復雜類測試設備的便攜式、通用化設計

馮小彤

摘 要本文簡要描述了某個測試項目的硬件測試資源需求，通過實例介紹了某個測試項目在測試資源的集成、矩陣式切換采集、便攜式機箱三個方面的便攜式設計。通過設備接口定義，結構零部件，功能板卡、電器開關、接插件的選型，軟件編程模式等設計實現了復雜類測試設備的通用化設計。

【關鍵詞】復雜類測試設備 便攜式設計 通用化設計

1 硬件測試資源

本測試項目硬件資源需求如下：

（1）ARINC429數字信號：輸出12路，輸入4路；

（2）RS422A數字信號：輸出8路，輸入8路；

（3）直流模擬量（0～10V）：14位以上 ，輸出10路；

（4）直流模擬量（0～60mV）：誤差小于30uV，輸出2路；

（5）電流源：0～20mA電流源，輸出1路；

（6）交流模擬量：400Hz正弦， 0.56V～5.6V，精度±0.4%，輸出3路；

（7）交流模擬量：±10V范圍內一個固定值，隨著轉速頻率在0～100Hz變化），輸出2路；

（8）LVDT傳感器：有效值為3.5V±0.15%VAC，1800±2Hz，輸出1路；

（9）電阻信號：10.00Ω～1000.00Ω，輸出11路；

（10）離散量：輸出80路；

（11）離散量：輸入5路；

（12）LVDS視頻信號：輸出6路；

（13）LVDS視頻信號：輸入2路；

（14）電源：直流28V DC （≥8A）1路，交流36V/400Hz （≥2A）1路，直流10V DC （≥500mA）。

2 設備的便攜式設計

設備主要從以下幾個方面設計，來滿足便攜式的要求：測試資源的集成、矩陣式切換采集、便攜式機箱設計。

2.1 測試資源的集成

（1）LVDS 視頻輸出信號：本測試項目中要求提供6路LVDS視頻輸出信號，并且主控計算機能夠控制6路LVDS信號的單獨開啟和關斷。通常設計需要6路VGA視頻源、6個視頻轉換器將VGA信號轉換為LVDS信號，另外通過離散量邏輯電路板對信號進行切換，實現獨立控制。而本項目中設計一塊視頻輸出卡，通過RS232端口與主控計算機通訊，實現了6路LVDS信號的單獨開啟和關斷，解決了需要大量測試資源的問題，板卡工作原理見圖1。

（2）LVDS 視頻輸入信號：本測試項目中要求有4路LVDS視頻輸入信號，通過邏輯關系能夠選擇4路中的1路信號輸出。通常設計需要4個LVDS視頻轉換器，另外通過離散量邏輯電路對信號進行切換，實現獨立控制。本項目中設計一塊視頻輸入卡通過離散量的邏輯控制實現了4路LVDS信號的邏輯輸入選擇，板卡工作原理見圖2。

（3）電源：定制了一臺4路輸出電源，這4臺電源相互獨立，安裝在同一個模塊中。每一路輸出電壓都有獨立的過流、短路保護功能，每一路都有LED指示燈顯示電源是否輸出；通過RS232接口能夠程控每一路電源的輸出，整體電源高度為2U。本項目中將4種不同種類的電源集成到一個模塊中，減少電源的占用空間；

（4）對于常規類ARINC429、RS422A、直流模擬量、離散量類等信號選用多通道類板卡，減少同類信號的板卡數量，例如：選用了1塊16通道的ARINC429板卡，替代了2塊8通道板卡的方案。

2.2 矩陣式切換采集

對于有些要求多個通道輸出，而硬件資源有限的信號，采用矩陣式開關采集或輸出的方式解決。

（1）本項目要求提供11路輸出電阻，每一路都要求連續可調。如果采用2通道的輸出電阻卡，則共計需要6塊電阻卡才能滿足測試要求。本設備中采用了一塊2通道的輸出電阻卡和一塊高密度開關卡的方式解決了此問題，節約了板卡資源。多路輸出電阻工作原理圖見圖3。

（2）設備輸出的11路電阻在輸出給被測產品前，需要設備進行閉環測量，通常需要11路硬件測量資源通道，并且測量需要4線制采集方式。本設備采用了一塊萬用表板卡和一塊4×40的2線矩陣開關卡實現11路輸出電阻的采集測量。采集測量的工作原理圖見圖4。

2.3 便攜式機箱的設計

為了方便運輸，本設備定制了一體化的6U三防機箱。本機箱功能特點如下：

（1）19英寸、6U標準框架結構，適用于各種標準儀器安裝，本設備選用18槽PXIe機箱和一個2U

高固定電源組件安裝在標準框架結構上；

（2）一體化顯示輸入組件：安裝于機架的前端，收起狀態，可以鎖定；打開以后，鍵盤/觸摸板部分可以向下翻開，顯示器可以調整一定的角度；

（3）減震性能為20～2000Hz衰減2倍；

（4）箱體兩側安裝4個抬環，便于設備的搬運；

（5）箱體前后面安裝有保護蓋，設備使用能夠輕易的拆下，設備不使用時能夠輕易可靠的蓋上。

機箱內部各個硬件資源的連接關系見圖5。

3 設備的通用化設計

本項目主要從以下幾個方面開展了通用化設計工作：設備接口定義，結構零部件，功能板卡、電器開關、接插件的選型，軟件編程模式等。

3.1 設備接口定義

對于本測試設備，采用海量接插件的接口形式，每個接插件有260個管腳，每一個接插件都是按照標準定義來定義的，例如：第1個海量接插件全部是數字量信號，其信號包括：ARINC429、RS422A等；第2個海量接插件全部是模擬量信號；第3個海量接插件上半區全是電源信號，下半區全是備份信號區域等。每一個管腳也是按照標準定義來定義的，例如：第1個海量接插件0～32管腳是ARINC429信號的輸入管腳、第3個海量接插件的1～6管腳是直流28V電源輸入管腳等。

3.2 結構零部件

設備內部結構模式在經過一段時間的其它多個設備驗證后，其結構模式基本固定下來，例如：將顯示輸入組件、海量接插件、適配箱、轉接箱等做為標準結構模式，從而減少結構零部件的種類和數量，降低了設計工作量。結構零部件見圖6。

3.3 功能板卡、電器開關、接插件的選型

經過對多個廠家和型號的對比，另外經過長時間的其它設備驗證后，確定下來以后所使用的種類和型號，從而減少這些器件的種類。

3.4 軟件編程模式

使用的項目開發軟件具有以下功能和特性：

（1）編程模式是固定的，通過配置接口文件或編寫固定的測試程序集，就能完成測試項目；

（2）編寫的程序易于后續人員維護；

（3） 底層板卡驅動是獨立的，更換底層板卡型號，頂層測試程序不需要變更；

（4）符合IEEE 1641[1]和IEEE 1671[2]等對通用設備要求的標準；

（5）能夠滿足實時性要求高的測試項目。

4 小結

復雜類測試設備的便攜式、通用化設計在以下幾方面具有重要意義：

（1）方便產品的移動測試、提高設備利用率；

（2）體現測試設備標準化的統一、簡化、協調、優化的理念；

（3）對促進技術成熟、降低成本、縮短研制周期、簡化維修等具有重要意義。

參考文獻

[1]IEEE 1671-2010 IEEE Standard for Automatic Test Markup Language（ATML） for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML.

[2]IEEE 716-1995 IEEE Standard Test Language for All Systems-Common/Abbreviated Test Language for All Systems（C/ATLAS）.

作者單位

太原航空儀表有限公司 山西省太原市 030006