基于PXI總線和LabVIEW技術(shù)的無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)

引言

隨著多種新型電子器件的應(yīng)用，無源干擾設(shè)備的發(fā)展已進(jìn)入了以總線技術(shù)為主的第三階段，使得其功能越來越強(qiáng)，自動化程度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜而緊湊，大大加重了測試和故障診斷的難度。而在設(shè)備的實(shí)際使用中，為保證安全性和有效性，要求能對無源干擾設(shè)備進(jìn)行以性能測試和故障診斷為主的技術(shù)保障。要求既要快速、精確地完成無源干擾設(shè)備整機(jī)各功能、性能參數(shù)的測試，又要單獨(dú)對分機(jī)進(jìn)行測試和故障診斷并排除故障。因此，研制和開發(fā)適合新一代無源干擾設(shè)備技術(shù)保障要求的測試診斷系統(tǒng)具有重要意義。

本文采用PXI總線和LabVIEW技術(shù)組建了一個用于無源干擾設(shè)備二線檢測維修的測試診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用NI公司的PXI模塊化產(chǎn)品，配合自研的適配器，完成所需測量和控制信號的獲取和產(chǎn)生，通過程序計算分析所得數(shù)據(jù)，最終由智能分析系統(tǒng)完成無源干擾設(shè)備的故障診斷，具有測試診斷快、機(jī)動性強(qiáng)、使用方便的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動測試和智能故障診斷平臺主要由控制器、儀器資源、開關(guān)系統(tǒng)、信號接口裝置等硬件和安裝在控制器內(nèi)的測試診斷軟件組成。本測試診斷系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

測試診斷系統(tǒng)硬件由自動測試設(shè)備（ATE）和接口適配器（TUA）等組成。其原理組成框圖如圖2所示。

ATE主要提供各被測件所需的硬件測試資源和系統(tǒng)自身運(yùn)行所需的硬件資源。按目前的測控技術(shù)環(huán)境，設(shè)計者選擇基于VXI,PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)的貨架產(chǎn)品是構(gòu)建ATE高效、快捷的最優(yōu)途徑?；趯w積、重量、機(jī)動性等的考慮，本系統(tǒng)采用PXI+GPIB總線的混合結(jié)構(gòu)，由PXI總線儀器、GPIB總線程控直流電源等組成。

1.1.1 PXI總線儀器

PXI（PCI Extensions for Instrumentation,面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展）是一種高性價比的基于PC的自動化測量平臺。系統(tǒng)選用3U尺寸的大功率14槽機(jī)箱NI PXI-1044,該機(jī)箱集成了PXI規(guī)范要求的冷卻系統(tǒng)；控制計算機(jī)采用嵌入式控制器NI PXI-8105作為整個測試診斷系統(tǒng)的主控機(jī)，它內(nèi)含2.0 GHz的Inetel雙核處理器、2 GB內(nèi)存、60 GB硬盤、1個RS 232接口、4個USB接口、1個GPIB接口。儀器模塊包括ACX1553,PXI-2503,PXI-4055,PXI-6254,PXI 5509,PXI-6514.

雙通道MIL-STD-1553B PXI模塊ACX1553用于模擬和測試機(jī)上多功能顯示器和控制器間通信的MIL-STD-1553B數(shù)據(jù)；兩塊48×1線矩陣開關(guān)PXI-2503用于切換各種測量信號；d.jpg位數(shù)字多用表PXI-4065用于測量各種電壓、電阻；3塊32通道、16位數(shù)據(jù)采集模塊PXI-6254用于72路箔條或36路紅外點(diǎn)火脈沖幅度、寬度的采集；96通道數(shù)字I/O模塊PXI-6509用于模擬彈種識別等TTL電平信號；64通道工業(yè)數(shù)字I/OPXI-6514用于模擬干擾彈投放28 V電平信號。

1.1.2 GPIB總線儀器

本系統(tǒng)采用AglientN5766大功率直流電源，以提供被測件整機(jī)及各分機(jī)所需各種直流電源。

1.1.3 接口適配器

接口適配器是被測無源干擾設(shè)備信號的預(yù)處理和轉(zhuǎn)接裝置，完成所有被測件與PXI總線儀器、大功率直流電源接口的機(jī)械、電氣連接。接口適配器主要由信號調(diào)理板、資源分配板、繼電器控制板等組成。信號調(diào)理板主要完成各種PXI模塊資源信號和被測件所需信號的匹配、調(diào)理；資源分配板將各PXI模塊資源分配至適配器前面板的被測件接口及信號調(diào)理板中；繼電器控制板主要完成對4種外場可更換單元（IRU）的電源供給控制。

1.1.4 連接電纜

連接電纜有4種：第一種是PXI模塊、大功率直流電源和接口適配器間的輸入/輸出電纜；第二種是連接適配器和被測件的測試電纜；第三種是系統(tǒng)自檢電纜；第四種是系統(tǒng)計量電纜。

1.1.5 容箱

為了滿足用戶的機(jī)動性需求，本系統(tǒng)采用2個進(jìn)口防震機(jī)箱，選用ECS公司7000系列10U高度的產(chǎn)品，儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)為19英寸，機(jī)箱深度為910 mm.

1.1.6 被測件

在本系統(tǒng)中，被測件（UUT）是一套無源干擾設(shè)備，它包括電磁濾波器、控制器、順序器、發(fā)射器等4種類別的9個LRU.

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件是測試診斷系統(tǒng)的運(yùn)行核心。無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)軟件部分以Windows XP為操作系統(tǒng)、以基于“圖形”的集成化程序開發(fā)環(huán)境LabVIEW為測試程序開發(fā)平臺、以基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家系統(tǒng)的INCON 2.0為故障診斷推理平臺進(jìn)行設(shè)計，負(fù)責(zé)完成測試流程的控制、測試數(shù)據(jù)的分析、測試結(jié)果的記錄等功能。它采用模塊化設(shè)計，主要包括：系統(tǒng)管理模塊、儀器驅(qū)動模塊、系統(tǒng)自檢模塊、系統(tǒng)計量模塊、設(shè)備測試模塊、故障診斷模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等，其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

系統(tǒng)管理模塊：負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的設(shè)置、測試項目管理、身份驗(yàn)證、用戶管理等，是系統(tǒng)各個功能模塊的管理中心。

儀器驅(qū)動模塊：它是測試程序與系統(tǒng)儀器的橋梁，每一個儀器都有相應(yīng)的驅(qū)動程序。

系統(tǒng)自檢模塊：負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)自檢。自檢不通過時，自動對儀器進(jìn)行軟件校準(zhǔn)。

系統(tǒng)計量模塊：用于完成各種待計量信號的產(chǎn)生，它和計量電纜、計量儀器配合，完成對系統(tǒng)儀器的計量和校準(zhǔn)。

設(shè)備測試模塊：用于完成無源干擾設(shè)備整機(jī)和各LRU性能、功能的測試，它是決定能否完成測試，保證測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要因素。

故障診斷模塊：用于完成無源干擾設(shè)備各LRU的故障診斷和定位，它是決定完成故障診斷功能，保證故障診斷結(jié)果準(zhǔn)確的重要因素。

數(shù)據(jù)管理模塊：用于管理軟件中用到的各種數(shù)據(jù)，包括專家知識庫、測量結(jié)果數(shù)據(jù)庫、診斷結(jié)果數(shù)據(jù)庫、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)庫等。

系統(tǒng)幫助模塊：包括系統(tǒng)功能介紹和操作指南，用于用戶自我培訓(xùn)、鞏固性學(xué)習(xí)、信息查詢。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)的主要功能如下：

（1）實(shí)現(xiàn)無源干擾設(shè)備整機(jī)指標(biāo)的測試；

（2）實(shí)現(xiàn)無源干擾設(shè)備各LRU全部功能和性能指標(biāo)的定期檢測；

（3）具有故障診斷功能，故障定位到內(nèi)場可更換單元SRU,個別定位到功能電路或關(guān)鍵元器件；

（4）具有測試數(shù)據(jù)及故障診斷結(jié)果的存儲、記錄、分析、打印功能；

（5）具有自檢功能；

（6）留有計量接口，與計量儀器配合，可完成系統(tǒng)儀器的計量和校準(zhǔn)。

3 測試診斷流程

根據(jù)無源干擾設(shè)備的特點(diǎn)和用戶需求，本系統(tǒng)采用了并行分級的測試思想。用戶可根據(jù)需要選擇進(jìn)行整機(jī)測試還是分機(jī)測試。第一級對整機(jī)測試；第二級對分機(jī)進(jìn)行功能、性能測試和診斷，故障定位到SRU,LRU接口信息豐富，可定位至功能電路，個別可定位至元件級。圖4示意了無源干擾設(shè)備的測試診斷流程。

測試診斷步驟如下：

（1）開機(jī)，用戶身份驗(yàn)證后，進(jìn)行系統(tǒng)自檢。

（2）系統(tǒng)自檢通過后，進(jìn)入無源干擾設(shè)備測試環(huán)境，用戶可選擇進(jìn)行整機(jī)指標(biāo)測試還是分機(jī)測試。若系統(tǒng)自檢失敗，可啟動系統(tǒng)自校功能對系統(tǒng)進(jìn)行軟件校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，再次進(jìn)行系統(tǒng)自檢。

（3）若用戶選擇整機(jī)測試，則可測量設(shè)備履歷本要求的所有指標(biāo)。用戶可按項目選擇測試內(nèi)容和測試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動逐一進(jìn)行測量。若指標(biāo)正常，輸出測試結(jié)果，測試結(jié)束；若指標(biāo)不正常，則進(jìn)行分機(jī)測試。

（4）若用戶選擇分機(jī)測試，可選擇LRU進(jìn)行測試。

（5）具體LRU測試時，用戶亦可按項目選擇測試內(nèi)容和測試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動逐一進(jìn)行測量。若指標(biāo)正常，給出正常的結(jié)論，輸出測試結(jié)果，測試結(jié)束；若指標(biāo)不正常，則調(diào)入相應(yīng)故障診斷軟件進(jìn)行故障診斷，給出診斷結(jié)果和進(jìn)行維修的專家建議。

4 結(jié)論

基于PXI總線和LabVIEW技術(shù)的無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)的設(shè)計，從技術(shù)方案的確立、硬件集成到軟件開發(fā)等方面都遵從了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計思想，它具有很強(qiáng)的通用性、開放性，用戶可根據(jù)需要擴(kuò)展，使其可對其他同類被測對象進(jìn)行測試和故障診斷。擴(kuò)展時只需設(shè)計相應(yīng)的測試電纜、編寫相應(yīng)的測試和故障診斷程序。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)用戶界面友好，操作方便，可滿足用戶對無源干擾設(shè)備二線保障的要求，測試和排故障效率高，有效節(jié)省了測試成本和維護(hù)保障費(fèi)用，具有較高的軍事和經(jīng)濟(jì)價值。