基于PXIe總線的便攜檢測設備設計

潘增壽 黃雪明

摘 ?要：便攜檢測設備以PXIe機箱為主體，以PXIe的嵌入式計算機為主控，通過PXIe總線控制PXIe測試資源。PXIe測試資源引出至設備面板的檢測接口，通過測試電纜與被測機載系統交連。使用人員通過平板電腦（以下簡稱PMA）實現與便攜檢測設備的人機交互，完成機上原位檢測[1]。

關鍵詞：PXIe總線;便攜檢測設備;溫控板;檢測軟件;一體化面板

中圖分類號：TP274;TP63 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0048-03

Abstract：Portable detection equipment takes PXIe chassis as the main body and PXIe embedded computer as the main control. PXIe test resources are controlled by PXIe bus. The PXIe test resource was extracted to the detection interface of the equipment panel and crosslinked with the airborne system under test through the test cable. Through tablet computer （hereinafter referred to as PMA），users can realize man-machine interaction with portable testing equipment and complete in-situ testing.

Keywords：PXIe bus;portable testing equipment;temperature control board;detection software;integrated panel

0 ?引 ?言

便攜檢測設備用于旋翼和固定翼等多種類多機型航空機載電子設備的原位地面檢測和故障隔離，可對機載電子系統進行外場原位檢測，并隔離至外場可更換單元（LRU）或外場可更換模塊（LRM）。

1 ?功能和原理

1.1 ?功能

如圖1所示，便攜檢測設備采用PXIe架構，預留5個PXIe槽位，可根據不同機種、不同機型、不同系統進行二次開發，一臺設備可檢測多個機載電子系統。該設備采用便攜式面向信號測試軟件，使測試程序集開發簡單方便[2]。

已配PXIe板卡資源電氣通用指標如下：

6位半萬用表：直流電壓測量：0V～300V;交流電壓測量：0V～300V;輸入頻率：20Hz～500kHz;電阻測量：0Ω～100MΩ。

數據采集卡：32路模擬輸入通道;4路模擬輸出通道。

開關：雙刀單擲開關;2塊組成4×64開關矩陣。

多協議通訊卡：1個429總線模塊、1個4路串口模塊、1個1553B模塊。

其他板卡：可再擴展5張PXIe板卡[3]。

通用規格如下：

物理尺寸：長：538mm±10mm;寬：406mm±10mm;

厚：269mm±10mm。

工作電源：28VDC、220VAC;加熱時最大功率不大于500W。

重量：≤25kg。

工作溫度：-20℃～+50℃。

貯存溫度：-30℃～+70℃。

操作系統：Windows 7 PE。

測試控制系統軟件：便攜式面向信號測試軟件。

1.2 ?系統工作原理

基于PXIe混合總線，以PXIe測控計算機為核心，實現信號的全數字化仿真、采集和分析。PXIe測試資源引出至設備面板的檢測接口，通過測試電纜、原位適配器與被測機載系統交連。使用人員通過PMA實現與便攜檢測設備的人機交互，完成機上檢測任務[4]。

PMA可通過網線對檢測設備進行控制，結合數字化維修工作流程啟動檢測設備，是檢測設備的主要人機操作載體;可手持可放置在便攜箱體上蓋內側。PMA通過以太網線纜或無線方式與便攜檢測設備進行數據交互。系統工作原理框圖如圖2所示。

2 ?硬件設計

2.1 ?硬件組成

便攜檢測設備由便攜檢測設備主機、自檢適配器、校準適配器、PMA、電源線、電源適配器、網線組成。

便攜檢測設備主體硬件由PXIe測控計算機、PXIe測試資源、檢測接口、電源模塊和溫控板等組成。

2.2 ?測試資源布局設計

便攜檢測設備包含1個PXIe機箱、1臺嵌入式計算機，所有的PXIe/PXI測試資源安裝在PXIe機箱上并直接連接至機箱前端的對外接口中[3]。

擴展兩個槽位安裝矩陣卡，其控制方式為RS485，通過ATX電源為擴展模塊供電。

通過嵌入式計算機RS232接口轉換RS485總線，控制擴展矩陣卡、溫控板、AD信號及RS232總線調理板。

PXIe機箱為3U高度的標準PXIe機箱，包括1個系統插槽和10個擴展插槽。

2.3 ?對外接口設計

檢測設備對外接口布置在前面板上，主要包括以下幾種：

（1）包括通用信號接口XS1、XS2;

（2）1553B總線接口;

（3）4路USB接口;

（4）兩路LAN接口，其中一路用于連接PMA;

（5）一路VGA接口（可外接顯示器）;

（6）直流28V電源輸入接口;

（7）接地柱。

XS1、XS2接口用于將測試資源與被監測系統連接，分別將數字多用表、串口、AD/DA、視頻采集卡、開關等資源連接到檢測設備前面板。

2.4 ?供電設計

便攜檢測設備工作電源為直流28V，通過外部配套交流220V/50Hz轉直流28V的電源適配器，可實現單相交流85Vac～264Vac/47Hz～63Hz供電方式。

便攜檢測設備內部輸入電源分為兩路，其中一路向加熱器供電，另一路通過ATX電源轉換，分別向PXIe機箱、RS485串口模塊及相關調理板供電。ATX電源具有三防設計，可提供直流電源+3.3V、+12V、-12V各一路，+5V兩路。

2.5 ?溫控系統設計

便攜檢測設備內部空間緊湊，主要的PXIe資源板卡在工作過程中都會發熱，內部散熱要求高，故要解決散熱問題。在內部布局設計時應將溫度敏感器件安裝位置盡量遠離發熱器件位置，并充分考慮熱量走向。針對上述情況，便攜檢測設備內部采用了有效的風道設計，確保便攜檢測設備具有良好的環境適應性。

溫控板使得便攜檢測設備能達到研制要求的工作溫度要求，通過加熱或風冷等手段為機箱內部營造一個可以使機箱內的板卡正常工作的環境條件。

3 ?軟件設計

便攜檢測設備為了滿足測試程序集移植、儀器資源互換等需要，便攜檢測設備上的系統軟件采用面向信號思想，并部署故障診斷軟件。

面向信號便攜式檢測軟件是根據設備小型化和外廠調試的各項需求，在總結多年的研制經驗基礎上，開發標準化的便攜式自動測試系統軟件。能夠實現測試程序集可移植和儀器可互換的功能，并增加了遠程控制等功能。該系統軟件適用于小型化便攜檢測設備、小尺寸的觸摸屏的測試便攜檢測設備，解決了戶外測試困難以及小型測試設備的軟件分辨率低等問題[5]。

軟件運行的測試程序集由面向信號通用自動測試軟件開發、調試和生成[6]。

根據總體設計原則和對具體業務的分析，系統采用可靈活擴展的4層結構，分別是：用戶交互層、ATML數據層、運行期解析執行層和儀器驅動層。

用戶交互層是實現人機交互的界面，面向信號便攜式檢測軟件的主要功能是顯示和提供編輯ATML數據的界面，并接收用戶的各種命令[5]。

ATML數據層主要用于存儲各種ATML數據，其中包括被測件、測試策略、測試儀器、測試平臺、測試適配器、測試連線等描述文件，全面支持IEEE-1671標準以ATML模型形式的統一描述。由于ATML數據層獨立且使用了IEEE-1671標準接口，今后可根據需求對符合IEEE-1671標準的ATML數據進行不斷擴展，使得軟件更加完善[6]。

運行期解析執行層為了面向信號便攜式檢測軟件的核心引擎，負責完成軟件測試運行期的測試流程控制、儀器資源匹配和管理、儀器驅動調用、測試結果比較和保存，完全符合IEEE-1671.1標準，支持所有符合標準的測試策略描述文件，可以嚴格按照測試策略的測試流程、測試控制、測試操作和信號需求等內容，自動進行測試的完整解釋執行。

儀器驅動層主要是調用標準的面向信號儀器驅動。

4 ?結構設計

結合便攜檢測設備的設計原則及使用場合要求，便攜檢測設備由加固型便攜箱、一體化面板、PMA鎖緊裝置等3個功能模塊組成[7]，其具體設計如下：

（1）便攜檢測設備采用帶拉桿的便攜箱結構設計，具有環境適應性好、機動性高、可靈活移動的特點，滿足外場使用需求;

（2）為提高設備的維修性，在箱體內設計一體化面板，將設備的對外接口及測試接口集成于面板上，同時將設備內部的元器件安裝于面板內表面;

（3）在箱蓋上設計PMA鎖緊裝置，用于PMA的安裝與固定。

5 ?自檢與校準設計

便攜檢測設備自檢是對所有測試資源的功能和性能進行檢查，對各測試資源間電氣連接有效性進行檢查，自檢在自檢適配器以及自檢程序的配合下完成。便攜檢測設備維護自檢利用平臺自身資源，通過資源的互檢測，完成測試資源的主要功能及性能指標的檢測，判斷故障并進行故障隔離定位。

便攜檢測設備校準適配器主要由適配器箱體、前面板校準接口及轉接導線組成。校準適配器通過內部導線完成便攜檢測設備輸入輸出接口上需校準的資源信號之間標準傳遞的物理路徑連接，對外接口盡量選用標準插孔式接口[8]。

6 ?結 ?論

本文給出了一種基于PXIe總線的便攜檢測設備設計方案，應用于外場檢測，該技術可以擴展應用到汽車、高鐵等領域。采用了標準化、通用化、模塊化設計。采用通用硬件架構和基于面向信號標準的軟件架構研制便攜檢測設備，采用綜合化及可復用的通用測試資源滿足被測對象的功能和性能檢測需求。采用了數字化診斷排故方案，便攜檢測設備可通過PMA控制工作，結合機上自檢進行原位檢測，確認被測對象的故障。

參考文獻：

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[3] 呂英軍，孫波，李昌平.軍用飛機綜合自動測試設備的研究 [C]//全國第二屆總線技術與測控系統工程學術報告會論文集，北京：2001：17-20.

[4] 曹成俊，張宏偉.自動測試系統中的總線技術 [J].現代電子技術，2008（14）：159-163.

[5] 張波，陳巖申.基于智能診斷功能的自動測試設備（ATE）軟件平臺研究 [J].計算機測量與控制，2003（12）：990-992+1003.

[6] IEEE Standards Coordinating Committee 20.IEEE Std 1671-2006，IEEE Trial-Use Standard for Automatic Test Markup Language （ATML） for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML [S].America：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，2006.

[7] 呂毅清.新一代的航空電子自動測試設備 [J].國外電子測量技術，2000（1）：8-11.

[8] 胡乃斌.自動測試設備通用校準技術研究 [D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

作者簡介：潘增壽（1981-），男，漢族，陜西西安人，測試設備部測試室主任，畢業于華南理工大學，碩士，研究方向：自動測試設備。