基于PXI總線的機(jī)電計(jì)算機(jī)測試設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高大友，花文波，高 優(yōu)

(航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所,陜西 西安 710065)

0 引言

隨著電子技術(shù)的不斷提升,機(jī)電計(jì)算機(jī)組成越來越復(fù)雜,接口種類及數(shù)量也逐漸多樣化。以往的測試方法是使用測試臺通過人工撥動開關(guān)、手動調(diào)節(jié)電位器等方式向被測件發(fā)送激勵信號,并通過指示燈的顯示等方式來判斷測試結(jié)果并將測試結(jié)果人工填入測試報(bào)告,此類測試方法操作繁雜,效率低下。為了替代效率低下的傳統(tǒng)測試臺,滿足機(jī)電計(jì)算機(jī)的測試需求,我們提出了一種基于PXI總線的自動化的測試設(shè)備。PXI總線具有體積小、成本低、集成性能好、兼容性好以及開發(fā)周期短等優(yōu)勢[1]。本文介紹一種基于PXI總線的機(jī)電計(jì)算機(jī)自動測試設(shè)備硬件和軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 自動測試系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

本測試設(shè)備硬件系統(tǒng)由供電模塊、PXI總線激勵采集控制系統(tǒng)、信號調(diào)理適配器和主控計(jì)算機(jī)等組成。軟件系統(tǒng)可采用通用開發(fā)環(huán)境或?qū)Ｓ脺y試平臺構(gòu)建,一般由測試程序運(yùn)行環(huán)境、測試程序等組成。本自動測試設(shè)備組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動測試設(shè)備組成結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

自動測試設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)主要包括兩個主要方面:儀器板卡選擇和調(diào)理適配器設(shè)計(jì)。儀器完成產(chǎn)品的供電及基本信號的測量,設(shè)備板卡發(fā)出激勵信號并進(jìn)行信號采集;調(diào)理適配器主要完成設(shè)備板卡與被測件間信號的匹配。

1) 儀器板卡選擇

根據(jù)被測件的測試需求及系統(tǒng)自身運(yùn)行測試所需的資源,系統(tǒng)采用PXI總線標(biāo)準(zhǔn)的貨架模塊搭建自動測試系統(tǒng)。本自動測試設(shè)備是以嵌入式控制器控制的PXI總線為核心,并以GPIB總線程控交直流電源等傳統(tǒng)儀器為輔助進(jìn)行構(gòu)建。

測試設(shè)備選擇18槽3U尺寸的PXI機(jī)箱PXI-1044,該機(jī)箱遵循PXI和CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并按照PXI規(guī)范要求集成冷卻系統(tǒng),確保了測試過程穩(wěn)定性。

主控計(jì)算機(jī)選用嵌入式控制器PXI-8106作為整個自動測試系統(tǒng)的主控機(jī)構(gòu),其前面板集成GPIB總線接口、串口等可以方便地對供電電源及信號電源進(jìn)行控制。

系統(tǒng)多功能數(shù)據(jù)采集卡選用NI PXI-6289,可提供32路18位模擬輸入、4路模擬輸出、48路數(shù)字I/O,可直連至被測件進(jìn)行模擬量激勵和采集。

PXI-6509隔離數(shù)字I/O卡集成96路5V TTL/CMOS 24mA輸入輸出,8組光電隔離的數(shù)字I/O,通過調(diào)理箱進(jìn)行后級電路調(diào)理將信號送至被測件。

開關(guān)陣列選擇PXI-2532B矩陣開關(guān)模塊,它提供512個交叉點(diǎn),可工作于一線或兩線模式,與萬用表模塊配合使用測量被測件電壓電阻等。

PXI-4072可提供6位半多功能數(shù)位萬用表的常用功能,它和多路復(fù)用開關(guān)2532B組合,可完成測試電阻、電壓、電流,主要用于開關(guān)量測試、供電電壓測試等測試項(xiàng)。

PXI-8423/4卡有4個可配置通信通道,可進(jìn)行422或485通訊測試。

自動測試設(shè)備通過GPIB總線控制程控電源E3631A。E3631A可提供80 W三路輸出,分別為6 V 5 A、+25 V 1 A和-25 V 1 A。供電切換由主控計(jì)算機(jī)測試程序控制PXI2568功率開關(guān)卡實(shí)現(xiàn)。

2) 調(diào)理適配器設(shè)計(jì)

調(diào)理適配器是被測件與自動測試設(shè)備之間的信號通道,它主要完成適配器自檢識別設(shè)置、信號隔離及驅(qū)動、被測件電源供應(yīng)及各信號的調(diào)理等功能。調(diào)理適配器主要包括適配器自檢電路、適配器識別電路、轉(zhuǎn)換電路和調(diào)理隔離電路等,其主要組成模塊框圖如圖2所示。

圖2 調(diào)理適配器主要組成模塊框圖

調(diào)理適配器自檢電路將接插件處信號通過門控電路環(huán)接至采集通道,當(dāng)進(jìn)行適配器自檢時(shí)控制門的開通或關(guān)斷進(jìn)行適配器的電路自檢。適配器識別電路通過在適配器上設(shè)備識別電阻排及撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換及調(diào)理模塊通過設(shè)置驅(qū)動器、供電控制繼電器及調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

此軟件所實(shí)現(xiàn)的功能是用嵌入式控制器控制儀器及板卡完成信號的激勵及采集處理。自動測試設(shè)備軟件開發(fā)環(huán)境使用LabVIEW。LabVIEW是面向自動測控領(lǐng)域開發(fā)的圖形化虛擬儀器軟件平臺,人機(jī)界面構(gòu)造簡單,測試處理模塊程序編寫直觀,各種PXI板卡均對此開發(fā)環(huán)境提供驅(qū)動支持。利用LabVIEW技術(shù)開發(fā)檢測系統(tǒng),其核心部分是軟件設(shè)計(jì)[2]。本軟件可劃分為上層人機(jī)交互層及下層子模塊測試處理層。LabVIEW程序設(shè)計(jì)主要分為前面板和程序框圖兩個部分,前面板為軟件的設(shè)計(jì)界面,而儀器內(nèi)部的程序邏輯設(shè)計(jì)則是通過“后面板”——程序框圖來實(shí)現(xiàn)[3]。本軟件的人機(jī)交互層由LabVIEW前面板實(shí)現(xiàn),子模塊通過LabVIEW的程序框圖完成。子模塊測試處理層分為設(shè)備資源管理、功能性能測試、數(shù)據(jù)存儲處理三部分,其軟件模塊具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 自動測試系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

每個模塊功能如下:

1) 設(shè)備資源管理模塊

資源管理模塊主要包括設(shè)備自檢、適配器識別自檢及外設(shè)控制打印測試報(bào)告等功能。

設(shè)備軟件啟動時(shí)完成設(shè)備板卡及儀器儀表的自檢,保證測試測量前硬件工作正常。

適配器識別模塊通過讀取適配器調(diào)理板上阻排與撥碼開關(guān)組成的識別電路獲取適配器的ID值與預(yù)期值進(jìn)行比較。適配器自檢模塊由通過調(diào)用設(shè)備板卡寫函數(shù)發(fā)出激勵,信號通過調(diào)理板上的回繞電路至采集通道,再由設(shè)備板卡讀函數(shù)讀取采集值與激勵值比較。

2) 功能性能測試模塊

各功能測試模塊則調(diào)用設(shè)備板卡驅(qū)動函數(shù)產(chǎn)生所需激勵信號經(jīng)信號隔離調(diào)理后送至被測件,信號通過被測件處理后返回主控計(jì)算機(jī),主控計(jì)算機(jī)采集到的值與預(yù)期值比較并判斷其是否在預(yù)期范圍內(nèi)。在此模塊中實(shí)現(xiàn)BIT及回繞測試、232通訊測試、離散量輸入輸出測試、模擬量輸入輸出測試、422通訊測試、485通訊測試。

3) 數(shù)據(jù)處理存儲模塊

數(shù)據(jù)處理存儲模塊將采集值進(jìn)行進(jìn)一步修正,避免由于信號在導(dǎo)線上的傳輸衰減所引起的誤差,確保最終值更貼近實(shí)測值。存儲模塊將修正后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫以便后期回看數(shù)據(jù)或者對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。報(bào)告生成模塊通過調(diào)用報(bào)告生成工具生成所需格式的驗(yàn)收報(bào)告。

1.3 軟件測試流程

測試軟件運(yùn)行后首先進(jìn)行設(shè)備的自檢,確認(rèn)所有板卡及儀器正常后進(jìn)行調(diào)理適配器的識別及檢測,在設(shè)備及調(diào)理適配器這些基礎(chǔ)硬件資源確認(rèn)正常后給被測件加電并握手,待握手完成進(jìn)行被測件各個測試項(xiàng)測試,測試所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析修正后存入數(shù)據(jù)庫,并自動生成測試報(bào)告。自動測試設(shè)備的軟件測試流程圖如圖4。

圖4 自動測試設(shè)備軟件測試流程圖

2 設(shè)備運(yùn)行驗(yàn)證

軟件運(yùn)行驗(yàn)證如圖5所示。

圖5 自動測試設(shè)備軟件測試主界面

3 結(jié)束語

本測試設(shè)備以PXI總線為核心,采用了測試測量領(lǐng)域的電氣、結(jié)構(gòu)和軟件規(guī)范,實(shí)現(xiàn)了被測件接口測試所需求的各種功能。設(shè)備可對機(jī)電計(jì)算機(jī)調(diào)試時(shí)及交付前進(jìn)行全面高效的測試,避免了普通測試臺人工測試可能導(dǎo)致的人為錯誤及人工測試效率低下的問題。在設(shè)備的驗(yàn)證使用過程中,其測試便捷性、效率高、故障診斷準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)得到充分體現(xiàn),使得產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)成本大大降低。