基于PXI總線的綜合測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

收稿日期：2023-08-02

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.05.012

摘" 要：綜合測(cè)試設(shè)備在被測(cè)控制器產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中起著關(guān)鍵作用，可以提供總裝后的整機(jī)調(diào)試、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、交付驗(yàn)收試驗(yàn)以及故障排查等功能。該設(shè)備采用PXI主控機(jī)箱和專用功能模塊作為核心硬件平臺(tái)，并使用LabVIEW語言開發(fā)測(cè)試軟件。通過系統(tǒng)自檢和功能測(cè)試，測(cè)試設(shè)備可以對(duì)被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行全面的測(cè)試，并生成穩(wěn)定可靠的測(cè)試結(jié)果。通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析和生成綜合測(cè)試報(bào)告，可以確保被測(cè)產(chǎn)品達(dá)到預(yù)期的功能性能要求。

關(guān)鍵詞：測(cè)試設(shè)備；PXI總線；模塊化；LabView；功能測(cè)試；系統(tǒng)自檢

中圖分類號(hào)：TN79；TP23" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 文章編號(hào)：2096-4706（2024）05-0054-05

Design and Implementation of Integrated Test Equipment Based on PXI Bus

WANG Yajing

（Beijing Aerospace Xinli Technology Co.， Ltd.， Beijing" 100143， China）

Abstract： The integrated test equipment plays a crucial role in the production process of the tested controller products， which can provide functions such as overall system debugging， environmental adaptability test， delivery acceptance test， and troubleshooting. This equipment utilizes a PXI master computer and dedicated functional modules as the core hardware platform， and uses the LabVIEW language to develop test software. Through system self-check and functional test， the test equipment can perform comprehensive test of the tested products and generate the stable and reliable test results. By analyzing the test results and generating comprehensive test reports， it ensures that the tested products meet the expected functional and performance requirements.

Keywords： test equipment; PXI bus; modularity; LabView; functional test; system self-check

0" 引" 言

在現(xiàn)代飛行系統(tǒng)中，控制器扮演重要角色，其功能和性能幾乎定義了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。然而，控制器的生產(chǎn)并非簡(jiǎn)而易行的，這個(gè)過程包含了多個(gè)測(cè)試階段，以確保其以最優(yōu)狀態(tài)進(jìn)入日常運(yùn)行?？萍嫉倪M(jìn)步使得模塊化和集成化度達(dá)到了空前的高度，這使得武器系統(tǒng)的控制器更加復(fù)雜。測(cè)試這些控制器的單項(xiàng)功能成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)：既耗時(shí)又煩瑣，部分功能甚至無法通過手動(dòng)方式進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，單項(xiàng)測(cè)試需要不斷切換測(cè)試工裝，不但浪費(fèi)了大量的人力和時(shí)間，也會(huì)由于復(fù)雜的操作造成測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性下降[1-3]。

因此，目前迫切需要一個(gè)控制器綜合測(cè)試系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)需要能夠自動(dòng)化地完成對(duì)控制器全方位的功能測(cè)試，并生成穩(wěn)定、可靠的測(cè)試結(jié)果。通過對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行深入分析和生成綜合測(cè)試報(bào)告，可以為保持控制器的出廠功能性能提供堅(jiān)實(shí)保障。這不僅優(yōu)化了生產(chǎn)流程，節(jié)省了人力和時(shí)間成本，更有助于確保每一個(gè)出廠的控制器都能達(dá)到預(yù)期性能，從而提高整個(gè)飛行系統(tǒng)的可靠性和效率。

1" 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1" 系統(tǒng)需求

對(duì)于被測(cè)控制器產(chǎn)品生產(chǎn)，綜合測(cè)試設(shè)備承擔(dān)關(guān)鍵作用，其應(yīng)用包括總裝后的整機(jī)調(diào)試、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、交付驗(yàn)收試驗(yàn)以及故障排查等環(huán)節(jié)[4]。在產(chǎn)品調(diào)試過程中，測(cè)試設(shè)備負(fù)責(zé)向產(chǎn)品投入激勵(lì)信號(hào)，并收錄其相應(yīng)的輸出信號(hào)。此外，測(cè)試設(shè)備所提供的自動(dòng)測(cè)試功能，能夠針對(duì)各項(xiàng)測(cè)試任務(wù)進(jìn)行翔實(shí)的逐項(xiàng)檢測(cè)，并能實(shí)時(shí)展示測(cè)試結(jié)果。測(cè)試數(shù)據(jù)在完成后被存入數(shù)據(jù)庫，用戶可以通過數(shù)據(jù)查詢界面訪問此數(shù)據(jù)，并進(jìn)行打印[5，6]。

為了確保測(cè)試設(shè)備能夠兼容所有預(yù)設(shè)的測(cè)試項(xiàng)目，并滿足在產(chǎn)品調(diào)試、試驗(yàn)、驗(yàn)收以及故障排查等方面的具體要求，對(duì)綜合測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)提出以下具體需求：

1）用戶登錄：用戶啟動(dòng)測(cè)試軟件時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)要求用戶輸入賬戶信息；若是新用戶，則應(yīng)引導(dǎo)其注冊(cè)新賬戶以便使用。

2）系統(tǒng)自檢：測(cè)試設(shè)備應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)自檢，以確保設(shè)備在對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行電源供給的過程中的安全性。

3）功能測(cè)試：測(cè)試設(shè)備應(yīng)能對(duì)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)立即中止測(cè)試并斷開設(shè)備對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的電源供給。

4）程序在線升級(jí)：測(cè)試設(shè)備將嵌入式程序

發(fā)送給被測(cè)控制器產(chǎn)品，使被測(cè)產(chǎn)品在免開蓋的情況下實(shí)現(xiàn)程序在線升級(jí)。

5）數(shù)據(jù)處理：測(cè)試設(shè)備應(yīng)提供測(cè)試數(shù)據(jù)的評(píng)估、展示、存儲(chǔ)，以及歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印功能。

1.2" 總體方案

基于上述系統(tǒng)需求，本文提出以下系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案：采用PXI主控機(jī)箱加專用功能模塊作為核心硬件平臺(tái)，并使用LabVIEW語言開發(fā)測(cè)試軟件。如圖1所示，該方案的工作原理是，在主機(jī)上運(yùn)行測(cè)試軟件，并通過PXI總線驅(qū)動(dòng)各個(gè)專用功能模塊，以生成被測(cè)產(chǎn)品所需的信號(hào)激勵(lì)，并完成對(duì)被測(cè)產(chǎn)品輸出信號(hào)的采集和測(cè)量。軟件模塊負(fù)責(zé)測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和判讀，并通過顯示器將詳細(xì)的測(cè)試結(jié)果展示出來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的全面測(cè)試[7-9]。

測(cè)試設(shè)備具備兩種可切換的工作模式：系統(tǒng)自檢和功能測(cè)試。在系統(tǒng)自檢模式下，將測(cè)試設(shè)備通過測(cè)試電纜連接自檢口，測(cè)試軟件發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試設(shè)備的自檢；在功能測(cè)試模式下測(cè)試設(shè)備與被測(cè)產(chǎn)品互聯(lián)，測(cè)試軟件發(fā)出的控制信號(hào)，測(cè)試設(shè)備提供被測(cè)產(chǎn)品所需的外部信號(hào)，測(cè)試軟件讀取和處理被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品的功能測(cè)試。

為滿足被測(cè)產(chǎn)品的測(cè)試需求，測(cè)試設(shè)備具備以下接口功能：16路四線制電阻測(cè)試回路、4路無源開關(guān)量信號(hào)輸出、2路無源開關(guān)量信號(hào)輸入、16路有源開關(guān)量輸出、12路有源開關(guān)量輸入以及1路1553B總線接口通信功能。

2" 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1" 硬件總體設(shè)計(jì)

綜合測(cè)試設(shè)備由一臺(tái)19寸8U高的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱組成，包括機(jī)柜前面板和后面板。機(jī)箱前面板包括標(biāo)牌、測(cè)試電源、顯示屏、鍵鼠和USB接口，如圖2所示；后面板包括機(jī)柜電源、測(cè)試接口和自檢接口，如圖3所示。

顯示器、打印機(jī)和鍵鼠通過標(biāo)準(zhǔn)接口與PXI主控機(jī)箱連接，而專用功能模塊則集成在主控機(jī)箱內(nèi)部。信號(hào)調(diào)理箱用于連接被測(cè)產(chǎn)品和測(cè)試設(shè)備，其內(nèi)部包含自檢電路和測(cè)試電路。此外，還有8根測(cè)試電纜，用于在系統(tǒng)自檢和功能測(cè)試過程中傳送控制指令和測(cè)試數(shù)據(jù)。

在設(shè)備連接完成后，用戶可通過顯示器選擇工作模式。測(cè)試設(shè)備將自動(dòng)對(duì)被測(cè)控制器的全部功能進(jìn)行測(cè)試，并具備被測(cè)控制器產(chǎn)品程序的升級(jí)功能。無須打開被測(cè)產(chǎn)品，用戶可以通過本系統(tǒng)在線將程序下載到被測(cè)產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)升級(jí)操作，保證了被測(cè)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和封裝性。

圖2" 設(shè)備機(jī)箱前面板

圖3" 設(shè)備機(jī)箱后面板

2.2" PXI主控機(jī)箱組成

本系統(tǒng)采用了PXI主控機(jī)箱作為核心設(shè)備，其中包括PXI控制器和機(jī)箱，如圖4所示。PXI主控機(jī)箱型號(hào)為PXIe-1084，具有17個(gè)可擴(kuò)展插槽，提供了豐富的擴(kuò)展能力?？刂破鞑捎昧薖XIe-8840型號(hào)，安裝在機(jī)箱的擴(kuò)展插槽內(nèi)?？刂破魍ㄟ^PCI通信協(xié)議，提供232接口和485接口，用于與程控電源通信。這樣的設(shè)計(jì)配置不僅確保了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，還為系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的通信能力和靈活的擴(kuò)展性。

圖4" PXI測(cè)試主控機(jī)箱

2.3" 專用功能模塊

專用功能模塊安裝在機(jī)箱的擴(kuò)展插槽內(nèi)。專用功能模塊包括PXI-4065數(shù)字多用表模塊、1553B通信模塊、PXI-RY01矩陣開關(guān)模塊、PXI-32IC數(shù)字輸入檢測(cè)模塊各1塊，以及2塊PXI-HCK0301繼電器控制模塊。

PXI-4065數(shù)字多用表模塊是一種具有6 1/2精度和300V測(cè)量范圍的數(shù)字多用表。它提供了交流和直流電壓、電流測(cè)量以及2線和4線電阻測(cè)量接口，用于進(jìn)行電阻、電壓和電流的測(cè)量。

1553B通信模塊包含了一塊1553B總線通信卡（BC）和兩個(gè)耦合器。該模塊實(shí)現(xiàn)了BC和RT之間的數(shù)據(jù)交互。1553B總線通信卡是一種單通道多功能板卡，具有16Mx16b SDRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可緩沖32條消息中斷。

PXI-RY01模塊是一種4線制16選1通道選通設(shè)備，其動(dòng)作時(shí)間小于2 ms，能夠承受1A 28VDC的負(fù)載。

PXI-HCK0301模塊具有32路無源觸點(diǎn)輸出，其動(dòng)作時(shí)間小于2 ms，釋放時(shí)間小于4 ms，負(fù)載1A 28VDC；可用于輸出開關(guān)量的通斷狀態(tài)。

以上這些專用功能模塊組合在一起，為系統(tǒng)提供了豐富的測(cè)試和控制能力。它們?cè)跍y(cè)量、通信、電路切換等不同方面起到重要的作用，為測(cè)試設(shè)備提供了靈活和全面的功能支持。

2.4" 硬件工作原理

在測(cè)試過程中，主控機(jī)箱通過上位機(jī)軟件控制電源和專用功能模塊。上位機(jī)軟件通過PCI總線向?qū)Ｓ霉δ苣K發(fā)送自檢指令，專用功能模塊通過信號(hào)調(diào)理箱的自檢電路進(jìn)行自檢。

自檢完成后，上位機(jī)軟件通過PXI總線發(fā)送測(cè)試指令給專用功能模塊。專用功能模塊使用數(shù)字多用表模塊讀取限流電阻的電阻值。

為了實(shí)現(xiàn)主控機(jī)箱與被測(cè)設(shè)備之間的通信，采用了1553B模塊。主控機(jī)箱通過1553B模塊將嵌入式程序發(fā)送給被測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)被測(cè)設(shè)備程序的在線升級(jí)。主控機(jī)箱還通過1553B發(fā)送開出信號(hào)控制指令給被測(cè)設(shè)備，并對(duì)開出信號(hào)進(jìn)行采集和判讀。

PXI-RY01矩陣開關(guān)用于根據(jù)所選通的電阻和電壓輸入，通過信號(hào)調(diào)理箱來控制多用表與被測(cè)設(shè)備之間的測(cè)試通道切換；PXI-HCK0301繼電器測(cè)試模塊接收主控機(jī)箱的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備數(shù)字量輸入和輸出的控制；PXI32IC數(shù)字輸入檢測(cè)模塊用于檢測(cè)數(shù)字量輸入信號(hào)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到控制機(jī)箱，完成數(shù)字量輸入和輸出信號(hào)的測(cè)試。

最后，控制機(jī)箱的上位機(jī)軟件收到測(cè)試結(jié)果后，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判斷，并輸出測(cè)試結(jié)果報(bào)表。

3" 軟件設(shè)計(jì)

3.1" 軟件總體設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)與性能的提升起到載體的作用，在整個(gè)測(cè)試設(shè)備的研制過程中，測(cè)試軟件設(shè)計(jì)占據(jù)了重要的地位[10]。測(cè)試軟件采用了三層架構(gòu)，包括應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層和接口層，如圖5所示。

圖5" 軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

在應(yīng)用層，用戶與軟件進(jìn)行交互。這一層包括了菜單欄、工具欄、參數(shù)設(shè)置、測(cè)試信息、結(jié)果顯示和狀態(tài)欄等組件，用于提供友好的用戶界面和操作方式。

業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)軟件的具體功能和業(yè)務(wù)邏輯。這一層包括了用戶登錄、系統(tǒng)自檢、功能測(cè)試、程序在線升級(jí)和數(shù)據(jù)處理，在實(shí)現(xiàn)軟件的功能和業(yè)務(wù)邏輯方面起著關(guān)鍵的作用，3.2節(jié)中將進(jìn)一步展開介紹。

接口層主要負(fù)責(zé)與外部系統(tǒng)、設(shè)備或文件進(jìn)行交互。本地文件接口包括配置文件接口和文本文件接口，用于讀取、編輯和存儲(chǔ)本地文件的配置信息和文本內(nèi)容；硬件接口包括與專用功能模塊進(jìn)行通信的接口，用于與各種硬件設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；通信接口則涉及1553B通信接口，用于與被測(cè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

通過這樣的軟件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了功能的模塊化分層，提高了軟件的可維護(hù)性和擴(kuò)展性，同時(shí)也提供了靈活的接口，與其他系統(tǒng)、設(shè)備和文件進(jìn)行無縫集成。

3.2" 軟件功能設(shè)計(jì)

3.2.1" 用戶登錄

啟動(dòng)測(cè)試軟件，需輸入用戶名和密碼；對(duì)于新用戶，需要先進(jìn)行注冊(cè)才能登錄測(cè)試軟件。登錄成功后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入自檢部分，用戶登錄子模塊如圖6所示。

3.2.2" 系統(tǒng)自檢

選擇自檢功能，并點(diǎn)擊開始自檢，軟件開始執(zhí)行自檢操作。在自檢過程中，如果某個(gè)功能自檢結(jié)果不正確，相應(yīng)的自檢信息會(huì)以紅色顯示，并彈出提示框詢問用戶是否繼續(xù)自檢，用戶可以隨時(shí)停止自檢以進(jìn)行硬件維護(hù)。自檢完成后，自檢結(jié)果會(huì)被保存，如圖7所示。

3.2.3" 功能測(cè)試

選擇功能測(cè)試，用戶需要填寫測(cè)試信息，包括被測(cè)產(chǎn)品編號(hào)、型號(hào)、測(cè)試地點(diǎn)、測(cè)試階段等；其他信息，如測(cè)試人和測(cè)試時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)獲取，如圖8所示。填寫完成后，開始進(jìn)行功能測(cè)試。功能測(cè)試開始后，系統(tǒng)按照順序進(jìn)行電阻測(cè)試功能測(cè)試、無源開關(guān)量輸出功能測(cè)試、無源開關(guān)量輸入功能測(cè)試、有源開關(guān)量輸出功能測(cè)試和有源開關(guān)量輸入功能測(cè)試。在測(cè)試過程中，如果出現(xiàn)不合格項(xiàng)，系統(tǒng)會(huì)彈出提示窗口詢問用戶是否繼續(xù)測(cè)試，用戶可以選擇停止測(cè)試。測(cè)試完成后，測(cè)試結(jié)果會(huì)保存在數(shù)據(jù)庫和本地文件夾中。

3.2.4" 程序在線升級(jí)

用戶選擇本地升級(jí)程序，并通過1553B通信方式將程序下載到被測(cè)控制器的FLASH中；然后，測(cè)試系統(tǒng)讀取被測(cè)控制器上FLASH中的程序，并與本地程序進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；校驗(yàn)通過后，判定DSP程序升級(jí)成功。程序的校驗(yàn)方法包括對(duì)比DSP型號(hào)、DSP內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)、FLASH參數(shù)區(qū)和FLASH程序區(qū)，只有當(dāng)所有對(duì)比一致時(shí)，校驗(yàn)才會(huì)通過。

3.2.5" 數(shù)據(jù)處理

功能測(cè)試完成后，測(cè)試結(jié)果會(huì)保存在數(shù)據(jù)庫和本地文件夾中。在數(shù)據(jù)處理界面，查看歷史數(shù)據(jù)列表，所有系統(tǒng)自檢和功能測(cè)試均在測(cè)試列表中；查看各條測(cè)試記錄，應(yīng)記錄被測(cè)產(chǎn)品編號(hào)、型號(hào)、測(cè)試地點(diǎn)、測(cè)試階段、測(cè)試人員和測(cè)試時(shí)間等信息；測(cè)試記錄可以報(bào)表形式打印和導(dǎo)出。

4" 試驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)試設(shè)備研制完成后進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試以驗(yàn)證其是否達(dá)到了預(yù)期的系統(tǒng)需求，系統(tǒng)測(cè)試流程如圖9所示，系統(tǒng)測(cè)試情況如表1所示。

通過上述系統(tǒng)測(cè)試表明，基于PXI總線的綜合測(cè)試設(shè)備實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，能夠滿足被測(cè)產(chǎn)品在產(chǎn)品調(diào)試、試驗(yàn)、驗(yàn)收以及故障排查等方面的測(cè)試要求。

圖9" 系統(tǒng)測(cè)試流程

表1" 系統(tǒng)測(cè)試情況

系統(tǒng)需求 測(cè)試情況 結(jié)論

用戶登錄 使用正確用戶名和密碼登錄軟件，可進(jìn)行測(cè)試；使用錯(cuò)誤用戶名或密碼無法登錄 合格

系統(tǒng)自檢 接自檢電纜進(jìn)行自檢，拔下電纜會(huì)出現(xiàn)異常并可選擇繼續(xù)或停止自檢 合格

功能測(cè)試 使用功能測(cè)試電纜連接被測(cè)產(chǎn)品，執(zhí)行功能測(cè)試操作并查看測(cè)試結(jié)果，拔下電纜會(huì)出現(xiàn)異常并可選擇繼續(xù)或停止測(cè)試 合格

程序在線升級(jí) 選擇正確或錯(cuò)誤的程序版本進(jìn)行加載，測(cè)試過程中會(huì)表現(xiàn)出相應(yīng)結(jié)果 合格

數(shù)據(jù)處理 查看歷史數(shù)據(jù)列表，覆蓋所有測(cè)試記錄，可以報(bào)表形式打印和導(dǎo)出所有測(cè)試記錄 合格

5" 結(jié)" 論

基于PXI總線的綜合測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)為被測(cè)控制器產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了有效的測(cè)試解決方案。該設(shè)備能夠自動(dòng)化地完成對(duì)控制器的全方位功能測(cè)試，并生成穩(wěn)定可靠的測(cè)試結(jié)果。通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析和生成綜合測(cè)試報(bào)告，可以為保持控制器的出廠功能性能提供堅(jiān)實(shí)保障。這不僅優(yōu)化了生產(chǎn)流程，節(jié)省了人力和時(shí)間成本，更有助于提高整個(gè)飛行系統(tǒng)的可靠性和效率。未來，可以進(jìn)一步完善和優(yōu)化該綜合測(cè)試設(shè)備，以滿足不斷發(fā)展的控制器產(chǎn)品測(cè)試需求。

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作者簡(jiǎn)介：王亞京（1990—），男，漢族，河北石家莊人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器。