基于VI的艦船電子裝備測試系統硬件設計

強、開(kāi)發(fā)時(shí)間少和出色的集成這四大優(yōu)勢。VI要比傳統的電子儀器更能適應迅猛發(fā)展的當代科學(xué)技術(shù)對測量技術(shù)和測量?jì)x器不斷提出的更新和擴展功能與性能的要求。

基于VI技術(shù)的優(yōu)勢，在艦船電子裝備測試系統的設計中重點(diǎn)采用VI技術(shù)，根據不同的測試要求，以核心測試系統為基礎進(jìn)行擴展，縮短艦船電子裝備測試診斷時(shí)間，提高測試效率，減少裝備維修費用。測試儀器總線(xiàn)采用PＸＩ總線(xiàn)，PXI總線(xiàn)是以PCI為基礎的，由具有開(kāi)放性的PCI總線(xiàn)擴展而來(lái)。PXI總線(xiàn)符合工業(yè)標準，在機械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮了PCI總線(xiàn)的全部?jì)?yōu)點(diǎn)。目前基于PCI總線(xiàn)的軟硬件均可應用于PXI系統中，從而使PXI系統具有良好的兼容性。PXI還有高度的可擴展性，它有8個(gè)擴展槽，而臺式PCI系統只有3～4個(gè)擴展槽。PXI系統通過(guò)使用PCI-PCI橋接器，可擴展到256個(gè)擴展槽。PXI總線(xiàn)的傳輸速率已經(jīng)達到132Mbps，是目前已經(jīng)發(fā)布的最高傳輸速率。通用化、標準化、模塊組合化是艦船電子裝備測試系統的主要發(fā)展方向，基于PＸＩ總線(xiàn)技術(shù)的艦船電子裝備測試系統在通用性、標準化以及模塊組合方面具有明顯的性能價(jià)格優(yōu)勢，在可預見(jiàn)的時(shí)間內PＸＩ總線(xiàn)仍將是自動(dòng)測試設備的主要總線(xiàn)技術(shù)。艦船電子裝備備件測試平臺設計的基本思路為：

①充分吸收國內外科研技術(shù)人員近幾年所取得的工作成果，在系統設計、電路設計等各方面完成已有成果的轉化利用，達到優(yōu)質(zhì)高效低耗的目的。

②利用國內外已有的VI技術(shù)，將這些成熟技術(shù)進(jìn)行移植，用于電子裝備備件測試系統中，系統硬件盡量采用標準件，具有可擴展性、可移植性和可重組性。

③系統具有自檢、自校準功能，有完善的計量測試接口。

3 系統硬件總體設計

在現代艦船電子裝備中存在多種類(lèi)型的電路板，包括模擬型、模擬數字混合型、單純的數字邏輯型、具有計算機總線(xiàn)型以及用于供電的電源型。信號涉及到電壓、頻率、機電、光電、聲電等多種不同類(lèi)型的被測信號。根據艦船電子裝備各被測部件的電氣特征和測試系統所要完成的測試任務(wù)，并且考慮測試系統的可靠性、擴展性、可移植性及可重組性的要求，我們組建了基于VI的艦船電子裝備測試系統，系統的硬件總體框圖如圖1所示：

圖1 系統硬件總體框圖

3.1 數字邏輯電路板測試平臺

對于數字式電路板的檢測，常采用的方法是矢量激勵法。數字矢量方法激勵元件的輸入端，在輸出端測試輸出邏輯是否符合原設計要求，這種方法對于簡(jiǎn)單邏輯電路非常適用，但是當邏輯電路復雜時(shí)，開(kāi)發(fā)測試矢量就極其困難，而且通常這種情況下產(chǎn)生的測試矢量數也非常龐大，勢必帶來(lái)測試時(shí)間長(cháng)，或者不可測性；雖然邊界掃描技術(shù)的出現簡(jiǎn)化了測試矢量的生成難度，但是產(chǎn)生的測試矢量數仍然較多。從技術(shù)的成熟性，簡(jiǎn)易性和裝備的實(shí)際情況，仍然采用矢量激勵法對數字式電路板進(jìn)行檢測。

數字邏輯電路板測試子平臺分成三個(gè)部分（見(jiàn)圖2）：第一部分采用通用的計算機，完成主控功能。波形控制軟件、采樣控制軟件和故障診斷軟件均在微機上運行。第二部分為測試向量信號發(fā)生器，產(chǎn)生多路的輸出信號，驅動(dòng)被測電路板。第三部分為高速數字信號采樣器，作用是對被測電路板的輸出信號進(jìn)行采樣，并將采樣結果送計算機處理。計算機控制測試信號發(fā)生器和高速數字信號采樣器，對被測電路板的輸入輸出信號進(jìn)行邏輯關(guān)系比較，從而判斷被測電路板功能是否正常。

3.1 模擬電路板測試平臺

模擬電路板測試子平臺采用基于PXI的VI系統，VI的最大特點(diǎn)在于可以根據測試需要來(lái)定義儀器的功能，其靈活性和高性能得益于不斷發(fā)展的數字化技術(shù)和計算機技術(shù)。VI利用圖形化編程技術(shù)和測試程序自動(dòng)生成技術(shù)，通過(guò)自定義的儀器面板，實(shí)現PXI模塊的控制和被測信號的顯示和處理。PXI吸收了VXI的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)受益于Compact PCI（CPCI），因而速度更快、結構堅固緊湊、系統可靠穩定，在射頻和微波頻帶以下的低、中高頻段可以替代VXI，而且價(jià)格優(yōu)勢明顯，深受廣大用戶(hù)歡迎，目前正朝氣蓬勃地向商用與軍用領(lǐng)域拓展，并在美、歐、澳等國得到了成功應用。同時(shí)，基于VXI的軟件可以移植到PXI系統。以NI為主，經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，基于PXI的自動(dòng)測試設備已經(jīng)基本可以滿(mǎn)足需求。其框圖如圖3所示：

①系統控制器模塊主要通過(guò)PXI背板上的PCI總線(xiàn)來(lái)管理其他所有模塊，實(shí)現信號處理、結果表達。

②多功能數據采集卡模塊用來(lái)實(shí)現模數轉換和信號的采集。

③信號調理模塊用于信號的放大和對信號進(jìn)行濾波。

④任意波形發(fā)生器模塊起到一個(gè)信號源的作用，產(chǎn)生被測電路所需的各種激勵信號。

⑤數字萬(wàn)用表模塊用來(lái)完成對電壓、電流、電阻的測量。

⑥矩陣開(kāi)關(guān)實(shí)現信號在不同待測物間的切換。

⑦程控電源用來(lái)給測試平臺各部件外加電源。

⑧探針用來(lái)對檢測孔的測試，對故障進(jìn)行定位。

3.3 計算機總線(xiàn)型電路板檢測平臺

計算機總線(xiàn)型電路板測試子平臺采用數字邏輯電路板的測試方法完成計算機總線(xiàn)型的電路板測試，利用各種信號的時(shí)序組合來(lái)模擬計算機的總線(xiàn)信號。當然還可以組建基于PXI的測試系統。

3.4 模擬數字混合型電路板檢測平臺

在模擬/數字混合型電路板中，既有模擬信號又有數字信號。其中有相當一部分用于計算機控制型系統的模擬量輸入/輸出接口中，對于這類(lèi)電路板的測試，可以將模擬電路板測試平臺和計算機總線(xiàn)型電路板測試平臺進(jìn)行適當組合，從而實(shí)現測試要求。在進(jìn)行組合時(shí)，需要考慮電路板的插座適配器。

3.5 電源模塊的檢測平臺

電源模塊為裝備提供工作所需的各種電源，在裝備中是故障率最高的模塊之一。輸入電壓超出設計范圍，或負載過(guò)大，均有可能使電源模塊遭到損壞。電源模塊的測試平臺，需要提供220V~調壓變壓器，中頻變換器，模擬負載等基本設備，再利用模擬電路板的PXI虛擬儀器測試平臺，完成電壓電流測量和時(shí)間測量，以及進(jìn)行紋波分析。測試平臺的結構如圖4所示：

4 結論

本課題針對艦船電子裝備的測試要求，采用模塊化的硬件設計具有操作靈活、攜帶方便、穩定性好、分析精度高，信號處理能力強等特點(diǎn)，極大地提高了自動(dòng)化程度，大幅度降低了系統開(kāi)發(fā)、維護以及后期的升級成本，縮短了系統的開(kāi)發(fā)周期。能夠完成艦船電子裝備各種電路單元的測試。此外，我們隨時(shí)可以根據被測電子裝備的需要對系統進(jìn)行多種組合或更新，非常適用不同需求的裝備測試。與傳統的艦船電子裝備測試平臺相比，本課題在以下幾方面進(jìn)行了創(chuàng )新：

①本課題采用基于虛擬儀器結構的測試系統,實(shí)現了計算機與測試儀器的有機結合，為組建性能優(yōu)異、功能強大、適時(shí)變化的現場(chǎng)測試環(huán)境提供了可能。儀器面板、相應控件和指示器等不再由物理實(shí)體構成，而由計算機內部強大的圖形環(huán)境和在線(xiàn)幫助功能建立起來(lái)的虛擬面板替代；借助虛擬儀器測試軟件，實(shí)現信號產(chǎn)生、采集與控制信號的分析處理、結果表示和輸出等功能。

②實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性是該型測試系統的重要特點(diǎn)。本課題設計對不同的電路單元采用不同的測試子平臺，各自平臺通過(guò)主控計算機實(shí)現控制，可以實(shí)現多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運行,且同一進(jìn)程中多個(gè)線(xiàn)程可獨立執行。這為測試系統實(shí)現人機交互界面、數據采集、數據處理和測試流程控制及故障定位報警等多任務(wù)功能的實(shí)時(shí)測控軟件開(kāi)發(fā),提供了技術(shù)支持。將用戶(hù)接口的管理和系統各功能模塊的控制代碼,分布于不同線(xiàn)程中處理,可提高計算機資源的利用率,減少系統的等待時(shí)間,最終提高系統整體性能。

③此外，該測試系統具有仿真負載。

主要參考文獻：

1. 高軍哲等.基于PXI總線(xiàn)的某型導彈裝備自動(dòng)測試系統[J].微計算機信息.2005年第7-1期（97-99）

2. 劉連惠等.海軍電子裝備維修自動(dòng)測試系統的研究與應用[J].中國修船，1999，(1)　　

3. 席澤敏等.海軍艦船電子裝備維修測試關(guān)鍵技術(shù)[J].中國修船，2001，(5)　　

4. 扶碧波等.基于PXI虛擬儀器測試診斷系統[J].電子測量技術(shù)，2002，(2)

5. 孔敏，鞠建波.基于VXI總線(xiàn)電子設備綜合自動(dòng)檢測系統設計[J].電子測量技術(shù)，2002，（5）