基于PXI和LabVIEW的無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)構(gòu)建

摘要：基于PXI總線和LabVIEW技術(shù)，構(gòu)建了無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)，可完成無源干擾設(shè)備各種功能、性能參數(shù)快速、準確地測試，并依據(jù)測試結(jié)果，進行故障診斷，給出維修策略。硬件平臺基于高性價比的PXI，測試程序采用LabVIEW開發(fā)，故障診斷程序采用INCON 2．O開發(fā)，用戶只需鍵盤、鼠標操作即可完成復(fù)雜的測試和故障診斷。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有通用性、開放性，用戶界面友好、操作方便，測試和排故障效率高，有效節(jié)省了測試成本和維護保障費用。
關(guān)鍵詞：無源干擾設(shè)備；自動測試；故障診斷；PXI總線；LabVIEW

0 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)展已進入了以總線技術(shù)為主的第三階段，使得其功能越來越強，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)備整機各功能、性能參數(shù)的測試，又要單獨對分機進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、機動性強、使用方便的特點。

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等標準總線技術(shù)的貨架產(chǎn)品是構(gòu)建ATE高效、快捷的最優(yōu)途徑。基于對體積、重量、機動性等的考慮，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槽機箱NI PXI-1044，該機箱集成了PXI規(guī)范要求的冷卻系統(tǒng)；控制計算機采用嵌入式控制器NI PXI-8105作為整個測試診斷系統(tǒng)的主控機，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；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，以提供被測件整機及各分機所需各種直流電源。
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
    為了滿足用戶的機動性需求，本系統(tǒng)采用2個進口防震機箱，選用ECS公司7000系列10U高度的產(chǎn)品，儀器安裝標準為19英寸，機箱深度為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行設(shè)計，負責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：負責進行系統(tǒng)狀態(tài)的設(shè)置、測試項目管理、身份驗證、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：負責完成系統(tǒng)自檢。自檢不通過時，自動對儀器進行軟件校準。
    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。
    設(shè)備測試模塊：用于完成無源干擾設(shè)備整機和各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、鞏固性學習、信息查詢。

2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)
    無源干擾設(shè)備測試診斷系統(tǒng)的主要功能如下：
    (1)實現(xiàn)無源干擾設(shè)備整機指標的測試；
    (2)實現(xiàn)無源干擾設(shè)備各LRU全部功能和性能指標的定期檢測；
    (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。

3 測試診斷流程
    根據(jù)無源干擾設(shè)備的特點和用戶需求，本系統(tǒng)采用了并行分級的測試思想。用戶可根據(jù)需要選擇進行整機測試還是分機測試。第一級對整機測試；第二級對分機進行功能、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，用戶身份驗證后，進行系統(tǒng)自檢。
    (2)系統(tǒng)自檢通過后，進入無源干擾設(shè)備測試環(huán)境，用戶可選擇進行整機指標測試還是分機測試。若系統(tǒng)自檢失敗，可啟動系統(tǒng)自校功能對系統(tǒng)進行軟件校準。校準完成后，再次進行系統(tǒng)自檢。
    (3)若用戶選擇整機測試，則可測量設(shè)備履歷本要求的所有指標。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)自動逐一進行測量。若指標正常，輸出測試結(jié)果，測試結(jié)束；若指標不正常，則進行分機測試。
    (4)若用戶選擇分機測試，可選擇LRU進行測試。
    (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)自動逐一進行測量。若指標正常，給出正常的結(jié)論，輸出測試結(jié)果，測試結(jié)束；若指標不正常，則調(diào)入相應(yīng)故障診斷軟件進行故障診斷，給出診斷結(jié)果和進行維修的專家建議。

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)等方面都遵從了標準化、模塊化的設(shè)計思想，它具有很強的通用性、開放性，用戶可根據(jù)需要擴展，使其可對其他同類被測對象進行測試和故障診斷。擴展時只需設(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保障費用，具有較高的軍事和經(jīng)濟價值。