基于PXI總線的某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)試診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭益智，趙成，王志江

（1.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061；2.中國人民解放軍91697部隊(duì)，山東 青島 266405；3.海軍青島雷達(dá)聲納修理廠，山東 青島 266000）

0 引 言

隨著電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，艦船電子設(shè)備的科技水平越來越高，設(shè)備性能越來越強(qiáng)，設(shè)備復(fù)雜度也越來越高，傳統(tǒng)的維修保障手段越來越無法滿足艦船電子設(shè)備的故障檢測(cè)和維修。針對(duì)某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員維修保障的需求，采用便攜式PXI機(jī)箱，配備測(cè)試資源，搭建相應(yīng)的測(cè)試診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠檢測(cè)設(shè)備顯示和操控部件的功能是否正常，為技術(shù)人員提供設(shè)備維修輔助信息，為設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)修理提供技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）顯控部件測(cè)試診斷?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)試診斷設(shè)備對(duì)顯控部件進(jìn)行測(cè)試診斷，實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試與故障定位，顯控模塊測(cè)試范圍包括液晶顯示器、USB接口擴(kuò)展模塊、跟蹤球、數(shù)字小鍵盤、可編程觸摸鍵盤、用戶專用鍵和操縱桿7型模塊。

（2）設(shè)備維修輔助信息支持能力。某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)級(jí)交互式電子技術(shù)手冊(cè)主要包括以下內(nèi)容：安全警告、基本情況、工作原理與接口關(guān)系、使用操作指導(dǎo)、維修工作指導(dǎo)、圖冊(cè)、器材保障。

（3）儀器儀表信號(hào)激勵(lì)與測(cè)量功能。提供虛擬儀器軟操控面板，支持人工直接操控示波器、數(shù)字萬用表。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)試診斷設(shè)備由一臺(tái)便攜式測(cè)試診斷設(shè)備、視頻圖像信號(hào)發(fā)生器、顯控部件測(cè)試程序集、某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)級(jí)交互式電子技術(shù)手冊(cè)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 設(shè)備組成示意圖

便攜式測(cè)試診斷設(shè)備為測(cè)試診斷軟件提供運(yùn)行平臺(tái)，并配置各種測(cè)試資源。根據(jù)被測(cè)對(duì)象測(cè)試診斷需求，采用接口適配器或電纜與被測(cè)對(duì)象連接。圖像視頻信號(hào)發(fā)生器輸出視頻信號(hào)，用于顯示器測(cè)試。測(cè)試程序集包括測(cè)試診斷程序與接口適配器或電纜。其中，測(cè)試程序運(yùn)行在機(jī)箱內(nèi)主控制器上，采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化方式對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行測(cè)試。

某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)級(jí)交互式電子技術(shù)手冊(cè)包括裝備使用信息、維修信息，為裝備維修提供技術(shù)信息支持。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保障需求，確定測(cè)試診斷設(shè)備采用便攜式結(jié)構(gòu)，主機(jī)重量控制在15公斤以內(nèi)，配置拉桿箱，便于現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)使用。

測(cè)試診斷設(shè)備采用目前主流測(cè)試診斷總線-PXI/PXIe總線。設(shè)備硬件由測(cè)試診斷一體化機(jī)箱和PXI虛擬儀器模塊組成。其中，測(cè)試診斷一體化機(jī)箱內(nèi)置PXI/PXIe總線背板，同時(shí)提供人機(jī)操作接口與顯示功能。一體化機(jī)箱中集成主控模塊、PXI示波器、PXI數(shù)字萬用表等模塊化儀器，以提高設(shè)備集成化程度，減小空間占用及保證設(shè)備穩(wěn)定性。

便攜式一體化機(jī)箱選用厚物科技HW-1663-1006G2，總槽位數(shù)為6（5個(gè)PXIe/PXI混合槽、1個(gè)PXIe系統(tǒng)槽），系統(tǒng)槽帶寬 8 GB/s，擴(kuò)展槽專用帶寬2 GB/s，集成顯示器15.6"液晶屏，分辨率1 920×1 080，操控接口有鍵盤、觸摸板，接口類型有USB、以太網(wǎng)，采用殼體包角防撞設(shè)計(jì)，尺寸401×315×149 mm（不含包角及把手），質(zhì)量小于11 Kg。

主控制器選用NI PXIe-8840，安裝于PXI機(jī)箱內(nèi)，處理器為Intel Core i5，主頻大于2.5 GHz，內(nèi)存4 GB，PXI Express總線，250 GB硬盤，配備千兆以太網(wǎng)，USB接口，支持Windows操作系統(tǒng)。數(shù)字萬用表模塊選用NI PXIe-4081，安裝于PXI機(jī)箱內(nèi)，位數(shù)為7.5位，電壓測(cè)量范圍為1 000 VDC、700 VAC，電阻測(cè)量范圍為5 GΩ。示波器模塊選用NI PXIe-5114，安裝于PXI機(jī)箱內(nèi)，帶寬125 MHz，分辨率8 bit，雙通道，PXI Express總線，板載內(nèi)存64 MB。選用NI PXI-8432/2串口模塊，安裝于PXI機(jī)箱內(nèi)，接口數(shù)量2個(gè),接口類型DB-9，最大傳輸速率115.2 Kbits/s。

3 軟件設(shè)計(jì)

測(cè)試設(shè)備軟件由TestStand測(cè)試管理軟件、開發(fā)環(huán)境和儀器驅(qū)動(dòng)組成，如表1所示。

表1 軟件組成

開發(fā)時(shí)，根據(jù)所設(shè)計(jì)具體模塊的測(cè)試方案中需使用的測(cè)試資源（如萬用表測(cè)電阻、電壓，矩陣開關(guān)斷開或連接等），開發(fā)人員在開發(fā)環(huán)境（C、C++語言）中開發(fā)測(cè)試代碼模塊，調(diào)用相關(guān)儀器驅(qū)動(dòng)，測(cè)試代碼模塊主要用于控制測(cè)試資源，如矩陣開關(guān)、示波器、萬用表等。在TestStand中以圖形化方式開發(fā)測(cè)試序列，測(cè)試序列由一系列測(cè)試步驟組成，分別為測(cè)試前準(zhǔn)備、功能測(cè)試、儀器開關(guān)復(fù)位等。需要控制測(cè)試資源時(shí)，通過TestStand的模塊適配器調(diào)用測(cè)試代碼模塊，在測(cè)試步驟中設(shè)置參數(shù)、返回值等相關(guān)屬性，最終編譯生成測(cè)試序列.seq格式文件。

運(yùn)行時(shí)，測(cè)試人員在TestStand中執(zhí)行測(cè)試序列，通過用戶界面調(diào)用TestStand引擎，測(cè)試序列中的測(cè)試步驟按順序執(zhí)行，控制測(cè)試資源對(duì)UUT進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完成后，TestStand記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，并生成針對(duì)用戶的測(cè)試報(bào)告。

儀器驅(qū)動(dòng)程序主要是指PXI儀器模塊的底層驅(qū)動(dòng)程序，采用VISA或IVI儀器驅(qū)動(dòng)庫，屏蔽硬件底層操作，為測(cè)試程序的開發(fā)提供應(yīng)用接口。

采用Windows操作系統(tǒng)，為各軟件的運(yùn)行提供統(tǒng)一的環(huán)境。

3.1 TestStand

TestStand提供圖形化操作方式，用于開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行和管理測(cè)試序列，測(cè)試序列由一系列測(cè)試步驟組成，通過測(cè)試步驟調(diào)用測(cè)試代碼模塊，控制測(cè)試資源進(jìn)行測(cè)試。如圖2所示，TestStand是美國NI公司的標(biāo)準(zhǔn)商用測(cè)試管理軟件，主要由TestStand引擎、序列編輯器、用戶界面、模塊適配器等組件組成。

圖2 測(cè)試程序開發(fā)環(huán)境組成示意圖

（1）TestStand引 擎。TestStand引 擎 是 TestStand的核心部分，它是一個(gè)基于ActiveX的自動(dòng)服務(wù)器，通過TestStand API將其功能開放給用戶界面、序列編輯器，開發(fā)人員在序列編輯器中編輯測(cè)試序列，在用戶界面調(diào)試、運(yùn)行和管理測(cè)試序列。

（2）序列編輯器。序列編輯器是TestStand中最重要的開發(fā)工具，大部分開發(fā)工作都是在序列編輯器中完成的，它提供圖形化開發(fā)環(huán)境，開發(fā)人員通過該環(huán)境創(chuàng)建、編輯、執(zhí)行或調(diào)試測(cè)試序列。

（3）用戶界面。用戶界面可以調(diào)試、運(yùn)行由序列編輯器創(chuàng)建的測(cè)試序列并顯示結(jié)果。

（4）模塊適配器。模塊適配器在TestStand引擎和測(cè)試代碼模塊提供通道，開發(fā)人員在測(cè)試步驟中選擇調(diào)用測(cè)試代碼模塊，支持LabVIEW、LabWindows/CVI、.NET、CC++、ActiveX、HTBasic等語言，調(diào)用函數(shù)時(shí)設(shè)置相關(guān)屬性。

3.2 開發(fā)環(huán)境

開發(fā)人員使用Visual Studio等開發(fā)測(cè)試代碼模塊，控制測(cè)試資源時(shí)調(diào)用相關(guān)儀器驅(qū)動(dòng)，測(cè)試代碼模塊主要用于控制測(cè)試資源，如矩陣開關(guān)、示波器、萬用表等，最終生成測(cè)試代碼模塊（dll文件），在TestStand中開發(fā)測(cè)試序列時(shí)通過模塊適配器完成調(diào)用。

3.3 測(cè)試程序集（TPS）

測(cè)試程序集（TPS）針對(duì)被測(cè)模塊與被測(cè)對(duì)象開發(fā)，每個(gè)被測(cè)模塊的TPS由測(cè)試程序（TP）和接口適配器或連接電纜組成。

TP部署于主控制器上，控制自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，下發(fā)指令使硬件儀器模塊提供被測(cè)對(duì)象所要求的激勵(lì)，然后測(cè)量被測(cè)對(duì)象的響應(yīng)，測(cè)試程序據(jù)此判斷被測(cè)對(duì)象是否存在故障。

接口適配器（ITA）與轉(zhuǎn)接電纜主要實(shí)現(xiàn)被測(cè)模塊（UUT）與測(cè)試診斷設(shè)備硬件平臺(tái)的物理與電氣連接。它對(duì)測(cè)試診斷設(shè)備的各種測(cè)試激勵(lì)進(jìn)行調(diào)理或者直接轉(zhuǎn)接后提供給被測(cè)模塊，也將被測(cè)模塊的輸出信號(hào)傳回給測(cè)試診斷設(shè)備，使測(cè)試設(shè)備能夠?qū)Ρ粶y(cè)模塊上需要測(cè)試的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)采集。

4 試驗(yàn)測(cè)試

以操控模塊跟蹤球?yàn)闇y(cè)試對(duì)象，對(duì)某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)試診斷系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

測(cè)試人員打開TestStand，運(yùn)行跟蹤球測(cè)試程序，按照測(cè)試程序提示，通過測(cè)試電纜，將測(cè)試診斷系統(tǒng)與跟蹤球進(jìn)行連接，測(cè)試環(huán)境如圖3所示。

圖3 跟蹤球測(cè)試環(huán)境

跟蹤球的測(cè)試流程如圖4所示，具體功能測(cè)試如下：

圖4 跟蹤球測(cè)試流程圖

（1）連接電阻測(cè)試電纜。測(cè)試程序提示將被測(cè)跟蹤球通過電阻測(cè)試電纜與測(cè)試診斷設(shè)備連接，完成此步驟后進(jìn)入下一步。

（2）+5 V輸入短路測(cè)試。使用測(cè)試診斷設(shè)備的萬用表測(cè)量+5 V與GND之間的電阻，阻值在合適范圍內(nèi)，測(cè)試通過進(jìn)入下一步。

（3）連接功能測(cè)試電纜。測(cè)試程序提示將被測(cè)跟蹤球通過功能測(cè)試電纜與測(cè)試診斷設(shè)備連接，完成此步驟后進(jìn)入下一步。

（4）設(shè)備加電。測(cè)試程序提示給被測(cè)模塊供電，完成此步驟后進(jìn)入下一步。

（5）按鍵功能測(cè)試。操控跟蹤球的左、中、右按鍵，觀察測(cè)試程序軟件界面中的按鍵是否響應(yīng)。

（6）坐標(biāo)功能測(cè)試。滾動(dòng)球體，觀察鼠標(biāo)指針是否正常移動(dòng)。

測(cè)試人員操作該測(cè)試診斷系統(tǒng)完成了對(duì)跟蹤球模塊的功能檢測(cè)，檢測(cè)出跟蹤球按鍵故障，測(cè)試人員通過交互式電子技術(shù)手冊(cè)提供的維修輔助信息，對(duì)故障按鍵進(jìn)行修理。

5 結(jié) 論

經(jīng)測(cè)試人員的試驗(yàn)，得出該測(cè)試診斷系統(tǒng)可以對(duì)7型顯控模塊進(jìn)行功能測(cè)試，并能夠初步定位故障模塊，通過IETM提供相關(guān)設(shè)備的維修輔助信息，輔助測(cè)試人員進(jìn)行被測(cè)模塊的故障修復(fù)，降低了故障修復(fù)難度，減少了維修時(shí)間，滿足某型設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)級(jí)維修保障需求。