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          基于虛擬儀器的航空機載電子設備自動測試系統(tǒng)

          作者: 時間:2011-12-12 來源:網(wǎng)絡 收藏
          這些信號按照頻率分為低頻和高頻兩種,按時域特性分為連續(xù)和離散信號,按照形式分為電信號和非電信號(如溫度、速度、高度、氣壓、航向等)。為滿足復雜的測試需求,我們采用技術。

          系統(tǒng)硬件設計

          PXI模塊化儀器相對于GPIBVXI、RS232等儀器而言,具有速度快、體積小、易擴展等優(yōu)勢,因此作為硬件的主體。再選用常規(guī)信號源(SOURCE)和信號測量模塊(SENSOR),通過GPIB和RS232總線擴展專用和自研設備。整個系統(tǒng)硬件原理如圖1所示。

          圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)


          由于PXI模塊較多,且為了今后的擴展,選用了18槽的PXI-1045機箱;為了進一步提高系統(tǒng)平臺的集成度,選用PXI-8187零槽嵌入式控制器,摒棄了以往系統(tǒng)中利用MXI-2將工控機作為主控器的方式。PXI-8187帶有GPIB接口,可以方便的擴展GPIB總線設備。部分儀器資源和部件需要串口通信,故選用PXI-8421擴展4個串口。


          1 信號采集

          以6 1/2數(shù)字萬用表PXI-4070和5 1/2數(shù)字萬用表PXI-4060作為常用的測試模塊,可以測量0~300V的電壓,0~1A的電流,0~100MΩ的電阻。

          示波器PXI-5112(2通道8位分辨率,100MHz帶寬)和模擬輸入PXI-6070E(16路單端輸入/8路差分輸入,12位分辨率,1.25M采樣率)配合使用,可以滿足常用的連續(xù)波和單點電壓信號的采集。PXI-6070E在進行數(shù)據(jù)采集時,前端連接了兩塊SCXI-1125,用于信號的調(diào)理(10kHz或4Hz的低通濾波、衰減)。此外,PXI-6070E還可用于控制器與SCXI機箱之間的通信。
          高速DIO PXI-6534可以采集和輸出高低速離散量。特殊和復雜信號的采集處理則采用GPIB設備和RS232自研設備,如頻譜分析儀。


          2 信號輸出

          函數(shù)發(fā)生器PXI-5421(16位分辨率,100MS/s采樣率,帶寬43MHz)和高速模擬輸出PXI-6733(8路輸出,16位分辨率,刷新率1MHz)配合使用,可以滿足常用的連續(xù)波和單點電壓信號的輸出;SCXI-1124用于隔離模擬電壓和電流的輸出。


          特殊和復雜信號的輸出采用GPIB設備和RS232自研設備,如交直流電源、射頻信號源、大氣數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)、模擬器等。


          3 信號路由

          由于大部分機載電子設備的信號數(shù)量眾多,不可能將所有信號同時直接連接到資源上,必須經(jīng)過繼電器矩陣進行切換。因此繼電器必須有足夠快的響應時間,才能通斷較大的信號。選用兩塊繼電器矩陣模塊SCXI-1129和附件SCXI-1333、SCXI-1339,組合成合適的繼電器矩陣(最大通斷能力150Vdc/A,150Vrms/250mA)。在信號的連接、斷開過程中,為了實現(xiàn)最優(yōu)路徑的自動選擇和安全保護(避免源于源相連),我們重新編寫了繼電器矩陣驅(qū)動,在實際使用中取得了滿意的結(jié)果。

          4 資源接口和適配器

          資源接口是所有資源接口的集合,每個部件根據(jù)需要通過適配器連接部分資源。一個或多個UUT共用一個適配器,因此測試系統(tǒng)根據(jù)UUT的信號情況,可以配置一個或多個適配器。

          系統(tǒng)軟件設計


          CVI在標準C語言(Ansi C)的基礎上增加了儀器控制和工具函數(shù)庫的開發(fā)軟件,提供了很多實用的例程,具有友好的圖形用戶界面,并且C語言是大家都比較熟悉和易于使用的開發(fā)工具,因此選用CVI可以加快測試程序(TP)的開發(fā)。系統(tǒng)軟件原理見圖2。

          圖2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)


          為了方便和規(guī)范TP的編寫,TP開發(fā)管理軟件根據(jù)輸入的測試信息自動生成測試程序代碼框架和儀器操作代碼。測試程序編寫完成后編譯生成動態(tài)庫,由測試程序執(zhí)行管理軟件調(diào)用和管理。在測試程序開發(fā)過程中,儀器操作和界面的開發(fā)是兩個重點。


          1 IVI儀器驅(qū)動的開發(fā)和使用

          儀器驅(qū)動的用途是對儀器進行程控,簡化測試程序開發(fā)人員對儀器的操作。傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動與儀器耦合太緊密,儀器發(fā)生變化,驅(qū)動也要重新編寫,進而使用此驅(qū)動的測試程序也要重新編寫和編譯。


          IVI(可互換虛擬儀器)驅(qū)動采用了類驅(qū)動的概念,實現(xiàn)了同一類儀器之間的互換,同時增加了儀器仿真和狀態(tài)緩存的特性,提高了TP開發(fā)調(diào)試的效率。CVI提供了方便的IVI驅(qū)動開發(fā)工具,因此可在開發(fā)測試程序過程中選用IVI驅(qū)動來控制儀器。

          目前,IVI驅(qū)動標準只發(fā)布了八大類儀器的類驅(qū)動,為了保證非IVI標準的儀器在一定范圍具有可互換和仿真功能,我們借鑒了標準IVI驅(qū)動的機制,開發(fā)了自定義IVI驅(qū)動。利用IVI驅(qū)動,我們成功實現(xiàn)了NI公司的PXI-4070卡式萬用表與Agilent公司的HP34401 GPIB臺式萬用表之間的互換,實現(xiàn)了不同公司生產(chǎn)的單相交流電源和三相交流電源之間的互換。

          IVI驅(qū)動采用邏輯名和XML配置文件機制,在硬件資源描述發(fā)生變化時,只需更改配置文件,不需要更改和重新編譯測試程序,就能保證測試程序的正常運行。如果不采用IVI驅(qū)動,就必須更改所有用到函數(shù)發(fā)生器的測試程序,將在很大程度上延誤工程進度。

          此外,利用IVI驅(qū)動的仿真功能,使得測試程序開發(fā)人員可在自己沒有安裝任何硬件的計算機上進行仿真調(diào)試,提高了平臺的使用效率和測試程序開發(fā)效率。

          2 虛擬儀器界面的開發(fā)

          虛擬儀器界面提供人機接口,可以讓操作員根據(jù)需要施加信號,實時監(jiān)測信號。CVI提供了開發(fā)虛擬儀器界面的用戶接口資源文件(*.uir)和各種控制和顯示控件,用于模擬實際儀器界面。目前,NI LabVIEW、CVI和HP VEE是最為出色和方便易用的虛擬儀器界面開發(fā)軟件。圖3是其中一個TPS的虛擬儀器界面。

          圖3 基于磁傳感器的虛擬儀器界面


          此例中,打開激勵開關時,PXI-6733連續(xù)輸出RMS 1.5V,頻率400Hz的正弦波作為磁傳感器的激勵;用PXI-6070E的三路模擬輸入通道同時采集磁傳感器輸出的三路航向信號(最大幅度小于100mV,頻率為800Hz),并顯示在同一個波形顯示控件中,再利用算法計算出角度,顯示在表盤控件中。由于增加了信號調(diào)理板SCXI-1125和端子板SCXI-1313,將PXI-6070E的測試范圍擴展到2.5mV~300V,從而精確的測量了磁傳感器輸出的小信號,測算出精確的角度。

          應用成果

          采用NI PXI模塊、CVI、IVI工具、MAX管理軟件,以及第三方的設備,我們成功構(gòu)建了多套通用、開放的。利用這些系統(tǒng)成功開發(fā)了多機型、總數(shù)量達三百多種的TPS,幫助用戶實現(xiàn)了UUT快速的定檢、維修。相對于用傳統(tǒng)儀器搭建測試臺的方式,在效率和質(zhì)量上有了很大提高,為機載電子設備提供了有力保障。



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