基于虛擬儀器的自動測試系統設計

陜西凌云電器集團有限公司工藝所 汶迎春

陜西凌云電器集團有限公司設計所 劉防動

1.引言

虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用[1，2]。目前虛擬儀器技術發展迅速，在自動測試系統中占有重要的地位[1]。

自動測試系統發展經歷了專用型、臺式儀器積木型和模塊化儀器集成型三個階段。第三代自動測試系統是基于VXI、PXI等測試總線，主要由模塊化的儀器/設備所組成的自動測試系統，是當前先進的自動測試系統的主流組建方案，在國內外自動測試系統中得到了廣泛應用[3-5]。本系統是在第三代自動測試系統基礎上建立起來的。

2.測試需求分析

根據對接收機測試需求文件的分析，系統需完成識別電阻測量、專用激勵器自檢、1553B總線通道自檢、接收機自檢、收訊靈敏度、定向靈敏度、方位準確度和音頻輸出電壓8項性能測試，測試通過時顯示測試值，不通過時進行故障隔離，將故障定位到內場可更換單元（LRU）。系統需提供接收機工作的電源，模擬天線產生接收機所需的激勵信號，發送和接收總線控制碼，控制接收機工作，測量接收機的識別電阻、音頻電壓，并進行靈敏度測量。系統需具備1路交流電源、3路直流電源、1路激勵信號、1路RS232總線信號、1路1553B總線信號、1臺數字多用表、1臺無線電綜測儀、1臺頻譜儀、各類開關21個、1臺接口適配器。

3.系統硬件設計

系統硬件主要包括：主控計算機、激勵信號產生模塊、測量儀器模塊、數字總線通信模塊、專用激勵器、開關模塊和接口適配器（TUA），其中激勵器以信號適配板形式安裝于TUA內。各激勵信號的產生、信號的測量在軟件控制下，完成對接收機指標的測量。

儀表采用VXI/PXI總線模塊儀器和GPIB總線臺式儀器。主控計算機通過GPIB總線連接程控電源和臺式儀器，實現對電源的控制和對臺式儀器的操作，通過VXI/PXI總線連接模塊化儀器，實現對模塊化儀器的控制。儀器的輸入輸出接口與開關模塊相連，由軟件進行切換控制。

系統儀器由RS232仿真器、1553B仿真器、程控直流電源、程控交流電源、固定28V電源、固定-15V電源、信號源、頻譜儀、數字多用表、無線電綜測儀組成。圖1為系統硬件原理框圖。

3.1 電源輸出

圖1 系統硬件原理框圖

圖2 軟件結構圖

電源為接收機提供工作電壓，包括3種類型的電源。程控直流電源有1路輸出，輸出電壓為27V/1.2A。程控交流電源有1路輸出，輸出電壓為115V/400Hz，單相。固定電源有2路輸出，第1路：+28V/1A；第2路：-15V/1A。

3.2 信號源

信號源為接收機提供激勵信號，和專用激勵器配合使用，提供接收機所需的輸入射頻信號，頻率范圍：10kHz～1GHz。

3.3 信號測量

圖3 1553B總線通道自檢測試流程圖

數字多用表用來測量接收機輸出的電壓、電流、識別電阻等信號，其中交流電壓量程范圍：1mV～300V，頻率范圍：300Hz～1400Hz，直流電壓量程范圍：0V～30V，電阻阻值量程范圍：0Ω～2kΩ。

無線電綜測儀用來測量接收機的音頻輸出電壓，交流電壓量程范圍：1mV～100V，頻率范圍：300 Hz～1400Hz。

頻譜儀用來測量激勵器的自檢輸出信號功率，頻率范圍：10kHz～1GHz，最大功率30dBm。

3.4 數字信號資源

1553B總線仿真器為雙通道雙余度仿真器，具有總線控制器（BC）和遠程終端（RT）兩種工作模式，完成1553B總線與接收機的通信功能。

RS232總線仿真器用于主控計算機與激勵器的通信，完成方位控制功能。

3.5 開關模塊

系統通過開關模塊實現對各種信號進行切換，根據信號類型使用開關共21個。

3.6 接口適配器

接口適配器完成自動測試設備（ATE）與被測設備（UUT）之間信號的適配、連接，并為ATE中的各個信號到UUT中的相應引腳指定信號路徑，通過電纜將所需信號連接到TUA前面板，提供信號通路[6]。為減小系統體積，節約成本，與其他UUT共用一個TUA，激勵器作為信號適配板嵌入TUA中。

4.系統軟件設計

軟件采用ATLAS語言編程，ATLAS語言是所有系統共用的縮略測試語言（Abbreviated Test Language for All Systems），具有可移植性強、可靠性高、可閱讀性強的特點，被廣泛應用于各種測試程序集（TPS）開發中。系統輸入輸出信息由非ATLAS模塊實現，執行時調用模塊內的子程序即可。

程序采用模塊化設計思想，由1個主程序、8個主模塊、2個非ATLAS測試模塊及若干輔助模塊組成，圖2為軟件結構圖。主程序完成測試初始化和各模塊子程序的調用，ATLAS模塊完成識別電阻測量、激勵器自檢及接收機指標測試，故障隔離信息在ATLAS模塊中實現，系統輸入輸出信息由主程序或模塊程序調用非ATLAS模塊中的子程序實現。

本測試系統的重點在1553B總線測試程序開發上，1553B總線通道自檢測試流程圖如圖3。

5.應注意的幾點問題

5.1 延時問題

經仿真成功的程序在系統聯試時，曾出現1553B仿真器返回值不正確的現象，經分析，認為是程序語句間延時不夠引起的，程序中增加3S延時后，結果正常。延時是設計自動測試系統時不容忽視的問題。

5.2 變量類型轉換問題

1553B總線模型協議中命令字、數據字為16進制，而接收機的故障代碼為2進制，二者比較時需進行16進制-2進制轉換，否則容易引起誤判。

5.3 抗干擾問題

由于測試系統較為龐大，各種總線的信號傳輸、多種儀表的使用必然帶來新的干擾，為減小信號之間的干擾，需要合理劃分被測設備的信號，進行抗干擾設計。本系統設計時對TUA內部的激勵器采取了屏蔽措施，易受干擾（如音頻輸出電壓和接收機產生的調制信號）和產生干擾的信號（如交流電源）使用雙絞屏蔽線，直流電源使用音頻屏蔽線，音頻輸出電壓信號和電源線采取屏蔽層單端接地方式，信號地與電源地隔離。

6.虛擬儀器的優越性

與傳統儀器測試系統相比，利用虛擬儀器技術設計的測試系統更具優越性。利用虛擬儀器技術，可簡化設計，設計者無需了解儀器底層的實現方法，只需調用底層驅動即可，這樣，可使設計者在測試流程和方法上投入更多精力，大大縮短了開發時間；系統測試由軟件控制和計算，測試精度高，一致性好，速度快，避免了手工繁瑣的重復性工作以及人為因素造成的誤差和故障信息誤判；TPS可移植性強，有利于系統更新換代和高度集成，當測試需求有變化時，在軟件上作相應改動為首選方案，若仍不能滿足要求，可考慮增加硬件資源。

7.結束語

經實際使用，系統滿足接收機性能測試要求，人機界面友好，穩定性好，一致性好，可靠性高。虛擬儀器技術的發展為自動化測試系統的研制和升級帶來很大方便，隨著下一代自動測試系統NxTest合成儀器[7]概念的提出，采用RS232接口的專用激勵器已不能滿足系統高度集成的需要，因此研制滿足新一代測試系統的專用資源或使專用資源通用化已成為自動測試系統研制工作中的下一個課題。

[1]周求湛,劉萍萍,錢志鴻.虛擬儀器系統及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2011.

[2]杏運,呂幼新,姒強.基于虛擬儀器的任意波形發生器[J].電子測量技術,2011,34(6):68-72.

[3]李行善,左毅,孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京:電子工業出版社,2004:1-5.

[4]楊進寶,張建軍,倪芳英.基于SOPC系統的多功能虛擬儀器設計[J].電子測量技術,2011,34(6):73-75,117.

[5]王毅,石致勇,王懷光,等.基于PC104總線的某隨動系統自動測試設備設計[J].國外電子測量技術,2011,30(7):43-45.

[6]馬燁.某通信自動測試系統中射頻適配器的設計[J].國外電子測量技術,2011,30(6):40-43.

[7]黃盛霖,沈聰輝,孫偉超,等.下一代自動測試系統的核心:合成儀器系統[J].電子測量技術,2011,34(5):64-66.