基于LabWindows/CVI的某型通信電臺故障排查設(shè)備的設(shè)計(jì)

王 鵬

（中國電子科技集團(tuán)公司第十研究所科研生產(chǎn)處，四川成都 610000）

0 引言

通信電臺是飛機(jī)航電系統(tǒng)的一部分，它主要完成航空系統(tǒng)的通信任務(wù)。某所作為在通信電臺領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位的單位，承制了某型通信電臺的研制生產(chǎn)工作。該型通信電臺自投產(chǎn)以來，共計(jì)生產(chǎn)了上千套，而隨著通信電臺裝配數(shù)量的增加以及部隊(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練要求的逐步細(xì)化，對該型通信電臺的使用越來越頻繁，暴露出的問題也越來越多。而傳統(tǒng)的測試設(shè)備過于笨重且接線復(fù)雜，分析問題時(shí)需參考的文件又多達(dá)上百頁、對照翻譯困難，這些問題都給赴外場排查故障的工程師們帶來了極大的不便。基于以上情況，急需研發(fā)出一種便攜式的通信電臺故障排查設(shè)備來輔助現(xiàn)場排故。

1 測試系統(tǒng)

該型通信電臺故障排查設(shè)備設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是在滿足外場通信電臺指標(biāo)測試要求的前提下，突出系統(tǒng)的實(shí)用性、便攜性、低成本和擴(kuò)展性。為此，方案設(shè)計(jì)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

(1)設(shè)計(jì)過程中，盡量使軟件界面更具人性化、可操作性；

(2)在保證技術(shù)指標(biāo)前提下，盡量采用最簡電路方案，減小體積、減輕重量以及降低制造成本；

(3)在滿足體積要求的情況下，盡量多的預(yù)留可擴(kuò)展的接口，以滿足更多功能的實(shí)現(xiàn)。

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該測試設(shè)備基于價(jià)格便宜、便于采購且通用性強(qiáng)的普通電腦硬件搭建，由設(shè)備電源、顯控單元、被測設(shè)備專用電源和接口電路組成。

該測試設(shè)備的基本組成框圖如圖1所示。根據(jù)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)主要用于對通信電臺外場中的重要指標(biāo)的功能性測試，主要考察的是被測設(shè)備的控制功能及其數(shù)據(jù)傳輸功能。故該測試設(shè)備利用了通信電臺的對外接口來實(shí)現(xiàn)這一系列功能——通過對A、B 兩部被測設(shè)備的控制，再由顯控單元即可對被測設(shè)備的工作模式、參數(shù)、工作方式、工作頻點(diǎn)等進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)被測設(shè)備的控制功能。

圖1 測試設(shè)備基本組成框圖

通過將被測設(shè)備A 作為源設(shè)備，被測設(shè)備B作為接收設(shè)備，再由顯控單元通過接口電路對被測設(shè)備A 和被測設(shè)備B 加載相同參數(shù)后下發(fā)控制指令及數(shù)傳數(shù)據(jù)，被測設(shè)備A 將該數(shù)傳數(shù)據(jù)調(diào)制到射頻信號上后，將該信號發(fā)射至被測設(shè)備B，被測設(shè)備B 通過接收、解調(diào)后還原數(shù)傳數(shù)據(jù)，并通過接口電路輸入至顯控單元，與源被測設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行對比從而實(shí)現(xiàn)對被測設(shè)備的數(shù)傳功能的測試。

該測試設(shè)備的接口電路原理框圖如圖2所示。利用MOXA 公司的CP-114多串口卡，完成RS232電平與RS424電平的轉(zhuǎn)換，并將1個(gè)9芯串口擴(kuò)展為4個(gè)9芯串口，分別實(shí)現(xiàn)顯控單元對被測設(shè)備A 和被測設(shè)備B的控制功能及它們之間的數(shù)傳通信功能。預(yù)留誤碼儀和音頻接口，可對被測設(shè)備的誤碼儀模式數(shù)傳和話音進(jìn)行測試。該測試設(shè)備內(nèi)裝有電壓、電流指示表，能顯示當(dāng)前電壓值及兩個(gè)被測設(shè)備上電后各自的電流值。基于被測設(shè)備總線上電及非總線上電兩種不同的上電方式設(shè)計(jì)了上電控制開關(guān)，用于控制總線及非總線被測設(shè)備上電，PTT 開關(guān)用于控制被測設(shè)備在話音狀態(tài)下發(fā)射功率，數(shù)傳PTT 開關(guān)用于被測設(shè)備在常規(guī)數(shù)傳狀態(tài)下發(fā)射功率。原理框圖如圖3所示。

圖2 測試設(shè)備接口電路原理框圖

圖3 上電控制、PTT 控制及電源指示原理框圖

1.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

測試軟件的開發(fā)平臺有多種選擇，其中，NI公司的虛擬儀器軟件平臺LabWindows/CVI 是目前在自動(dòng)測試系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的一款：因此，該測試設(shè)備應(yīng)用軟件也是基于這個(gè)開發(fā)平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)。其軟件架構(gòu)如圖4所示，本軟件包括兩個(gè)層次——即面向控制盒的底層驅(qū)動(dòng)層，以及被測設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)置等應(yīng)用程序所在的上層測試應(yīng)用層。

圖4 測試設(shè)備軟件架構(gòu)圖

驅(qū)動(dòng)層主要是被測設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)計(jì)算機(jī)與被測設(shè)備之間的通信協(xié)議，設(shè)計(jì)底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)來完成對被測設(shè)備包括參數(shù)設(shè)置、頻表加載、波道號設(shè)置、頻點(diǎn)設(shè)置、工作時(shí)間設(shè)置等。

應(yīng)用層則是根據(jù)用戶所需實(shí)現(xiàn)的不同功能劃分出了被測設(shè)備控制、數(shù)傳互通、參數(shù)加載、頻表加載等功能單元。

2 測試程序軟件設(shè)計(jì)

2.1 測試軟件模塊化設(shè)計(jì)

本測試設(shè)備軟件在開發(fā)時(shí)，采用了模塊化的主導(dǎo)設(shè)計(jì)思想，即通過把一個(gè)軟件劃分成很多模塊，每個(gè)模塊分別完成不通的功能。各個(gè)模塊在規(guī)定的接口標(biāo)準(zhǔn)下是相互獨(dú)立的，這既有助于軟件的調(diào)試，也保證了各個(gè)模塊開發(fā)的獨(dú)立性，測試軟件模塊組成如圖5所示。

圖5 測試軟件模塊組成

2.2 測試軟件實(shí)現(xiàn)流程

測試設(shè)備軟件的流程圖如圖6所示。首先，要完成的是測試的初始化，在測試設(shè)備加電后軟件會(huì)提示設(shè)備是否已受控，如不受控則應(yīng)斷電檢查接口電纜及儀器連接情況。在上電完成后，即可進(jìn)入主界面選擇需要測試的項(xiàng)目，當(dāng)選擇好需要測試的項(xiàng)目時(shí)會(huì)進(jìn)入該項(xiàng)目的子測試界面，用戶可以在該界面選擇想要測試的信息。用戶在測試時(shí)的人機(jī)交互都是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，測試信息均能及時(shí)的反饋到測試界面上，如有異常情況出現(xiàn)，軟件會(huì)報(bào)錯(cuò)，并對產(chǎn)生異常的原因進(jìn)行最基本的判斷。用戶在測試完成后可返回主界面，通過選擇其它功能模塊進(jìn)行下一輪的測試。如此循環(huán)，直至所選測試全部完成。

3 功能函數(shù)的編程實(shí)現(xiàn)

3.1 自檢函數(shù)的編程實(shí)現(xiàn)

該測試設(shè)備軟件在初始化完成后可以選擇對被測試設(shè)備進(jìn)行自檢、各種參數(shù)設(shè)置/查詢等功能。其中，自檢功能是該通信電臺在外場排故時(shí)最常使用到的一個(gè)功能，利用自檢功能可以讓技術(shù)人員在產(chǎn)品發(fā)生故障時(shí)第一時(shí)間檢查各模塊的工作情況，方便對故障模塊進(jìn)行定位并隔離故障模塊進(jìn)行進(jìn)一步的排故工作。

圖6 軟件實(shí)現(xiàn)流程圖

本小節(jié)將簡要描述測試軟件對通信電臺進(jìn)行自檢的過程。

①首先，根據(jù)通信協(xié)議的規(guī)定，利用struct 函數(shù)建立啟動(dòng)自檢的信令selftest，并通過ComWrt (int portNumber，char buffer[]，int count)函數(shù)指定相應(yīng)的通信串口給被測設(shè)備發(fā)送自檢命令。在ComWrt 函數(shù)中，buffer[]指寫入端口緩沖區(qū)的字符串?dāng)?shù)據(jù)，count 代表的是寫入緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)目；該部分由以下程序?qū)崿F(xiàn)：

②信令發(fā)出后，在達(dá)到通信協(xié)議規(guī)定延遲時(shí)間及延遲次數(shù)后，利用GetInQLen (int portNumber)函數(shù)對輸入端口隊(duì)列中的回傳數(shù)據(jù)字符數(shù)目進(jìn)行讀取。如字符數(shù)目為0，則表示測試軟件未能與被測設(shè)備建立起有效通信，沒有可用的自檢信息反饋給測試軟件。此時(shí)應(yīng)對被測設(shè)備的加電情況、測試電纜連接情況進(jìn)行檢查，確保測試軟件與被測設(shè)備之間能進(jìn)行有效的通信；該部分由以下程序?qū)崿F(xiàn)：

③如字符數(shù)目不為0，則通過ComRd (int portNumber，char buffer[]，int count)函數(shù)接收輸入端口隊(duì)列中的回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析。在ComRd函數(shù)中，buffer[]是存放讀取數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，count是字節(jié)符數(shù)目。在參考通信協(xié)議進(jìn)行比對分析得出結(jié)果后，可以通過SetCtrlVal (int panelHandle，int controlID，...)函數(shù)實(shí)時(shí)的將自檢結(jié)果反應(yīng)在操作界面里；該部分由以下程序?qū)崿F(xiàn)：

3.2 關(guān)聯(lián)軟件的調(diào)用實(shí)現(xiàn)

在外場排故的過程中，除了對被測試設(shè)備的控制外，往往還需要對被測試設(shè)備進(jìn)行程序燒錄、各類參數(shù)的加載等參數(shù)，本測試軟件利用LabWindows CVI 對這一類軟件進(jìn)行了整合。

在上面這一小段程序中，利用LabWindows CVI的用戶交互事件在測試軟件界面生成了一個(gè)調(diào)用參數(shù)加載軟件用的控件，在測試軟件運(yùn)行過程中，當(dāng)用戶在圖形用戶界面對該控件進(jìn)行操作時(shí)（本軟件中設(shè)置為單擊該控件），就將執(zhí)行該控件對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，由回調(diào)函數(shù)來完成與控件對應(yīng)的功能。反映在本段程序中，由GetProjectDir、strcat、LaunchExecutable 三個(gè)函數(shù)組成了調(diào)用相對路徑“\測試系統(tǒng)用軟件\調(diào)試用參數(shù)\”下編程器_dbg.exe 程序的回調(diào)函數(shù)。

4 故障排查設(shè)備的測試驗(yàn)證

4.1 測試內(nèi)容

根據(jù)本故障排查設(shè)備最初的任務(wù)要求，該設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)的是對某型通信電臺的控制功能、波道參數(shù)及頻表編輯與加載功能、數(shù)傳誤包率測試功能等幾類功能。

任務(wù)團(tuán)隊(duì)專門為本設(shè)備擬制了專用校準(zhǔn)規(guī)范，并以此為依據(jù)對設(shè)備進(jìn)行測試，測試表格如表1所示。

4.2 測試步驟

4.2.1 設(shè)備的連接

將故障排查設(shè)備與被測設(shè)備參考圖1中的連接方式連接好，并為設(shè)備加電。

4.2.2 電源輸出檢測

按下故障排查設(shè)備上電開關(guān)，觀察電壓表是否能顯示輸出電壓，上電指示燈是否變亮。

表1 某型通信電臺故障排查設(shè)備校準(zhǔn)記錄表

4.2.3 電臺上電控制及工作電流檢測

按下電臺上電開關(guān)，觀察電流表是否能顯示輸出電流，上電指示燈是否變亮。

4.2.4 對電臺的控制功能檢測

操作故障排查設(shè)備專用軟件同時(shí)對兩部電臺進(jìn)行控制，觀察該軟件是否能對電臺進(jìn)行工作模式的控制、門限及使能參數(shù)的設(shè)置、TOD時(shí)間的設(shè)置與查詢、XXB模式的設(shè)置。

4.2.5 對電臺波道參數(shù)及頻表編輯與加載的功能檢測

操作故障排查設(shè)備專用軟件，觀察該軟件是否能對電臺波道參數(shù)及頻表進(jìn)行編輯與加載。

4.2.6 對空/海軍型電臺進(jìn)行數(shù)傳誤包率測試的功能檢測

設(shè)置電臺A 作激勵(lì)源，發(fā)射數(shù)傳調(diào)制信號，設(shè)置電臺B為接收方。將電臺B的收數(shù)據(jù)與電臺A的發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，測試電臺收發(fā)數(shù)傳功能是否正常。

4.2.7 話音PTT、數(shù)傳PTT 開關(guān)功能檢測

控制電臺工作在話音方式，將電臺射頻輸出端口與綜測儀相連接，按下話音PTT 開關(guān)，觀察綜測儀上顯示電臺發(fā)射功率是否正常，發(fā)射指示燈是否變亮。

4.2.8 音頻輸入、輸出功能檢測

控制電臺工作在話音方式，將測試設(shè)備收明話、發(fā)明話音頻接口與綜測儀相連接，觀察綜測儀上顯示電臺接收音頻幅度、調(diào)制度及頻偏是否正常。

4.3 測試結(jié)果

根據(jù)上述步驟，本故障排查設(shè)備完成了對某型通信電臺的十多項(xiàng)主要指標(biāo)的測試，測試覆蓋率達(dá)到95%以上。事實(shí)證明，基于LabWindows/CVI的某型通信電臺故障排查設(shè)備能夠有效的完成預(yù)定測試任務(wù)。

5 結(jié)論

基于虛擬儀器技術(shù)的某型通信電臺故障排查設(shè)備測試項(xiàng)目全面、操作方便、體積小、重量輕、便于攜帶，能夠有效地完成預(yù)定測試任務(wù)，并可以替代傳統(tǒng)復(fù)雜的測試設(shè)備來完成某型通信電臺的主要功能指標(biāo)檢測，為外場聯(lián)試及排故使用提供了便利的條件。其實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高，本文所述的測試設(shè)備的程序設(shè)計(jì)成功地為該設(shè)備的信息處理、人機(jī)交互提供了高效的控制與保障。實(shí)際應(yīng)用表明，程序滿足用戶需求，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、易于使用和維護(hù)。

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