基于PXI總線的雷抗偵察接收機故障信息自動采集系統設計

胡 林，莫翠瓊，陳立明，韓英永

（1.電子工程學院，合肥230037；2.安徽電子制約技術重點實驗室，合肥230037）

0 引 言

隨著戰爭形態和裝備技術的發展，維修保障問題成為制約戰斗力正常發揮的重要因素之一。國內在雷抗偵察接收機故障檢測與維修方面主要還是依靠傳統的維修工具和手段，而傳統的維修方法效率低，已經不能滿足我軍裝備快速故障診斷與維修的需要。因此研究雷抗偵察接收機的故障信息自動采集系統對提高接收機的快速診斷、技術保障效率具有十分重要的意義。

目前，我國的故障信息自動采集系統仍以基于外圍設備連接（PCI）、用于儀器的虛擬機器環境接口（VXI）總線技術的居多，隨著裝備復雜度日益提高和測試參數的增多，傳統的基于PCI和VXI總線技術的故障信息采集系統暴露出越來越多的缺點，如基于PCI技術的環境適應性差、可靠性低等；基于VXI總線技術的系統功能強大，但其成本較高。隨著計算機技術與故障診斷技術的發展，近年來基于PXI總線技術的測試系統越來越多地受到人們的青睞。用于儀器的PCI總線擴展（PXI）總線是1997年美國國家儀器公司（NI公司）發布的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線，是一種專為工業數據采集與儀器儀表測量應用領域而設計的模塊化儀器自動測試平臺，具有先進、通用、可靠、易于擴展和高速等優點［1－2］。

本文設計的基于PXI總線技術的故障信息采集系統，充分利用NI公司現成的模塊化產品，配合自行研制的接口適配器，實現了雷抗偵察接收機故障信息的快速采集。該系統具有可靠性高、抗干擾能力強、成本低的特點。

1 系統的硬件設計

系統主要采用PXI總線模塊和自研的接口適配器為硬件平臺，在計算機的控制下實現對雷抗偵察接收機故障信息的自動采集。系統硬件主要由主控計算機、接口適配器、PXI機箱和PXI卡式儀器幾部分組成，其總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構

（1）主控計算機

主控計算機是整個系統和操作員之間實現人機交互的接口，是系統軟件的載體［3］。其功能是管理所有的硬件設備，控制數據流向，分析處理采集到的數據，提取故障特征，存儲數據，并將測試結果送至顯示器。

（2）接口適配器

接口適配器是整個系統設計的重點，也是實現整個系統自動化、各模塊之間通用化的關鍵。由圖1可以看出，接口適配器匯聚了大量控制、輸入和輸出信號，是PXI總線系統和待測設備之間信號傳輸的中樞。其主要功能是對電源信號、電平信號和脈沖信號進行調理，使之滿足PXI儀器設備要求，同時也起到保護測試儀器安全的作用。實現框圖如圖2所示。

（3）PXI機箱

圖2 接口適配器實現框圖

PXI機箱采用NI公司的PXI－1073集成化機箱。PXI－1073集成化機箱為系統提供了堅實的模塊化封裝結構，能夠在0℃～50℃的環境中正常工作，可接受5個PXI Express模塊，具有良好的抗震性和電磁兼容性。

（4）PXI卡式儀器

示波器模塊PXI－5114可對各待測模塊輸出的各種波形信號進行檢測，具有2個采樣精度為250MS／s連續采樣的輸入通道，每個通道具有125MHz帶寬和256MB的存儲空間，可適應±40mVpp到±40 Vpp輸入信號，其中Vpp為峰峰值電壓。

多功能數據采集卡PXI－6363可對各種相關的輸入信號進行采集，可用于連續高速數據記錄，以及模擬輸入、模擬輸出的同步控制等。該卡提供了32路模擬輸入、4路模擬輸出、48路數字I／O及4路32位計數器，其16位的分辨率完全滿足自動采集系統要求。

數字萬用表模塊PXI－4065主要是對電壓、電流和電阻測量或二極管的測試，能夠實現±300 VDC／Vrms的隔離、達3A的電流測量、2線或4線的電阻測量，具備了速度與精度兩大優點，同時還可以設置偏移補償，以消除阻抗測試時的偏置電壓。

智能數據采集卡PXI－7851主要是對－10V～＋10V范圍內模擬信號的采集，具有8路模擬輸入、750kHz的獨立采樣率、16位的分辨率、3路直接存儲器訪問（DMA）通道，可實現高速硬盤數據讀寫［4－6］。

2 系統軟件的設計

系統采用美國NI公司的Lab－VIEW開發工具實現。Lab－VIEW軟件是一個基于G語言（圖形化編程語言）的圖形化開發環境，主要用于自動測試系統的軟件開發。它內置信號采集、測量分析與數據顯示功能，將傳統的編程語言包裝為易于使用的圖形編程語言。其界面設計直觀靈活，數據庫操作簡單、執行速度快，具有強大的函數模塊庫，是被工業界和研究實驗室所廣泛接受的數據采集和儀器控制軟件［7］。

2.1 系統軟件組成

軟件部分主要包括系統初始化模塊、系統自檢模塊、任務管理模塊、數據采集控制模塊、分析處理模塊、資料查詢模塊和顯示模塊。軟件部分組成框圖如圖3所示。

圖3 系統軟件組成框圖

（1）系統初始化模塊。系統初始化主要包括硬件初始化和軟件初始化，分別通過調用硬件初始化模塊和軟件初始化模塊完成。

（2）系統自檢模塊。系統自檢主要包括PXI總線系統自檢和系統各部分之間的通訊自檢。

（3）任務管理模塊。任務管理模塊主要完成系統初始化、系統自檢、數據采集、數據存儲、數據顯示等不同任務進程時，對各硬件軟件分系統的協調和控制功能。

（4）數據采集控制模塊。數據采集控制模塊主要完成對接口適配器、PXI總線系統控制，其作用是根據所選分機模塊的管腳特性，設置接口適配器的信號輸入類型，控制矩陣開關的切換，然后將取樣信號輸送到相應的PXI采集卡進行信號采集，并且控制PXI總線系統將采集到的數據進行存儲，供后期處理和顯示使用。

（5）分析處理模塊。分析處理模塊主要完成對數據采集卡所采集的數據進行分析處理，并且根據接收機的管腳特性、信號類型、正常取值范圍等進行相對應的處理，將結果以直觀的形式呈現給操作員。

（6）數據庫模塊。對于每個分機模塊，數據庫中均有1組相對應的數據，用戶可根據測試對象的不同調用相應數據對故障信息自動采集系統各部分進行配置。采集到的數據經分析處理后存入數據庫中，用戶可通過SQL語句對數據庫進行管理、訪問。

（7）顯示模塊。主要實現對相關信息的實時顯示，包括運行狀態顯示和數據信息顯示，其中數據信息顯示包括模擬信號波形、電壓電流值、數字碼（十進制數值）和各種標志位的顯示。

2.2 系統工作流程

故障信息自動采集系統的任務管理模塊是整個系統的控制中心，它負責管理和協調各軟件模塊的工作。進入系統后，系統進行初始化，執行自檢程序，如果采集系統故障，則提示系統故障；如果系統正常，則對接收機的模塊進行選擇，在采集控制程序的控制下實現接口轉換、數據采集和存儲，然后對采集到的數據進行處理分析，將分析結果送至顯示。系統工作流程如圖4所示。

圖4 系統軟件主程序流程圖

3 結束語

本文設計的基于PXI總線的故障信息自動采集系統廣泛采用了模塊化的設計思想，方便了系統的擴充和升級，解決了系統升級所帶來重復設計、重復投入的問題，具有采集速度快、設備量少、使用簡單的特點，完全適應了雷抗偵察接收機快速診斷、精確定位故障源的要求。

［1］李瑩，李宏偉，曹軍明.基于PXI總線的某型空空導彈總體性能測試系統設計［J］.計算機測量與控制，2010，16（12）：1897－1899.

［2］張靜，李悅，張娟.基于PXI總線彈載模塊自動測試系統的設計與實現［J］.航空計算技術，2010，40（3）：119－122.

［3］邢亞坤，吳國慶.基于PXI總線的電臺性能測試系統設計與實現［J］.計算機測量與控制，2010，17（1）：46－48.

［4］鄭永秋，史贇，李圣昆.多通道高精度數據采集電路的設計與實踐［J］.電測與儀表，2011，48（549）：86－90.

［5］魏志剛，王漢兵，張建虎.基于PXI總線的多型號戰術導彈動態測控系統的研究與開發［J］.計算機測量與控制，2008，16（1）：80－82.

［6］朱明，糜玉林，張翼.基于自定義總線的通用適配器設計［J］.計算機測量與控制，2004，12（11）：1091－1095.

［7］陳亮，曹興岡.基于PXI總線的電子裝備測試系統設計［J］.科學技術與工程，2011，11（33）：8243－8246.