淺談一種塔康自動測試系統的設計研究

胡秋萍

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

某型塔康系統用于接收塔康地面信標臺輻射的信號，能連續測量飛機相對塔康信標臺的方位、距離，產品內部互相配套工作，完成空／空測距；產品與信標臺站間相互配合，通過詢問和接收應答信號，經過精密處理，完成飛機到地面臺距離的精密測量，保證駕駛員根據該精確距離和微波著陸設備提供的航向道、下滑道數據，操縱飛機安全著陸。

某型塔康自動測試系統的主要任務是：（1）實現某型塔康性能指標測試標準化、系統化、自動化；（2）提高某型塔康性能指標和功能指標的測試覆蓋性；（3）能滿足某型塔康性能及功能指標全自動測試的需求；（4）技術指標的自動化測試分析，獲得自動測試、數據采集、測試分析能力。

某型塔康測試項目多、測試時間長，為了滿足其性能快速、精確測試的需求，需要構建一套由測試設備及控制軟件組成的自動測試系統（以下簡稱自動測試系統）。自動測試系統主要用于在室內檢測條件下，利用主控計算機測試軟件控制模擬器、適配器、程控電源等設備，對某型塔康的各項性能指標進行準確測試，并根據測試結果判定某型塔康指標是否滿足技術要求，該自動測試系統可用于某型塔康的性能指標的自動化測試及診斷，同時具備對被測產品的狀態控制功能和狀態監控功能。

該自動測試系統通過對主控計算機、塔康/精密測距模擬器（以下簡稱模擬器）、程控電源、頻譜以及自主研發的內部集成ARINC429 板卡、1553B 板卡、音頻采集卡及串口采集設備的適配器的合理配置，利用專業編程軟件開發的配套自動測試系統控制軟件，可實現某型塔康性能參數的全自動測試，從而提高測試效率。通過全面收集測試過程中的被測設備的功能性能指標信息，來進行產品功能性能評價，為某型塔康的綜合評估提供技術支撐工具與基礎數據。自動測試系統組成框圖如圖1 所示。

圖1 自動測試系統組成框圖

自動測試系統硬件部分由適配器、模擬器、電纜等組成，一方面通過專用的接口，可以和模擬器、被測設備、計算機等進行物理連接；另一方面，通過測試計算機，可以發送指令，控制模擬器產生激勵源，監控被測設備狀態。

自動測試系統軟件部分需要滿足塔康功能性能指標的自動測試、測試數據存儲；同時需要具有良好的擴展性和適配性，從而支持后續機型等的測試需求。

2 自動測試系統硬件設計

本測試系統主要用于某型塔康的自動化測試，按照被測接塔康相關參數的測試原理及實際測試需求，根據對某型塔康的可測性研究與分析以及自動化測試系統的技術發展趨勢和設計實現方法，基于“核心測試設備+主控計算機+測試應用開發”的總體技術方案完成設計與實現，并在此基礎上構建自動測試系統的總體通用體系架構。測試系統具有使用便捷、可靠性好、安全性高、測試精度高及可擴展性等技術特點。自動測試系統總體架構如圖2 所示。

圖2 自動測試系統總體架構

2.1 工作原理

自動測試系統采用標準化設計，用于某型塔康常溫條件下全參數及特定參數指標測試。自動測試系統的工作原理框圖如圖3 所示。

圖3 自動測試系統工作原理框圖

自動測試系統在原理上可劃分為測控單元、激勵單元、電源單元、數據通訊單元和接口適配單元。測控單元完成被測航電設備測試中的組織管理、測試任務的調度、測試結果的判讀；激勵單元負責提供塔康設備運行所需的激勵信號；電源單元為被測設備提供直流28V 和交流115V 工作電壓；數據通信單元負責對塔康輸出的ARINC429 總線/1553B 總線數據的采集；適配單元負責接口適配與信號調理及音頻采集；測控單元，控制激勵單元給設備加載激勵(或輸入)信號，測控單元控制塔康設備的工作狀態，同時通過數據通信單元獲得當前塔康工作狀態和相應的工作數據，從而達到對塔康的測試目的；測試過程中數據監控單元監控過程數據；自動測試系統中涉及的所有采集與控制模塊均支持遠程控制，因此，整套系統具備自動測試條件，系統主要功能部分工作過程如下。

（1）設備的供電。2 臺程控直流為設備通過直流28V 和交流115V 電源，使被測設備處于穩定工作狀態。

（2）射頻信號的提供。模擬器受自動測試軟件控制，實現工作頻率及射頻輸出，傳輸至被測設備的射頻端口。

（3）低頻信號的控制與采集。數據采集部分受自動測試軟件控制，實現ARINC429、1553B、422 接口的控制與采集，數據直接保存至工控機硬盤。

（4）自動測試軟件采用多線程編程方式，能夠實現被測設備各個參數測試及數據采集存儲。

（5）遠端電壓監控。自動測試軟件通過USB 總線實現對模擬采集單元的控制，模擬采集單元測試端位于被測設備供電接口，能夠真實采集被測接收機供電端口的實際供電數值。

2.2 系統硬件方案

自動測試系統硬件方案主要內容分為專用測試設備、通用測試設備及系統附件等部分。硬件組成框圖如圖4 所示。

圖4 自動測試系統硬件組成框圖

3 自動測試系統軟件設計

自動測試系統軟件方案主要內容分為測試系統操作員界面、測試系統管理、測試序列、校準、報表處理等部分。軟件組成框圖如圖5 所示。

圖5 自動測試系統軟件組成框圖

3.1 操作員界面

測試系統操作員界面是自動測試系統的人機交互界面， 可利用Microsoft Visual Stdio 2010 中的Visual C#開發，測試系統操作員主界面示意圖如圖6所示。

圖6 測試系統操作員主界面示意圖

3.2 測試系統管理

測試系統管理主要利用NIMAX 工具對自動化測試系統相關的硬件設備資源和軟件資源進行管理。

設備管理主要為測試系統提供設備硬件信息及控制信息統計功能。系統中設備受控主要依賴與之對應的程控地址，程控地址為設備唯一標識，設備管理功能實現設備硬件名稱、型號、程控地址、驅動前綴、驅動路徑等信息收集與保存，將硬件名稱與程控信息綁定，為外部調用提供可互換性設計。

自動測試軟件控制系統設備時，將由設備管理存儲信息中調用控制句柄，實現控制信息與控制流程分離，用以達到互換設備后不影響數據采集功能實現的要求。設備管理功能原理框圖如圖7 所示。

圖7 設備管理功能原理框圖

自動測試系統軟件設備管理功能工作流程如圖8所示。

圖8 自動測試軟件設備管理功能工作流程圖

自動測試系統軟件測試任務執行時，需要加載測試項目所依賴的測試設備管理信息，并以邏輯資源名稱形式覆蓋測試項目包含的所有測試用例，調用測試資源服務管理器文件中的邏輯資源名稱，從而綁定對應的測試儀器，實現測試儀器的遠程控制。

自動測試系統軟件執行數據采集前，軟件將自動加載設備管理功能中所有設備信息，根據采集對象選擇對應測試設備，加載控制信息，生成控制句柄，測試流程中根據控制句柄對采集設備進行設置與讀取，從而獲得采集數據，原始數據及經運算后數據保存至數據庫，軟件程序釋放控制句柄，資源得到釋放后結束測試流程。系統管理示意圖如圖9 所示。

圖9 系統管理示意圖

其中，數據與資源管理是系統管理的主要內容，分為測試數據管理、測試資源管理器、插件庫編輯器、校準數據編輯器、儀器或設備驅動管理等。

（1）軟件平臺提供多種數據管理方式，主要有兩種，一種是Word 或Excel 測試報表；另一種是SQL 數據庫的測試數據管理。測試系統的測試報表采用Word 文檔形式實現。

（2）軟件提供的測試資源管理器用于配置和組織測試系統的硬件資源和軟件資源。

（3）軟件提供的插件庫編輯器用于將測試系統專用插件添加進入軟件。

（4）儀器或設備驅動管理用于管理儀器或設備的IVI-C、IVI-COM 或其他軟件形式的驅動程序管理。

3.3 設備遠控

自動測試系統軟件支持LAN、USB 和COM 通信協議，并可擴展后支持GPIB 等通信協議控制，支持通用測試儀器LAN（TCP/IP）接口控制，支持定制設備LAN（TCP/IP、SOCKET、UDP 等）、USB 及COM（RS-232、RS-422、RS-485 等）接口。自動測試系統控制總線組成及工作原理如圖10 所示。

圖10 某型塔康自動測試系統控制總線工作原理

現如今主流測試儀器儀表發展迅速，LAN 端口的普及使得通用測試儀器廠商紛紛將外部控制接口設計為通用LAN 端口，本系統所選型儀器均支持LAN 控制接口，用交換機方式即可完成LAN 總線搭建，經濟、耐用、易維護、速度快成為其主要優點。同樣，定制設備以USB和COM 端口較為常見，通用性強，維護成本低，本系統涉及定制設備均支持USB 或COM 控制接口。

3.4 測試流程

測試時，用戶輸入用戶名和產品序列號，可以選擇全選和自選測試項進行測試，然后點擊開始測試，自動測試系統將按照既定流程完成測試，并生成測試報表，測試流程示意圖如圖11 所示。

圖11 某型塔康自動測試測試流程示意圖

3.5 測試序列

測試序列即測試流程的程序化實現，將測試規范規定的測試流程轉化為程序式的測試序列文件，即可完成測試項目的自動化執行。

自動測試系統軟件將測試序列的開發方式由編碼型轉變為插件組裝型，用戶只需從插件庫中拖放所需插件并組裝它們即可快速完成測試序列的開發。

測試序列編輯器，能夠可視化完成測試序列的編輯；測試序列執行器，能夠可視化完成測試序列的執行，在該程序中，能夠自主選擇測試項目執行的數量及組合，并能夠實時觀看測試流程執行的過程及運行位置，測試完成后，可查看原始數據、測試結果、測試報表、測試圖表等測試信息，是平臺自帶的全數據查看及項目管理綜合程序。

3.6 數據庫及數據上傳設計

（1）數據庫設計。自動測試系統具備本地數據庫，本地數據庫用于測試數據的本地存儲，是自動測試軟件收集后數據的直接交互端，方便數據本地存儲、調用。

工控機本地具備兩種數據庫，分別是軟件平臺數據庫、本地專用數據庫；軟件平臺數據庫屬于軟件平臺本身自帶的服務，平臺軟件數據庫屬于平臺固有產物，與其他數據庫不沖突。本地專用數據庫是為自動測試系統專門建立，存儲系統測試生成的原始測試數據、測試結果、測試報表等測試數據。本地專用數據庫數據表包含測試報告表(tb_TestReport)和測試源數據表(tb_DataSource)。

（2）數據上傳設計。除本地數據庫外，自動測試軟件還具備專用數據接口，為外部數據庫（公司、公用）提供數據上傳服務，該項服務可通過兩種方式實現，實現方式如下：原始上傳；定制上傳。

原始上傳即自動測試軟件將測試數據根據本地專用數據庫的字段信息生成數據包上傳外部數據庫，接收方負責對數據包進行接收、解析、本地存儲，從而實現數據的外部上傳。

定制上傳即自動測試軟件根據外部數據庫字段信息，將本地測試數據重新按字段進行排列，生成符合外部數據庫存儲格式的數據包，接收方接收數據包后，按固定格式進行解析并存入數據庫，從而實現數據的外部上傳。

自動測試系統自動測試軟件能夠根據用戶要求提供數據上傳服務，且不局限于以上兩種，具體實現方式，可在項目實施過程中進行適應性修改，最終建設目標是建立一種最優的數據上傳方式。自動測試系統數據存儲原理如圖12 所示。

圖12 數據管理工作原理框圖

3.7 報表處理

自動測試系統的測試結果報表可利用軟件平臺的插件庫中的“微軟辦公軟件報告生成器插件”編制，其中包含“Word 報表插件”和“Excel 報表插件”，便于根據需求定制標準的Word 或Excel 報表文檔，用于測試完成后直接存檔或打印。測試系統通過測試報表序列將測試結果根據相應的Word 模板寫入Word 文檔中。

4 測試與驗證

使用開發的某型塔康自動測試系統對被測產品進行測試時，首先，使被測設備正常工作，然后進行測試，最后使被測設備處于非工作狀態。每個步驟如果操作不當，就可能導致被測設備損壞。

4.1 測試前操作

在被測設備測試前，首先，需要使被測設備正常工作，需要按順序進行加電、開機。由于供電也是導致被測設備損壞的原因之一，因此，在加電過程中，需要回讀電壓，判斷是否符合加電需求，確保加電安全。加電有兩種方式，一種是通過軟件自動實現，另一種是測試人員操作軟件手動完成。

4.2 測試中操作

在測試過程中，需要進行以下操作：

當完成參數測試后，需要及時關閉信號輸出。

對測試結果進行超差檢查，當出現超差時，按安全保護措施設置進行處理。

實時監控供電電壓、遙測電壓、環境溫度，并對采集數據進行超差檢查，當出現超差時，按安全保護措施設置進行處理。

當出現數據超差，需要進行被測設備保護時，采取的措施依次是關閉信號輸出、關機、斷電等操作。

4.3 測試后操作

當測試完成后，需要對被測設備依次進行關機、斷電操作。

5 結語

本文圍繞某型塔康自動測試需求，深入分析了自動測試系統工作原理，開展了基于“核心測試設備+主控計算機+測試應用開發”的總體技術方案并完成設計與實現，在此基礎上構建自動測試系統，實現某型塔康的自動測試及診斷。