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系統硬件設計： PXI模塊化儀器相對于GPIB、VXI、RS232等儀器而言，具有速度快、體積小、易擴展等優(yōu)勢，因此在硬件方面以PXI模塊化儀器為主，選用常規信號源(SOURCE)和信號測量模塊(SENSOR),通過(guò)GPIB和RS232總線(xiàn)擴展專(zhuān)用和自研設備。系統硬件原理圖見(jiàn)圖1。 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(jìn)一步提高系統平臺的集成度，選用了PXI-8187零槽嵌入式控制器，摒棄了以往系統中利用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(xiàn)設備。部分儀器資源和部件需要串口通訊，故選用PXI-8421擴展4個(gè)串口。 1. 信號采集 6 1/2數字萬(wàn)用表PXI-4070 和5 1/2數字萬(wàn)用表PXI-4060作為常用的測試模塊，用于測量電壓、電阻和電流具有優(yōu)勢，可以測量0-300V的電壓，0-1A的電流，0-100M歐的電阻； 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(mǎn)足常用的連續波和單點(diǎn)電壓信號的采集，PXI-6070E在進(jìn)行數據采集時(shí)，前端連接了兩塊SCXI-1125，用于信號的調理（10Khz或4Hz的低通濾波、衰減）。PXI-6070E還用于控制器與SCXI機箱之間的通訊。 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采用GPIB設備和RS232自研設備，如頻譜分析儀。 2. 信號輸出 函數發(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，更新率1MHz）配合使用，可以滿(mǎn)足常用的連續波和單點(diǎn)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、大氣數據測試系統、模擬器等。 3. 信號路由 由于大部分機載電子設備的信號數量很多，不可能將所有信號同時(shí)直接連接到資源上，必須經(jīng)過(guò)繼電器矩陣進(jìn)行切換，繼電器必須具有足夠快的響應時(shí)間，能通斷較大的信號，因此我們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/1A，150Vrms/250mA）。在信號的連接、斷開(kāi)過(guò)程中，為了實(shí)現最優(yōu)路徑的自動(dòng)選擇和安全保護（避免源于源相連），我們重新編寫(xiě)了繼電器矩陣驅動(dòng)，在實(shí)際使用中取得了滿(mǎn)意的結果。 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(gè)部件根據需要通過(guò)適配器連接部分資源。一個(gè)或多個(gè)UUT共用一個(gè)適配器，因此測試系統根據UUT的信號情況，可以配置一個(gè)或多個(gè)適配器。 系統軟件設計： CVI是在標準C語(yǔ)言（ansi C）的基礎上增加了儀器控制和工具函數庫的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件，提供了很多實(shí)用的例程，具有友好的圖形用戶(hù)界面，并且C語(yǔ)言是大家都比較熟悉和易于使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境，因此選用CVI可以加快測試程序(TP)的開(kāi)發(fā)。系統軟件原理見(jiàn)圖2。 為了方便和規范TP的編寫(xiě),TP開(kāi)發(fā)管理軟件根據輸入的測試信息自動(dòng)生成測試程序代碼框架和儀器操作代碼，測試程序編寫(xiě)完成后編譯生成動(dòng)態(tài)庫，由測試程序執行管理軟件調用和管理測試程序。 測試程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，儀器操作和虛擬儀器界面的開(kāi)發(fā)是兩個(gè)重點(diǎn)。 1. IVI儀器驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)和使用 圖3 磁傳感的虛擬儀器界面 儀器驅動(dòng)的用途是對儀器進(jìn)行程控，簡(jiǎn)化測試程序開(kāi)發(fā)人員對儀器的操作。傳統的儀器驅動(dòng)與儀器耦合太緊密，儀器發(fā)生變化，驅動(dòng)也要重新編寫(xiě)，進(jìn)而使用此驅動(dòng)的測試程序也要重新編寫(xiě)和編譯。VXI PnP儀器驅動(dòng)使用虛擬儀器軟件結構(VISA),實(shí)現了同一儀器在不同總線(xiàn)間的互換，IVI（可互換虛擬儀器）驅動(dòng)采用了類(lèi)驅動(dòng)的概念，實(shí)現了同一類(lèi)儀器之間的互換，同時(shí)增加了儀器仿真和狀態(tài)緩存的特性，提高了TP開(kāi)發(fā)調試的效率，CVI提供了方便的IVI驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工具，因此開(kāi)發(fā)測試程序過(guò)程中選用IVI驅動(dòng)來(lái)控制儀器。 由于目前IVI驅動(dòng)標準只發(fā)布了8大類(lèi)儀器的類(lèi)驅動(dòng)，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驅動(dòng)的機制，開(kāi)發(fā)了自定義IVI驅動(dòng)。利用IVI驅動(dòng)，我們成功實(shí)現了NI公司的PXI-4070卡式萬(wàn)用表與Agilent公司的HP34401 GPIB臺式萬(wàn)用表之間的互換，實(shí)現了不同公司生產(chǎn)的單相交流電源和三相交流電源之間的互換。 IVI驅動(dòng)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(shí)，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驅動(dòng)，就必須更改所有用到函數發(fā)生器的測試程序，將很大程度上延誤工程進(jìn)展。 此外，利用IVI驅動(dòng)的仿真功能，使得測試程序開(kāi)發(fā)人員可在自己沒(méi)有安裝任何硬件的計算機上進(jìn)行仿真調試，提高了平臺的使用效率和測試程序開(kāi)發(fā)效率。 2. 虛擬儀器界面的開(kāi)發(fā) 虛擬儀器界面提供人機接口，可以讓操作員根據需要施加信號，實(shí)時(shí)監測信號。CVI提供了開(kāi)發(fā)虛擬儀器界面的用戶(hù)接口資源文件(*.uir)和各種控制和顯示控件，用于模擬實(shí)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(kāi)發(fā)軟件。圖3是其中一個(gè)TPS的虛擬儀器界面。 此例中，打開(kāi)激勵開(kāi)關(guān)時(shí)，PXI-6733連續輸出RMS1.5V，頻率400Hz的正弦波作為磁傳感器的激勵，用波形顯示控件顯示輸出的信號；用PXI-6070E的三路模擬輸入通道同時(shí)采集磁傳器輸出的三路航向信號（最大幅度小于100mv，頻率為800Hz），顯示在同一個(gè)波形顯示控件中，利用算法計算出角度，顯示在表盤(pán)控件中。由于增加了信號調理板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，計算出精確的角度。 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，我們成功構建了多套通用、開(kāi)放的航空機載電子設備自動(dòng)測試系統。利用這些系統成功開(kāi)發(fā)了多機型、總數量達三百多種的TPS，通過(guò)這些TPS，用戶(hù)實(shí)現了UUT快速定檢、維修，相對于用傳統儀器搭建測試臺的方式，自動(dòng)測試系統在效率和質(zhì)量上有了很大提高，為機載電子設備提供了有力保障。自動(dòng)測試TP運行示例見(jiàn)圖4。 圖4 自動(dòng)測試IP運行示例 小結： 憑借PXI模塊和虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢，以及多總線(xiàn)設備互補的功能，實(shí)現了利用有限的資源，測試上百種部件，同時(shí)使系統的體積變小，測試速度加快，易于擴展，同類(lèi)儀器可以互換。 虛擬儀器技術(shù)是一種觀(guān)念和技術(shù)上的創(chuàng )新，在自動(dòng)領(lǐng)域中的應用將會(huì )越來(lái)越廣泛。 |
