無人飛行器遠程自動測試系統(tǒng)設(shè)計

薄志峰 李飛

摘要：針對GPIB，VXI，PXI等測試總線為平臺的測試系統(tǒng)架構(gòu)已不能適應(yīng)無人飛行器需求的問題，設(shè)計了一種基于LXI總線的遠程自動測試系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用虛擬儀器、LXI總線等技術(shù)，可以對無人飛行器的參數(shù)進行測量、顯示、打印和存儲，測量結(jié)果可供查詢。利用觸發(fā)器實現(xiàn)了各個測試模塊之間的時間同步測量，解決了自動測試系統(tǒng)中常見的各儀器模塊之間的協(xié)同工作問題。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)具有自動化程度高、性能可靠和操作簡便的特點，滿足系統(tǒng)的測試要求。

關(guān)鍵詞：無人飛行器；遠程；LXI總線；自動測試系統(tǒng)

中圖分類號：TH73文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）19-60-5

0引言

目前無人飛行器自動測試系統(tǒng)主流的總線儀器主要包括USB，VXI，PXI，基于USB的儀器的可熱插拔、即插即用以及數(shù)據(jù)傳輸速率高的特點，使其在手持、便攜產(chǎn)品方面廣泛運用；基于VXI，PXI總線的儀器需要價格昂貴的機箱、零槽控制器或系統(tǒng)控制器，且有較高的供電需求、體積較大，但由于出現(xiàn)的時間較早、技術(shù)成熟、產(chǎn)品種類多，所以應(yīng)用最為廣泛。

LXI總線是繼GPIB，VXI，PXI之后的自動測試系統(tǒng)總線[1-3]，具有標準開放、價格低廉、互操作性強、兼容性強以及易于遠程操控等特點。LXI總線是基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的自動化測試平臺技術(shù)。在這種平臺架構(gòu)下，系統(tǒng)控制儀器與其他儀器間的關(guān)系是對等的，測試任務(wù)分解為若干個與相關(guān)儀器對應(yīng)的子任務(wù)，配置到相應(yīng)的儀器中，其執(zhí)行過程為內(nèi)部封閉式，測試信息在儀器間通過總線直接傳遞，軟件系統(tǒng)的運行則依靠同步觸發(fā)功能驅(qū)動。這種架構(gòu)的自動測試系統(tǒng)具有開發(fā)靈活、運行高效和擴展能力強等特點。并且由于LXI總線標準對自動測試系統(tǒng)標準化程度進一步提升，加強了系統(tǒng)對測試資源的動態(tài)分配和管理，增強了儀器設(shè)備的可互換性能，系統(tǒng)通用性也大大加強。本文采用LXI總線進行系統(tǒng)設(shè)計。

1系統(tǒng)遠程服務(wù)功能架構(gòu)

系統(tǒng)遠程服務(wù)功能架構(gòu)如圖1所示。LXI總線有2種系統(tǒng)模式，一種是基于瀏覽器/服務(wù)器（B/S）模式，為產(chǎn)品提供了瀏覽器控件訪問儀器的控制方式。該模式使得用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行儀器操控和數(shù)據(jù)傳輸，通常只需要在客戶端安裝一個瀏覽器就可以直接訪問相應(yīng)測試模塊，完成相應(yīng)測試和監(jiān)控。這種模式擁有維護方便、成本低、界面友好和操作方便等特點。另一種是基于客戶端/服務(wù)器（C/S）模式，是網(wǎng)絡(luò)通信中經(jīng)常采用的模式，通過這種模式構(gòu)建的系統(tǒng)，可以獲得更好的測試性能，并且可以實現(xiàn)并行測試。在C/S模式中，現(xiàn)場測試計算機通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與LXI儀器建立了一條通信通道，現(xiàn)場測試計算機運行驅(qū)動程序，相應(yīng)的LXI儀器端接收服務(wù)請求，執(zhí)行相關(guān)函數(shù)，然后將結(jié)果反饋給現(xiàn)場測試計算機。這種模式擁有成本低、測試性能強等特點。本文所設(shè)計的系統(tǒng)使用C/S架構(gòu)模式，采用LabVIEW作為開發(fā)平臺[4]。

系統(tǒng)通過LAN將其中每臺總線儀器設(shè)備、計算機、服務(wù)器、故障診斷中心及其他客戶端進行連接。遠程操控計算機對現(xiàn)場測試計算機進行遠程操控，現(xiàn)場測試計算機通過測試服務(wù)器調(diào)用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器中的相關(guān)程序和數(shù)據(jù)形成相應(yīng)測試組件，控制相關(guān)儀器進行測試操作，將運行結(jié)果進行處理后反饋給遠程顯示端和遠程操控計算機，并將結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，如果測試過程中出現(xiàn)故障，可以通過遠程故障診斷中心進行故障診斷和排除。

1.1系統(tǒng)遠程控制工作流程

系統(tǒng)遠程控制工作流程如下：

①現(xiàn)場測試計算機向遠程操控計算機發(fā)出連接請求；

②遠程操控計算機響應(yīng)請求，遠程連接成功；

③遠程操控計算機發(fā)出遠程控制請求；

④現(xiàn)場測試計算機應(yīng)答遠程控制請求，遠程操控計算機即可通過網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場測試計算機發(fā)送命令；

⑤現(xiàn)場測試計算機解析收到的命令，控制儀器開展測試，實時讀取當前儀器狀態(tài)與測試結(jié)果，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠程操控計算機；

⑥遠程操控計算機接收數(shù)據(jù)，并實時顯示。

1.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

為了便于數(shù)據(jù)管理和監(jiān)測，系統(tǒng)設(shè)立了獨立的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行管理。服務(wù)器對訪問數(shù)據(jù)庫的用戶進行權(quán)限控制，并對傳輸數(shù)據(jù)進行加密，保證了數(shù)據(jù)訪問和傳輸?shù)陌踩?。訪問接口包括添加、修改、查找和刪除數(shù)據(jù)，同時也提供了數(shù)據(jù)庫備份、恢復(fù)和遷移的接口。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫可分為3類：

①用戶信息數(shù)據(jù)庫

用戶信息數(shù)據(jù)庫用于用戶管理和維護所有用戶的基本信息，包括用戶名、密碼和用戶權(quán)限等信息。

②資源數(shù)據(jù)庫

資源數(shù)據(jù)庫用于管理測試軟件所需的資源，這些資源主要分為測試單元資源、測試軟件資源和測試儀器資源3類。測試單元資源包括已經(jīng)設(shè)計完成的測試單元和測試序列。用戶可以根據(jù)要求從數(shù)據(jù)庫的已有項中選擇測試單元和測試序列，減輕用戶測試前的準備工作。測試軟件資源包括測試被測對象時用到的軟件資源，例如算法等。軟件資源可能是由多個文件組成（可執(zhí)行程序、動態(tài)庫和文件等）。測試儀器資源包括儀器名稱、型號、數(shù)量和驅(qū)動等信息。

③成果數(shù)據(jù)庫

成果數(shù)據(jù)庫用于記錄任務(wù)信息、測試信息和成果數(shù)據(jù)。測試信息包括測試時所采用的測試序列，測試序列中包含的測試單元及測試儀器、測試日志和操作用戶等信息。根據(jù)不同的測試任務(wù)、被測對象和產(chǎn)生的測試成果數(shù)據(jù)類型不同，動態(tài)地生成適用的數(shù)據(jù)表存儲成果數(shù)據(jù)。

2系統(tǒng)測試現(xiàn)場硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)測試現(xiàn)場由現(xiàn)場測試計算機、LXI總線、LXI總線儀器設(shè)備、信號調(diào)理模塊、通用接口模塊、自檢模塊以及轉(zhuǎn)接適配器等組成[5-7]，如圖2所示。

2.1系統(tǒng)測試現(xiàn)場硬件結(jié)構(gòu)及功能

整個系統(tǒng)的核心是現(xiàn)場測試計算機向用戶提供人機界面，控制各LXI儀器的工作狀態(tài)，負責整個系統(tǒng)測試命令的輸入、測試數(shù)據(jù)的分析處理、任務(wù)調(diào)度，判定被測參數(shù)合格與否，可以存儲、顯示、打印測試結(jié)果[8-10]。

LXI總線儀器設(shè)備用于產(chǎn)生激勵信號，對被測對象的反饋信號進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，具有網(wǎng)絡(luò)通信功能。LXI總線使系統(tǒng)便于拆裝和集中管理，用于對數(shù)據(jù)信號進行傳輸和處理。

轉(zhuǎn)接適配器提供系統(tǒng)和被測對象的連接接口，用于連接系統(tǒng)與被測對象，對相關(guān)信號進行變換。系統(tǒng)產(chǎn)生的激勵信號通過適配器送往被測對象，測試結(jié)果信號經(jīng)過適配器送往系統(tǒng)內(nèi)部進行處理。適配器應(yīng)按照被測對象的測試需求進行設(shè)計。由于各被測對象的測試信號種類、信號特征和接口的路數(shù)不盡相同，如果不設(shè)計轉(zhuǎn)接適配器，被測對象與系統(tǒng)的連接就會變得非常繁瑣，操作復(fù)雜、容易出錯。因此轉(zhuǎn)接適配器應(yīng)根據(jù)被測對象的接口特征進行設(shè)計，只要用電纜將適配器上相應(yīng)的接口與被測對象的接口進行連接，就能實現(xiàn)系統(tǒng)與被測對象之間的可靠連接。

通用接口模塊是LXI總線儀器設(shè)備與轉(zhuǎn)接適配器間的信號“樞紐”，通過機內(nèi)電纜連接LXI總線儀器設(shè)備，與轉(zhuǎn)接適配器配合用于實現(xiàn)通用測試資源向被測對象專用測試信號的過渡。通用接口模塊具有較強的通用性和功能擴展能力，需要功能擴展時，不需要改變通用測試接口的架構(gòu)，只需增加相關(guān)連接即可。

信號調(diào)理模塊內(nèi)部設(shè)計有調(diào)理電路，作用是將測試系統(tǒng)提供的激勵信號集中后，按照要求分配到被測對象相應(yīng)接口上，然后輸入到被測對象內(nèi)。同時，被測對象產(chǎn)生的被測信號經(jīng)過它的調(diào)理后傳輸?shù)较到y(tǒng)的信號采集端。

自檢模塊負責在未連接被測對象時對系統(tǒng)具備的各項功能進行自檢。

2.2 LXI總線模塊功能

LXI總線各模塊功能如下：

①控制器模塊負責整個系統(tǒng)測試命令的輸入及任務(wù)調(diào)度功能。

②A/D模塊、D/A模塊負責系統(tǒng)信號的A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能。

③信號監(jiān)測模塊用于對重要信號進行全程記錄、監(jiān)測和安全控制，可根據(jù)測試監(jiān)測需求，對相關(guān)信號進行監(jiān)測、實時記錄和存儲；記錄的數(shù)據(jù)可通過軟面板進行指示燈、曲線、數(shù)據(jù)等多種方式的顯示，用于提供重要信號的監(jiān)測、安控及故障診斷。當重要監(jiān)測信號觸發(fā)安全控制設(shè)置時，信號監(jiān)測設(shè)備可自動切斷設(shè)備供電，確保供電安全。

④信號源模塊負責提供系統(tǒng)測試所需的微波信號，可根據(jù)功能需求靈活配置微波模塊組成和使用，通過變換微波模塊配置組合的方式，分時實現(xiàn)不同波段、不同體制微波信號輸出功能。

⑤示波器模塊負責實時顯示相關(guān)信號的時間、幅度等信息功能。

⑥通信模塊負責測試系統(tǒng)與被測對象之間的通信功能。

⑦電源模塊負責給系統(tǒng)內(nèi)各個模塊及被測對象提供電源，電源電壓可在系統(tǒng)的控制下由系統(tǒng)測試接口輸出；負責系統(tǒng)內(nèi)部用電的輸出匯集和管理，可以將系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備（不包括電源）所有電源進行分配管理，實現(xiàn)每路用電的程控輸出，可設(shè)置限流/安全門限、監(jiān)控電流電壓、模塊溫度和機箱溫度等參數(shù)，具有過載保護、濾波等功能；它采用交流380 V輸入，并可提供多路220 V輸出、28 V輸出和14～75 V直流供電輸出；還可根據(jù)用電需求一鍵自動、快速配置各模塊，對各模塊進行電能管理、分配；電源模塊采用接插式安裝結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要增加或減少電源模塊數(shù)量，便于容量擴展、設(shè)備維修和維護。

⑧數(shù)字表模塊負責完成電阻、電流和電壓等信號的測試功能。

⑨多路開關(guān)模塊負責實現(xiàn)各項測試功能所需信號間的相互切換功能。

3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)分為3層：物理接口層、硬件驅(qū)動層以及用戶管理層，如圖3所示。

物理接口層：軟件平臺架構(gòu)層的最底層，能夠直接驅(qū)動系統(tǒng)硬件部分，直接控制LXI總線儀器的I/O接口庫和設(shè)備驅(qū)動器，組成一個完善的系統(tǒng)。提供了計算機與儀器設(shè)備之間物理連接的通道，通道基于LXI總線，通過驅(qū)動程序完成對接口控制卡的I/O操作控制，在現(xiàn)場測試計算機的統(tǒng)一調(diào)度下實現(xiàn)對LXI儀器的控制以及數(shù)據(jù)的高速交換。

硬件驅(qū)動層：主要由儀器驅(qū)動程序組成，提供系統(tǒng)軟件操控儀器的方法，是上層軟件和底層軟件互通的橋梁。系統(tǒng)采用IVI-COM驅(qū)動，在儀器發(fā)生變化時，用戶不用修改系統(tǒng)軟件，就可完成儀器的驅(qū)動和連接，實現(xiàn)了儀器的互操作和互換性。

用戶管理層：用戶管理層是系統(tǒng)軟件開發(fā)的主要工作，也是系統(tǒng)軟件對資源高效管理的體現(xiàn)。用戶管理層要根據(jù)系統(tǒng)功能及軟件設(shè)計需要，開發(fā)出互相獨立的能夠被任意調(diào)用的功能模塊，即具備復(fù)用功能的測試函數(shù)，實現(xiàn)軟件的通用化設(shè)計。用戶管理層能夠完成硬件平臺資源的綜合配置與管理以及硬件資源靜態(tài)、動態(tài)的重組，是整個系統(tǒng)軟件的控制核心，可以控制系統(tǒng)儀器設(shè)備，實現(xiàn)激勵信號的產(chǎn)生、反饋信號的采集。通過一系列信號分析處理程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、分析處理，能夠生成結(jié)果報告，可以顯示和打印報告等。用戶應(yīng)用層能夠為用戶提供簡潔的圖形界面和易學(xué)的操作流程，避免用戶的誤操作。

4系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

運行測試主程序，首先進入用戶身份驗證界面，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的用戶信息與用戶的輸入信息進行比對，如果比對正確，則進入系統(tǒng)工作主界面，系統(tǒng)在比對信息正確后，用戶身份驗證界面程序會根據(jù)用戶名的系統(tǒng)權(quán)限，賦予用戶相應(yīng)的操作權(quán)限，從而實現(xiàn)用戶的權(quán)限控制機制；如果比對錯誤，則彈出報錯對話框，然后返回用戶身份驗證界面，清空輸入信息，如果輸入信息錯誤次數(shù)超過3次，用戶身份驗證界面將自動退出[11-13]。

系統(tǒng)工作主界面主要包括系統(tǒng)管理、測試功能以及記錄管理3個模塊。系統(tǒng)管理模塊主要用于管理用戶和系統(tǒng)資源；記錄管理模塊主要進行記錄的查詢、導(dǎo)出以及打印；測試功能模塊主要完成系統(tǒng)自檢、單元測試以及綜合測試等測試功能。

系統(tǒng)自檢模塊主要完成對系統(tǒng)儀器設(shè)備的檢測，如果所有系統(tǒng)儀器設(shè)備檢測均正常，將進入系統(tǒng)軟件的測試界面，用戶可以選擇單元測試或綜合測試來完成對被測對象的測試。

軟件進入單元測試模塊后，用戶可以選擇相應(yīng)單元對被測對象進行單元測試。單元測試一般用于相應(yīng)單元的故障排除過程或測試模塊調(diào)試過程。

軟件進入綜合測試流程后，首先初始化系統(tǒng)的儀器設(shè)備，獲取測試開始的時間節(jié)點和被測對象的類型和編號，然后通過測試項目調(diào)用數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的測試模塊，按照規(guī)定的測試流程，運行相對應(yīng)的功能函數(shù)完成對規(guī)定測試項目的測試，并實時進行測試狀態(tài)及測試結(jié)果的顯示，在測試過程中，如果某一項測試項目測試出現(xiàn)異常，軟件將自動彈出相應(yīng)的對話框提示用戶出錯的原因，方便用戶及時準確排除故障。

測試項目結(jié)束后，所有的測試結(jié)果、被測對象的類型和編號、用戶信息、測試時間和過程狀態(tài)信息都將自動保存到數(shù)據(jù)庫中。

5結(jié)束語

在分析新一代LXI總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套基于LXI總線的無人飛行器遠程自動測試系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)方案。該系統(tǒng)符合模塊化、通用化和標準化的原則，具有界面友好、自動化程度高、性能可靠、系統(tǒng)維護及操作簡單等優(yōu)點。但由于無人飛行器發(fā)展迅速，其測試需求也在不斷提高，而LXI總線儀器品種和性能也在快速發(fā)展、不斷豐富，所以系統(tǒng)還需要根據(jù)市場需求和技術(shù)發(fā)展進行更新?lián)Q代，在更新?lián)Q代中不斷豐富和完善系統(tǒng)的功能和性能。

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