基于LabVIEW的航空裝備通用測試系統設計

0 引言

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是數字技術(shù)及各種大規模集成電路的廣泛應用，我國航空電子裝備發(fā)生了巨大變化，組成結構越來(lái)越復雜，功能越來(lái)越強大，技術(shù)含量越來(lái)越高，可靠性也有明顯提高，隨之裝備的三級卻修理難度越來(lái)越大，“木桶-短板-效應”現象越來(lái)越明顯，甚至可以說(shuō)，已經(jīng)成為提高裝備完好率和飛機出勤率的主要瓶頸之一。

為了適應現代戰爭對后勤的綜合保障能力要求，針對維修工作中原有測試設備的可視性、可操作性差，被測對象的接口定義、信號各不相同的特點(diǎn)，我們研制開(kāi)發(fā)了基于LabvIEW的航空裝備通用測試系統。

基于LabVIEW的航空裝備通用測試系統的設計思想是，通過(guò)整合測試資源，實(shí)現測試資源的復用，使得在硬件資源一定的情況下，通過(guò)更改軟件和連接關(guān)系，就能實(shí)現多種被測對象的測試。

1 被測對象

航空裝備的可更換單元(Line Replace Unit，LRU)在內場(chǎng)進(jìn)行維修時(shí)，需要檢測其功能好壞，由于不同的LRU接口定義不同，需要相應的適配器將其連入系統測試。同樣，在進(jìn)一步檢測LRU中的印制電路板(Printed Circuit Board，PCB)時(shí)，由于PCB的類(lèi)型和接口針腳數不盡相同，同樣需要相應的接口適配器將其連入系統，以便分析測試。

2 系統組成

系統主要由硬件平臺、軟件平臺和附件等組成。系統組成如圖1所示。

硬件平臺主要包括：測控計算機、接口適配器、連接線(xiàn)纜等。

軟件平臺負責控制測試過(guò)程的激勵模擬和數據采集，以及運用采集結果對故障進(jìn)行推理，從而完成對被測對象的故障定位隔離。測試程序采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言。

附件主要有電纜、工作臺、打印機等。

3 硬件設計

航空裝備通用測試系統是在工控機PCI總線(xiàn)的基礎上，通過(guò)軟件實(shí)現對PCI總線(xiàn)板卡的統一調度和控制，產(chǎn)生仿真所需的激勵通過(guò)接口適配器加載至被測對象的端子上，同時(shí)獲取相應的響應數據。通過(guò)軟件分析判斷，完成故障定位。通過(guò)對LRU和PCB的逐步測試，航空裝備通用測試系統可將故障定位在芯片級。系統結構如圖2所示。

3.1 測控計算機

測控計算機由工控機主機、顯示器、鼠標等外圍設備組成。工控機主機內含有基于LabVIEW的板卡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)板卡)，提供模擬量輸入、輸出，離散量輸入、輸出、串行輸入、輸出，并行輸入、輸出等測試用激勵源。測控計算機是整個(gè)航空裝備通用測試系統的控制中心。

3.2 接口適配器

接口適配器主要完成被測對象和板卡之間的電氣、機械連接，實(shí)現信號的調理、匹配和轉接。必須根據被測對象的實(shí)際情況自行研制。不同的被測對象必須通過(guò)相應的適配器才能接入系統進(jìn)行檢測。同時(shí)，適配器母板要預留足夠的空間，以備后期擴展。

電平轉換及驅動(dòng)接口，主要用來(lái)完成被測對象和板卡之間電平的相互轉換。

離散量接收發(fā)送接口，主要是用來(lái)完成離散量信號的測試。

模擬量接收發(fā)送接口，主要是用來(lái)完成模擬量信號的測試。

預留測試資源接口，后期擴展開(kāi)發(fā)備用。

測試孔，連接面板測試孔，將被測對象上的主要信號接出以供測試用。

3.3 鏈接線(xiàn)纜

外部連接線(xiàn)纜主要功能是為被測對象連接到適配器提供電氣、機械的連接。連接線(xiàn)纜的制作應當符合國軍標的有關(guān)要求，連接線(xiàn)纜插頭應具備防差錯功能。

4 軟件設計

應用軟件是系統正常運行的基礎。在充分分析航空裝備維修需求的基礎上，采用層次化、模塊化設計方法進(jìn)行系統軟件的設計和開(kāi)發(fā)。系統軟件具有良好的可視化人機界面，使用方便。

4. 1 操作系統與軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

操作系統選用Windows XP。

開(kāi)發(fā)環(huán)境：LabVIEW(laboratoiy vinual instrumentengineeing workbench，實(shí)驗室虛擬儀器工作平臺)，是一種用圖標代替文本進(jìn)行創(chuàng )建應用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統的文本編程語(yǔ)言根據語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序的執行順序，而LabVIEW則采用數據流編程方式，它用圖標表示函數，用連線(xiàn)表示數據流方向，程序框圖中節點(diǎn)之間的數據流向決定了程序的執行順序。

LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。它可以增強開(kāi)發(fā)者構建自己的科學(xué)和工程系統的能力，提供了實(shí)現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設計、測試并實(shí)現儀器系統時(shí)，可以大大提高工作效率。

與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數庫。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據處理等。LabVIEW標志顯示及數據存儲，等等。LabVIEW也有傳統的程序調試工具，如設置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數據及其子程序(子VI)的結果、單步執行等等，便于程序的調試。盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件?？沙浞职l(fā)揮計算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創(chuàng )造出功能更強的儀器。用戶(hù)可以根據自己的需要定義和制造各種儀器。

4.2 軟件結構

LabVIEW包含大量的工具與函數用于數據采集、分析、顯示與存儲等。針對一個(gè)被測對象，編寫(xiě)相應的測試程序，完成對被測對象的檢測和故障診斷并輸出結果。航空裝備通用測試系統軟件結構如圖3所示。

4.2 LabVIEW程序設計

航空裝備通用測試系統的測試程序按照LRU和PCB進(jìn)行分配，一個(gè)LRU或者一個(gè)PCB對應一個(gè)測試程序。

每一個(gè)測試程序有四個(gè)獨立的功能模塊，但他們都是獨立的VI，沒(méi)有構成一個(gè)完整的系統，所以要將他們整合起來(lái)，實(shí)現函數的調用，其框圖如圖4所示。

針對LRU的測試是對整個(gè)可更換單元的功能性測試。一個(gè)簡(jiǎn)單的航空裝備LRU測試系統如圖5所示。

針對PCB的測試是在前期LRU測試的基礎上，對電路板的電氣信號測試。一個(gè)簡(jiǎn)單的航空裝備PCB測試系統如圖6所示。

5 結束語(yǔ)

基于LabVIEW的航空裝備通用測試系統的硬件和軟件通用性好，二次開(kāi)發(fā)成本低，開(kāi)發(fā)周期短。能滿(mǎn)足三級維修保障需求。對降低維修費用、提高裝備的完好率具有十分重要的意義，軍事和經(jīng)濟效益也十分明顯。