基于PXI總線的某型飛行器自動測試系統設計

姜鋒，王健

(桂林電子科技大學 信息與通信學院，廣西桂林，541004)

1 自動測試系統的結構

某型飛行器自動測試系統屬于地面測試系統，整套系統由工業控制計算機、打印機等計算機外接設備、PXI采集系統、信號調理模塊、被測飛行器和測試輔助設備組成，如圖1所示。通過相應電纜將上述部分連接在一起組成了某型飛行器自動測試系統的整體，通過工控機控制被測飛行器或測試輔助設備來執行相關的測試操作，實現被測飛行器的自動化測試。在測試過程中，飛行器產生的多項反饋電信號經過自研信號調理模塊處理后，由PXI采集系統負責信號的采集，然后工控機負責對采集到的信號進行實時處理和分析，并對信號進行波形顯示或有效值顯示，以便操作人員實時掌握被測飛行器的狀態。

圖1 某飛行器測試系統整體結構圖

2 自動測試系統硬件的設計

本系統采用的主要硬件平臺是PXI總線技術的集成平臺，并搭配不同的I/O模塊化硬件。考慮到對PXI采集系統的保護，本文設計了信號調理模塊對輸入信號進行預處理，以達到對硬件系統保護的目的。

信號調理單元是被測對象和PXI采集系統之間的模擬信號和數字信號傳輸的橋梁。出于對PXI系統的保護和分配采集信號通道的需求，以及提升系統的抗干擾能力，信號調理單元需要設計信號分配、信號衰減電路和正弦波轉方波電路。

信號分配電路：通過信號分配電路將被測飛行器輸入信號分配至相應的SCSI板卡式插頭對應的針腳，以便相應的PXI多功能模塊完成對信號的采集。

信號衰減電路：將輸入的模擬信號經過衰減電路進行衰減，預防實際測試中可能出現的瞬時大電壓對PXI采集系統的破壞。但是單純的電阻分壓電路容易受到前級電路阻抗的影響導致信號失真，因此在信號輸入端添加電壓跟隨器，起到阻抗匹配作用，提高信號帶負載能力，保障信號的波形和幅值不變。

正弦波轉方波電路：測試系統軟件是通過對方波的下降沿進行計數的方式以計算信號頻率，而輸入的頻率信號為正弦信號，因此在信號調理模塊增加了正弦波轉方波的功能電路。

3 自動測試系統軟件的設計

3.1 測試流程設計

測試流程的設計是軟件的核心，整個程序的編寫是按照測試流程設計的，測試流程如下圖2所示。

圖2 測試流程圖

開始測試時，系統會連接數據庫讀取配置的參數信息，然后通過串口發送測試指令，指定反饋時間內如果未收到正確的反饋指令時，系統會自動由異常處理線程進行處理。同時系統會對信號采集任務采集到的數據進行處理，完成波形或數值顯示，對出現的異常數據提交給異常處理線程處理。當測試任務完成之后，系統會自動將本次測試數據保存至數據庫中。

3.2 測試功能設計

結合被測信號的需求分析，本文自動測試系統軟件的主要功能如下：

（1）系統自檢：測試軟件上電后，自動對系統本身的數據采集模塊、設備通信是否正常進行檢查，若出現異常則進行提醒，并將被測對象相關數據進行初始化。

（2）參數設置：操作人員可根據測試環境的不同對被測對象進行不同的參數設置。而且由于硬件老化等原因會造成測試誤差，操作人員可以通過對參數設置的功能，從軟件層面上抵消硬件帶來的測試誤差。

（3）測試功能：測試功能是測試系統實現對飛行器相關測試的關鍵，主要包括被測信號波形和有效值的實時顯示、對異常信號的監測和處理、供氣功能、保存測試數據等。通過這些測試功能能夠完成對被測飛行器功能和性能的測試。

（4）通信功能：通信功能保證軟件可以對被測飛行器和測試輔助設備下發（或接收）一系列測試指令（或反饋），以便完成對被測飛行器的相關測試。

（5）數據查詢、存儲、報表打印：需要使用數據庫技術對測試數據進行管理，方便后期對測試數據的查詢。同時使用了ReportViewer控件輔助完成報表功能的設計。

3.3 多線程技術

測試任務通常是由一個或多個測試工作組成，一同實現對被測飛行器的相應測試需求。在執行測試任務過程中必然會涉及到任務的并發問題，針對這一問題，使用了多線程技術。多線程可以將占據時間長的程序任務放置后臺去處理，提升程序的響應速度和效率。多線程的實現有Thread類、ThreadPool線程池和Task等方法，本測試系統軟件主要通過Thread類實現多線程。

在使用多線程技術時，考慮到多個線程在同一時間運行相同的函數而導致的數據混亂問題，使用了Lock()關鍵詞將關鍵代碼段設為互斥段，這樣就可以保證在同一時間內有且僅有一個線程能實現對該代碼段的訪問，避免了數據混亂的問題。Lock()關鍵字使用方法如下：

4 系統部分功能測試與驗證

4.1 系統自檢功能驗證

使用不同的PXI機箱和采集板卡的搭配設計實驗組，測試系統軟件均可以準確識別出機箱和板卡信息以及板卡所插卡槽位置，并與默認PXI系統配置進行對比并給出相應測試報告，符合該功能的設計要求。

使用串口輔助調試軟件對通信功能自檢進行驗證，測試系統軟件可以針對未在指定時間內收到正確反饋指令的部分進行提示，滿足了設計需求。

4.2 通信功能驗證

利用串口通信輔助測試軟件對測試系統發送的指令進行監測，通過與通信協議內容對比，指令內容是一致的。由此可以驗證測試系統軟件通信自檢功能符合我們設計的預期需求，滿足測試系統的研制要求。

4.3 測試功能驗證

（1）波形顯示、有效值計算、頻率測試

這里以對＋20V電壓信號通道輸入5Vpp/250Hz正弦波信號為例，對調試結果進行說明。圖3和圖4為＋20V電壓信號通道波形以及有效值的顯示，由圖可見波形平滑無毛刺，且幅值為-2.5V～2.5V。

圖3 電壓通道波形顯示圖

圖4 電壓通道有效值圖

使用波形發生器對輸入通道分別輸入＋5V的直流信號，并將軟件顯示的測量值與輸入值進行對比，誤差均在0.001V以內。

由以上內容可知，測試系統軟件能夠正確顯示被采集波形，同時相關信號的軟件誤差值均在允許誤差范圍之內，符合測試系統的設計要求。

（2）供氣功能調試結果驗證

通過串口通信輔助測試軟件對測試系統軟件的供氣功能進行串口指令監測，通過指令的收發時間可以知道供氣是按照設計需求進行供氣六秒停氣四秒的方式進行，時間誤差在±0.1s以內，滿足測試系統軟件設計需求。

4.4 綜合調試結果分析

使用模擬器與本文設計的測試系統進行聯合調試，驗證測試系統各測試功能的有效性。在模擬器不加載任何故障狀態下，某型飛行器非標測試系統可以自動完成相應的測試任務；當模擬器加載故障狀態時，測試系統軟件可以正確給出相應的提醒，并自動執行相應的停止測試操作。

對以上測試表結果分析可得，某型飛行器非標測試系統實現了所需的測試功能，滿足對某型飛行器的測試需求。

5 結束語

本文某型飛行器自動測試系統在綜合考慮使用場景、測試需求以及未來更新的基礎上，選擇采用PXI總線技術、虛擬儀器技術和模塊化設計思想進行開發設計。經過系統功能測試驗證，該自動測試系統具有測試能力強、測試精度高、系統穩定可靠等優點，完全滿足了對該型飛行器的測試需求。同時本系統具有很強的功能擴展性和適用性，便于對系統進行更新升級，對于現代化軍事裝備的更新換代速度具有重要的意義。