處理，輸入到工控機數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)測試對象的測試；同時控制激勵信號按照時序輸入到綜合控制單元。適配器主要完成激勵信號對測試對象的時序輸入，以及對反饋信號的采集處理，信號采集如圖4所示。

圖4 信號采集電路示意

4 軟件設(shè)計

測試臺自動測試系統(tǒng)開發(fā)采用NI LabWindows/CVI平臺，LabWindows/CVI是NI公司推出的交互式C語言開發(fā)平臺，其將功能強大、使用靈活的C語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測試控制專業(yè)工具有機地結(jié)合起來，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境、交互式編程方法、函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)，大大地增強了C語言的功能，為熟悉C代碼的程序開發(fā)人員開發(fā)檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了理想的軟件開發(fā)環(huán)境[2-4]。

圖5 自動測試系統(tǒng)主界面

自動測試系統(tǒng)軟件的功能模塊有：系統(tǒng)自檢；測試參數(shù)的裝訂；按測試步驟、項目完成對綜合控制單元的測試；根據(jù)測試結(jié)果進行故障的自動診斷、定位；測試系統(tǒng)用戶的管理；顯示和打印測試結(jié)果；建立測試數(shù)據(jù)庫。

圖6 自動測試系統(tǒng)使用流程圖

測試臺自動測試系統(tǒng)操作模塊主要由人機界面模塊(主界面)(如圖5所示)、自檢測模塊、計量模塊、綜合控制單元自動測試模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、幫助說明模塊、用戶管理模塊等組成。如圖6所示自動測試系統(tǒng)工作流程。

5 結(jié)束語

完成開發(fā)的該型綜合控制單元測試臺是一套綜合化、數(shù)字化總線式自動測試系統(tǒng)，符合標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的未來發(fā)展方向[5]；測試臺及測試流程滿足修理廠對該型綜合控制單元工廠維修的需求；最大限度地采用了市場上的最新技術(shù)及成熟產(chǎn)品，確保了系統(tǒng)的可靠性和維修性；自動測試系統(tǒng)操作使用簡便，邏輯性強，人機界面良好；硬件布局、系統(tǒng)布線、電源接口、接地方式等合理規(guī)劃符合ATE系統(tǒng)電磁兼容性技術(shù)方面的要求。LabWindows/CVI功能全面且具備更多有效的調(diào)試功能，可以幫助工程師在開發(fā)程序時提高軟件設(shè)計運行的可靠性和穩(wěn)定性[6]。

[1] 張秋菊,劉珍陽.航空電子自動測試設(shè)備的開發(fā)與實現(xiàn)[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2006(6):45-49.

[2] 白渚銓,張曉明,王宇，等.基于LabWindows/CVI的數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計[J].計算機應(yīng)用與軟件,2015(4):30-32.

[3] 王建新.LabWindows/CVI測試技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[4] 龐麗娟,陶小亮.基于LabWindows/CVI的測試設(shè)備設(shè)計與研究[J].國外電子測量技術(shù),2014(6):78-80.

[5] 趙冬艷.軍用測試設(shè)備需求與技術(shù)發(fā)展趨勢[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù),2011(2):45-48.

[6] 陳矯陽,陳楸,劉桓龍.基于LabWindows/CVI多線程數(shù)據(jù)采集的研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2008(9):2459-2461.