基于某航空電子設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1引言

航空電子設(shè)備的測(cè)試要求利用有限的資源，構(gòu)建功能多樣化的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。機(jī)載電子設(shè)備的信號(hào)多且復(fù)雜，涵蓋了低頻和高頻信號(hào)、連續(xù)和離散信號(hào)，同時(shí)還包括一些非電信號(hào)。傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)采用分立儀器搭建，這種方法成本高，測(cè)量自動(dòng)化程度低，擴(kuò)展性差，因此要尋求一種實(shí)現(xiàn)高集成化應(yīng)用廣泛的解決方案。本測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以兼容兩種航空電子機(jī)載設(shè)備的測(cè)試，兩個(gè)機(jī)載組件是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)瞄準(zhǔn)顯示、夜視穩(wěn)定性和操縱性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。被測(cè)設(shè)備組件收發(fā)的信號(hào)包括數(shù)字發(fā)控信號(hào)，固定頻率模擬信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，RS 232／RS 422串口信號(hào)等。組件的功能就是響應(yīng)計(jì)算機(jī)的命令從而發(fā)出其他類型信號(hào)來操作相關(guān)的機(jī)載硬件設(shè)備。原有的測(cè)試環(huán)境是依照操作人員手動(dòng)搭建的測(cè)試平臺(tái)，包括示波器、開關(guān)量開關(guān)、萬用表等，只能對(duì)設(shè)備一小部分功能進(jìn)行檢驗(yàn)，效率和準(zhǔn)確性都有待提高。針對(duì)原有系統(tǒng)自動(dòng)化程度低的缺點(diǎn)，本研究從軟件和硬件兩方面討論了一種基于航空電子機(jī)載電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試及調(diào)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

2測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)描述

2.1 測(cè)試系統(tǒng)的功能和硬件組成

該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)覆蓋了原有手動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的所有功能，為方便和完善測(cè)試還增加了新的特性，具體包括以下幾方面：

(1)測(cè)試系統(tǒng)的自檢測(cè)功能，包括軟件、硬件完整性自檢；

(2)測(cè)試的可選擇性，包括自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)調(diào)試測(cè)試，自動(dòng)測(cè)試獨(dú)立模擬被測(cè)試電子設(shè)備工作狀況，按照設(shè)備正常工作流程進(jìn)行一遍或多遍測(cè)試；手動(dòng)調(diào)試測(cè)試時(shí)可以根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目單步驟重復(fù)測(cè)試，方便錯(cuò)誤定位；

(3)檢測(cè)到產(chǎn)品故障時(shí)暫停檢測(cè)并報(bào)故障，人工干預(yù)后可選擇結(jié)束檢測(cè)或繼續(xù)檢測(cè)其他項(xiàng)目，同時(shí)有例行測(cè)試功能可以保證被測(cè)設(shè)備在某一狀態(tài)下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的狀態(tài)監(jiān)測(cè)；

(4)每次自動(dòng)測(cè)試結(jié)果保存為一個(gè)單獨(dú)文件，并提供打印輸出功能；

(5)詳盡的在線實(shí)時(shí)幫助輔助操作人員完成測(cè)試；

(6)測(cè)試系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)試4塊機(jī)載電子設(shè)備組件，有效地提高測(cè)試效率。

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)(包括被測(cè)機(jī)載設(shè)備)由3個(gè)部分組成，如圖1所示。



2.2測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)和內(nèi)部數(shù)據(jù)采集卡

測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)最重要的硬件平臺(tái)。這里選用了ACME-EMP350便攜式工控機(jī)作為測(cè)試系統(tǒng)主機(jī)。該型號(hào)性能穩(wěn)定可靠，符合國(guó)軍標(biāo)，且主板有足夠的擴(kuò)展槽以備功能擴(kuò)展。屏幕15.1寸，采用奔4主板，其他性能參數(shù)均超過主流工控機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，完全能達(dá)到測(cè)試系統(tǒng)要求的穩(wěn)定性和易操作性。

在分析被測(cè)設(shè)備信號(hào)形式和數(shù)量之后，并考慮同時(shí)測(cè)試4個(gè)設(shè)備，選擇數(shù)據(jù)采集卡的類型如下：開關(guān)量輸入輸出卡2塊，A／D，D／A卡各1塊。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和提高可靠性，數(shù)據(jù)采集卡選用NI公司和研華公司的成熟產(chǎn)品。

2.3轉(zhuǎn)接機(jī)箱和信號(hào)調(diào)理控制卡

測(cè)試主機(jī)與被測(cè)設(shè)備之間由轉(zhuǎn)接機(jī)箱相連，主要起到信號(hào)調(diào)理和控制的作用。轉(zhuǎn)接機(jī)箱內(nèi)部包括調(diào)理控制卡、開關(guān)電源、采集卡的適配器等，它們都通過D型連接器及電纜與主機(jī)采集卡互連。調(diào)理控制卡所需的+5 V和+28 V電源由轉(zhuǎn)接機(jī)箱中的開關(guān)電源提供，其也為被測(cè)設(shè)備的正常工作供電。

信號(hào)調(diào)理控制卡負(fù)責(zé)系統(tǒng)的自檢和測(cè)試狀態(tài)的切換。測(cè)試系統(tǒng)采用軟件控制的方式對(duì)信號(hào)調(diào)理控制卡進(jìn)行信號(hào)調(diào)控，這樣能夠在不同狀況下達(dá)到測(cè)試的目的。由于數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號(hào)特性和被測(cè)航電設(shè)備的要求不完全相同，需要加入信號(hào)調(diào)理控制卡使采集卡輸出信號(hào)特性與被測(cè)航電設(shè)備匹配，比如模擬信號(hào)的幅度，數(shù)字量信號(hào)的電平值等。信號(hào)調(diào)理控制卡主要采用運(yùn)放放大模擬信號(hào)以及繼電器實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換，功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不再贅述。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)描述

3.1軟件設(shè)計(jì)思想

在測(cè)試軟件的開發(fā)中，對(duì)應(yīng)的開發(fā)平臺(tái)有專門為虛擬儀器設(shè)計(jì)的軟件LabView和Labwindows／CVI，VEE等，也有通用的軟件開發(fā)工具VC++，VB等。專用的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)優(yōu)點(diǎn)在于開發(fā)周期短，缺點(diǎn)在于圖形化的編程語言給開發(fā)者的自主性比較小，底層支持不夠。而VC++開發(fā)比較通用，對(duì)底層的支持比較好，技術(shù)較為成熟，對(duì)于上層各種模塊的實(shí)現(xiàn)方案也較多，因此采用VC++編程。

測(cè)試系統(tǒng)上層軟件要求有簡(jiǎn)單易用的圖形化測(cè)試界面，還要具備自動(dòng)測(cè)試、手動(dòng)調(diào)試測(cè)試、例行測(cè)試，以及測(cè)試結(jié)果打印、錯(cuò)誤報(bào)告提示、系統(tǒng)自檢測(cè)等功能。對(duì)應(yīng)于不同的功能最好建立不同的功能模塊，這樣有助于測(cè)試通用性和移植性，對(duì)于將來擴(kuò)展應(yīng)用也非常有利。另外，將具體測(cè)試對(duì)象及代碼功能進(jìn)行封裝，也有利于測(cè)試系統(tǒng)的維護(hù)。當(dāng)然，應(yīng)用程序必須對(duì)錯(cuò)誤操作有良好的錯(cuò)誤提示處理，這樣能夠有效地增加軟件的容錯(cuò)性和可靠性。

3.2軟件整體構(gòu)架

測(cè)試軟件設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu)，下層為上層提供服務(wù)，上層通過函數(shù)的形式接口使用下層來完成本身的功能，每一層的變更不影響其他層的正常工作。針對(duì)測(cè)試的要求以及設(shè)計(jì)理念，測(cè)試系統(tǒng)軟件分成以下幾個(gè)部分：硬件層，物理接口層，硬件驅(qū)動(dòng)層，軟件支持層，用戶應(yīng)用層。同時(shí)，每一層次當(dāng)中有其對(duì)應(yīng)的模塊化處理，從而保證軟件系統(tǒng)的健壯性和易用性。整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的層次關(guān)系如圖2所示。