基于PXI總線的導彈引控自動測試系統設計

姜景偉+李國林+路翠華

摘 要： 針對某型導彈引控系統現有測試設備測試儀器分散、連接復雜、自動化程度低、耗費高等問題，提出一種基于PXI總線技術的自動測試系統（ATS）設計，實現測試系統的自動化、模塊化及通用化，降低測試系統的規模，節約研發成本。描述了測試系統的結構和組成，給出了測試系統的硬件設計及軟件設計。重點介紹模塊化儀器的選擇、電源模塊的設計及軟件的測試流程。經論證，系統設計合理、測試準確、自動化程度高，滿足測試需求。

關鍵詞： PXI總線； 自動測試系統； 虛擬儀器； 電源模塊

中圖分類號： TN911?34； TP336 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0087?04

Design of automatic test system for missile detonating control system based on PXI bus

JIANG Jing?wei， LI Guo?lin， LU Cui?hua

（Navel Aeronautical and Astronautical University， Yantai 264001， China）

Abstract： Aiming at the problems of scattered test equipment， complex connection， low?level automation and high cost of the existing test equipment for a certain type of missile， an automatic test system （ATS） based on PXI bus technology was designed to achieve the test system automation， modularity and general utilization， which reduced the size of the test system and saved development cost. The structure， composition， hardware design and software design of the test system are described in this paper. The selection of modular instruments， the design of power module and the testing process of software are introduced. The system demonstration indicates that the design of the developed ATS is reasonable， and its testing accuracy and automation level are high， which can meet the test requirements.

Keywords： PXI bus； automatic testing system； virtual instrument； power module

0 引 言

科學技術在不斷發展并應用于現代導彈中，使現代導彈的組成、結構及內部組件越來越復雜，特別是導彈引控系統，給導彈引控系統的測試帶來一定的難度，具體表現在測試信號種類多、測試量大，被測信號有模擬量信號、串口信號、時序信號、脈沖信號、開關量信號、射頻信號。現有的測試設備自動化程度低，測試步驟繁瑣，測試儀器分散，連接復雜，耗費資源高，不利于保障部隊官兵作戰及日常訓練。實戰訓練中，測試時間緊、戰場環境復雜，這就要求測試系統能夠實現自動化、快速化，有一定的抗干擾能力，能在復雜環境下工作[1]。因此，研制人員需求少、工作強度低、測試時間短、信息化程度高的自動化測試設備，具有重要的軍事、經濟意義。

PXI測試系統規范由美國國家儀器公司（NI）在1997年推出[2] ， PXI總線技術綜合了PCI、CompactPCI堅固的插卡結構、VME總線、VXI總線和GPIB總線的優點，與其他總線技術相比，特點是模塊化、小型化、高性能和高集成化，正是這些特點使PXI總線技術迅速在各個領域內發展成為應用最廣泛的測試平臺[3]。本文以虛擬儀器技術及PXI總線技術為技術支持，完成某型導彈引控系統自動測試系統的設計。

1 測試系統硬件設計

自動測試系統（ATS）包含人機接口單元、測試資源、相應的接口設備、開關系統、電源系統5部分。人機接口單元主要包括程序開發環境、測試程序軟件、主控制器、顯示器、打印設備等，測試資源部分包括測試激勵設備、測試量采集設備等，接口設備包括測試接口適配器、被測件專用適配器等[4]。其硬件組成主要由5部分構成：激勵設備、主控制器、檢測設備、測試信號接口裝置和開關裝置[5]。把激勵設備、檢測設備及主控制器歸為測試設備硬件部分，把信號接口裝置和開關裝置歸為接口適配器部分。

1.1 自動測試設備硬件部分設計

自動測試設備部分設計的主要工作是提供各被測件（UUT）測試需求的測試資源以及系統自身運行測試所需的資源。在本系統中，選擇基于PXI總線技術生產的貨架產品，組建自動測試系統。被測信號有模擬量信號、串口信號、時序信號、脈沖信號、開關量信號、射頻信號，可采用的PXI模塊有：射頻（RF）信號發生器、高速A/D卡、繼電器陣列、數字I/O卡、D/A轉換卡（任意波形發生器）、485通信卡、數字萬用表等，這些模塊插在PXI機箱內的安裝槽內，通過PXI總線與PXI控制器連接，同時，各個模塊通過適配器與被測對象相連接，在PXI控制器的管理下，多個模塊可共同完成對某一個被測對象的測試，而每個模塊又可參與多個測試項目，系統的組成非常靈活，設備利用率和集成度很高，其硬件組成如圖1所示。

圖1 測試系統硬件結構圖

根據測試信號參數特性選擇相應規格的PXI模塊。選擇型號為PXI?1065的機箱，其主要參數為18槽交流3U PXI Express，包含9個PXI插槽，4個PXIe插槽，5個混合插槽，帶寬高達3 GB/s；選擇PXIe?8133為嵌入式控制器，處理器為四核、1.73 GHz，運行Windows XP系統；矢量網絡分析儀型號為PXIe?5665，主頻高達14 GHz；RF信號發生器選擇PXIe?5673E，其主頻率3.3 GHz；高速AD卡選擇14位、傳輸速率為100 MB/s的PXI?5412；選擇16通道、可通過最大電流值為5 A的繼電器陣列；數字I/O選擇160通道DIO的PXI?7813R；485通信卡選擇4端口、數字隔離的串行接口的PXI?8433/4；選擇主頻8 GHz，型號PXI?5695的可編程衰減器，擁有達+24 dBm最大輸出功率和； 60 dB總增益矩；陣開關選擇PXI?2529，擁有128交叉點，可以進行1 A切換2 A傳輸；選擇分辨率為6.5位的PXI?4065數字萬用表。現有測試設備的過載測試臺由于需要手動操作，不能實現自動化操作，需要重新設計，以完成自動調平、校準以及同時測試4個過載開關的功能。沖擊器平臺亦需重新設計，以實現自動完成沖擊、復位功能。此外，還需設計電源模塊，實現在測試過程中對各UUT進行供電。

1.2 接口適配器部分設計

接口適配器（TUA）是自動測試設備（ATE）與被測單元（UUT）之間的信號傳輸中心[6]。接口適配器是自動測試系統設計中非常重要的一部分，也是自動測試系統硬件部分需要設計人員人工設計的那部分，很多激勵信號、控制信號還有被測信號在此匯集。接口適配器主要有兩個作用，一是對信號進行機械連接，二是對信號進行電氣連接。在機械連接方面，適配器接口分別與UUT測試接口及PXI儀器接口通過測試電纜相連，大量線路都置于適配器內，增加了系統的集成度，縮短了系統的展開及撤收時間，提高測試效率；在電氣連接方面，測試系統產生的激勵信號、控制信號和UUT產生的被測信號要經過適配器內部的根據需要設計的電路來傳輸和濾波、限幅等信號處理。此外適配器箱內還集成了電源模塊，向適配器和UUT系統供電。

1.3 電源模塊部分設計

經過對測試系統中各UUT的分析，需要以下8個獨立電壓的供電，分別是+5 V，-5 V，+3.3 V，+1.2 V，

+2.5 V，+15 V，+50 V。購置AC?DC電源模塊將輸入的220 V/50 Hz市電轉換為直流±5 V，-15 V和有電流過流保護電路的+15 V的輸出，然后通過電源電路將±5 V、±15 V電壓轉換成系統需要的電壓。下面以+50 V和+3.3 V為例，介紹詳細的電路設計。

1.3.1 50 V電源電路設計

50 V電路由MC34063A系列DC?DC變換器及部分外圍電路構成。MC34063AD內部集成溫度自動補償的基準電壓發生器、比較器、占空比可控限流回路振蕩器、RS觸發器和大電流開關電路等。其輸入電壓范圍為2.5～40 V，本電路中選用15 V電壓作為輸入，而輸出電壓根據外圍電路的器件選擇而有所不同，本系統設計的電路在20～60 V可調，如圖2所示。MC34063AD的FB腳為比較器反相輸入端，也是輸出電壓取樣端，所以調節外部電阻比值，可調節輸出電壓，輸出電壓計算式如下：

[Vout=1.25×（1+RadjR4）]

BUV26為NPN型開關功率管，開關動作時間短，可工作在高率轉換狀態，這樣滿足MC34063A的工作頻率，BA159為快速恢復整流管，使開關電壓穩定在所需的電壓上。

圖2 50 V供電電路

1.3.2 3.3 V電源電路

3.3 V電源分模擬3.3 V和數字3.3 V，采用的供電芯片為美國線性技術（Linear Technology Corporation）公司生產的3.3 V穩定電壓輸出芯片LT1086?3.3 V，輸入電壓為5 V，輸出最大電流可達1.5 A。LT1086?3.3 V對外圍電路要求簡單，甚至可以不需要任何外部元件即可輸出既定電壓。圖3為3.3 V供電電路，在整個硬件設計中模擬地與數字地通過一個0 Ω電阻GND_R1單點連接在一起。

圖3 3.3 V供電電路

2 測試軟件設計

軟件在很大程度上決定自動測試系統的測試流程，所以軟件決定了測試系統測試性能的高低。NI公司開發的LabVIEW開發環境是一個圖形化的編程語言[7]， LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環境的簡稱[8]， 它基于虛擬儀器技術，可以靈活地增加和修改自動測試系統的測試功能，可以很方便地調整設計參數[9]，這樣測試系統的硬件規模將大大降低，測試成本也隨之降低，而且圖形化的開發環境使開發人員不必將精力放在軟件的細節上，沒有經過計算機專業學習的人員也可以便捷的搭建自己的測試系統。目前LabVIEW開發環境主要應用在數據采集與儀器控制、數據分析、數據表達、測試測量及監控等領域[10]。

2.1 測試軟件的功能與結構

本系統軟件的設計采用自頂向下的程序設計方法，因為自頂向下、逐層分解的思想可以有效地控制軟件實現的復雜性，并通過逐級抽象、簡化每層與較低層次之間的關系，使得每次分解都比較容易理解，并容易確定分解后各成分的功能及相互關系。根據測試需求，為實現測試系統的測試功能，測試軟件可分為儀器驅動模塊、測試流程模塊、數據處理模塊、數據管理模塊和故障診斷模塊這5個功能模塊。其中儀器驅動模塊由硬件接口庫和硬件設備驅動組成，測試流程模塊由儀器類、解釋器和測試序列組成，數據管理模塊由結果顯示、結果記錄、結果輸出、結果比較和結果查詢組成，數據處理模塊由通用數據處理和專用數據處理組成，故障診斷模塊由診斷模型和診斷過程組成。如圖4所示。

圖4 軟件功能結構圖

2.2 軟件測試流程

用戶進入測試系統后首先進行登錄系統，登陸成功后進入測試主界面，進行適配器識別，識別成功系統進行設備自檢，自檢不通過將退出測試系統，自檢通過后根據測試需要手動選擇進行自動測試或進行分步測試，自動測試識別被檢對象后自動施加激勵、采集測試數據、顯示測試結果并判斷是否正常，如測試數據不正常則根據測試結果與正常值作比較來判斷故障部位，測試結果分別顯示在測試結果表和故障診斷結果表中，最后自動保存測試結果。分步測試根據需要選擇測試項目后根據界面提示進行相應操作，開始單個項目的測試，顯示測試結果完成故障定位，最后保存測試結果，結束測試。如圖5所示。

3 結 語

PXI總線技術綜合了以往5種測試總線的優點，包括PCI、CompactPCI堅固的插卡結構、VME總線、VXI總線和GPIB總線，實現了計算機技術與測控技術的完美結合。

該測試系統以PXI總線技術為核心技術，應用成熟的硬件和軟件技術，實現了信號處理的準確性及硬件擴展的便利性，系統在設計中依據模塊化設計的原則，各層和各模塊之問相對獨立，使得系統在進行擴展和維護時，無需對所有模塊進行修改。

圖5 軟件測試流程圖

測試系統人員需求少、工作強度低、測試時間短、信息化程度高，將提高部隊裝備自動化、信息化水平，提高測試精度和可靠性，減少人力資源需求，降低工作強度，有利于提高部隊的保障能力及作戰能力。按照本方案設計的測試系統可以滿足測試需求。

參考文獻

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[10] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.2程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2007.

圖4 軟件功能結構圖

2.2 軟件測試流程

用戶進入測試系統后首先進行登錄系統，登陸成功后進入測試主界面，進行適配器識別，識別成功系統進行設備自檢，自檢不通過將退出測試系統，自檢通過后根據測試需要手動選擇進行自動測試或進行分步測試，自動測試識別被檢對象后自動施加激勵、采集測試數據、顯示測試結果并判斷是否正常，如測試數據不正常則根據測試結果與正常值作比較來判斷故障部位，測試結果分別顯示在測試結果表和故障診斷結果表中，最后自動保存測試結果。分步測試根據需要選擇測試項目后根據界面提示進行相應操作，開始單個項目的測試，顯示測試結果完成故障定位，最后保存測試結果，結束測試。如圖5所示。

3 結 語

PXI總線技術綜合了以往5種測試總線的優點，包括PCI、CompactPCI堅固的插卡結構、VME總線、VXI總線和GPIB總線，實現了計算機技術與測控技術的完美結合。

該測試系統以PXI總線技術為核心技術，應用成熟的硬件和軟件技術，實現了信號處理的準確性及硬件擴展的便利性，系統在設計中依據模塊化設計的原則，各層和各模塊之問相對獨立，使得系統在進行擴展和維護時，無需對所有模塊進行修改。

圖5 軟件測試流程圖

測試系統人員需求少、工作強度低、測試時間短、信息化程度高，將提高部隊裝備自動化、信息化水平，提高測試精度和可靠性，減少人力資源需求，降低工作強度，有利于提高部隊的保障能力及作戰能力。按照本方案設計的測試系統可以滿足測試需求。

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圖4 軟件功能結構圖

2.2 軟件測試流程

用戶進入測試系統后首先進行登錄系統，登陸成功后進入測試主界面，進行適配器識別，識別成功系統進行設備自檢，自檢不通過將退出測試系統，自檢通過后根據測試需要手動選擇進行自動測試或進行分步測試，自動測試識別被檢對象后自動施加激勵、采集測試數據、顯示測試結果并判斷是否正常，如測試數據不正常則根據測試結果與正常值作比較來判斷故障部位，測試結果分別顯示在測試結果表和故障診斷結果表中，最后自動保存測試結果。分步測試根據需要選擇測試項目后根據界面提示進行相應操作，開始單個項目的測試，顯示測試結果完成故障定位，最后保存測試結果，結束測試。如圖5所示。

3 結 語

PXI總線技術綜合了以往5種測試總線的優點，包括PCI、CompactPCI堅固的插卡結構、VME總線、VXI總線和GPIB總線，實現了計算機技術與測控技術的完美結合。

該測試系統以PXI總線技術為核心技術，應用成熟的硬件和軟件技術，實現了信號處理的準確性及硬件擴展的便利性，系統在設計中依據模塊化設計的原則，各層和各模塊之問相對獨立，使得系統在進行擴展和維護時，無需對所有模塊進行修改。

圖5 軟件測試流程圖

測試系統人員需求少、工作強度低、測試時間短、信息化程度高，將提高部隊裝備自動化、信息化水平，提高測試精度和可靠性，減少人力資源需求，降低工作強度，有利于提高部隊的保障能力及作戰能力。按照本方案設計的測試系統可以滿足測試需求。

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