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

摘要：基于PXI總線(xiàn)和LabVIEW技術(shù)，構(gòu)建了無(wú)源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng)，可完成無(wú)源干擾設(shè)備各種功能、性能參數(shù)快速、準(zhǔn)確地測(cè)試，并依據(jù)測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行故障診斷，給出維修策略。硬件平臺(tái)基于高性?xún)r(jià)比的PXI，測(cè)試程序采用LabVIEW開(kāi)發(fā)，故障診斷程序采用INCON 2．O開(kāi)發(fā)，用戶(hù)只需鍵盤(pán)、鼠標(biāo)操作即可完成復(fù)雜的測(cè)試和故障診斷。結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有通用性、開(kāi)放性，用戶(hù)界面友好、操作方便，測(cè)試和排故障效率高，有效節(jié)省了測(cè)試成本和維護(hù)保障費(fèi)用。
關(guān)鍵詞：無(wú)源干擾設(shè)備；自動(dòng)測(cè)試；故障診斷；PXI總線(xiàn)；LabVIEW

0 引言
    隨著多種新型電子器件的應(yīng)用，無(wú)源干擾設(shè)備的發(fā)展已進(jìn)入了以總線(xiàn)技術(shù)為主的第三階段，使得其功能越來(lái)越強(qiáng)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜而緊湊，大大加重了測(cè)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(duì)無(wú)源干擾設(shè)備進(jìn)行以性能測(cè)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(wú)源干擾設(shè)備整機(jī)各功能、性能參數(shù)的測(cè)試，又要單獨(dú)對(duì)分機(jī)進(jìn)行測(cè)試和故障診斷并排除故障。因此，研制和開(kāi)發(fā)適合新一代無(wú)源干擾設(shè)備技術(shù)保障要求的測(cè)試診斷系統(tǒng)具有重要意義。
    本文采用PXI總線(xiàn)和LabVIEW技術(shù)組建了一個(gè)用于無(wú)源干擾設(shè)備二線(xiàn)檢測(cè)維修的測(cè)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(cè)量和控制信號(hào)的獲取和產(chǎn)生，通過(guò)程序計(jì)算分析所得數(shù)據(jù)，最終由智能分析系統(tǒng)完成無(wú)源干擾設(shè)備的故障診斷，具有測(cè)試診斷快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、使用方便的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    自動(dòng)測(cè)試和智能故障診斷平臺(tái)主要由控制器、儀器資源、開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、信號(hào)接口裝置等硬件和安裝在控制器內(nèi)的測(cè)試診斷軟件組成。本測(cè)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(jì)
    測(cè)試診斷系統(tǒng)硬件由自動(dòng)測(cè)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(cè)件所需的硬件測(cè)試資源和系統(tǒng)自身運(yùn)行所需的硬件資源。按目前的測(cè)控技術(shù)環(huán)境，設(shè)計(jì)者選擇基于VXI，PXI等標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)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(duì)體積、重量、機(jī)動(dòng)性等的考慮，本系統(tǒng)采用PXI+GPIB總線(xiàn)的混合結(jié)構(gòu)，由PXI總線(xiàn)儀器、GPIB總線(xiàn)程控直流電源等組成。
1．1．1 PXI總線(xiàn)儀器
    PXI(PCI Extensions for Instrumentation，面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)是一種高性?xún)r(jià)比的基于PC的自動(dòng)化測(cè)量平臺(tái)。系統(tǒng)選用3U尺寸的大功率14槽機(jī)箱N(xiāo)I PXI-1044，該機(jī)箱集成了PXI規(guī)范要求的冷卻系統(tǒng)；控制計(jì)算機(jī)采用嵌入式控制器NI PXI-8105作為整個(gè)測(cè)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(pán)、1個(gè)RS 232接口、4個(gè)USB接口、1個(gè)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(cè)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(xiàn)矩陣開(kāi)關(guān)PXI-2503用于切換各種測(cè)量信號(hào)；位數(shù)字多用表PXI-4065用于測(cè)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(shí)別等TTL電平信號(hào)；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(hào)。
1．1．2 GPIB總線(xiàn)儀器
    本系統(tǒng)采用AglientN5766大功率直流電源，以提供被測(cè)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(cè)無(wú)源干擾設(shè)備信號(hào)的預(yù)處理和轉(zhuǎn)接裝置，完成所有被測(cè)件與PXI總線(xiàn)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(hào)調(diào)理板、資源分配板、繼電器控制板等組成。信號(hào)調(diào)理板主要完成各種PXI模塊資源信號(hào)和被測(cè)件所需信號(hào)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(cè)件接口及信號(hào)調(diào)理板中；繼電器控制板主要完成對(duì)4種外場(chǎng)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(cè)件的測(cè)試電纜；第三種是系統(tǒng)自檢電纜；第四種是系統(tǒng)計(jì)量電纜。
1．1．5 容箱
    為了滿(mǎn)足用戶(hù)的機(jī)動(dòng)性需求，本系統(tǒng)采用2個(gè)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(cè)件
    在本系統(tǒng)中，被測(cè)件(UUT)是一套無(wú)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(lèi)別的9個(gè)LRU。
1．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件是測(cè)試診斷系統(tǒng)的運(yùn)行核心。無(wú)源干擾設(shè)備測(cè)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(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW為測(cè)試程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)、以基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專(zhuān)家系統(tǒng)的INCON 2．0為故障診斷推理平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)完成測(cè)試流程的控制、測(cè)試數(shù)據(jù)的分析、測(cè)試結(jié)果的記錄等功能。它采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括：系統(tǒng)管理模塊、儀器驅(qū)動(dòng)模塊、系統(tǒng)自檢模塊、系統(tǒng)計(jì)量模塊、設(shè)備測(cè)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(cè)試項(xiàng)目管理、身份驗(yàn)證、用戶(hù)管理等，是系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的管理中心。
    儀器驅(qū)動(dòng)模塊：它是測(cè)試程序與系統(tǒng)儀器的橋梁，每一個(gè)儀器都有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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(guò)時(shí)，自動(dòng)對(duì)儀器進(jìn)行軟件校準(zhǔn)。
    系統(tǒng)計(jì)量模塊：用于完成各種待計(jì)量信號(hào)的產(chǎn)生，它和計(jì)量電纜、計(jì)量?jī)x器配合，完成對(duì)系統(tǒng)儀器的計(jì)量和校準(zhǔn)。
    設(shè)備測(cè)試模塊：用于完成無(wú)源干擾設(shè)備整機(jī)和各LRU性能、功能的測(cè)試，它是決定能否完成測(cè)試，保證測(cè)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(wú)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(zhuān)家知識(shí)庫(kù)、測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)、診斷結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶(hù)權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)自我培訓(xùn)、鞏固性學(xué)習(xí)、信息查詢(xún)。

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
    無(wú)源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng)的主要功能如下：
    (1)實(shí)現(xiàn)無(wú)源干擾設(shè)備整機(jī)指標(biāo)的測(cè)試；
    (2)實(shí)現(xiàn)無(wú)源干擾設(shè)備各LRU全部功能和性能指標(biāo)的定期檢測(cè)；
    (3)具有故障診斷功能，故障定位到內(nèi)場(chǎng)可更換單元SRU，個(gè)別定位到功能電路或關(guān)鍵元器件；
    (4)具有測(cè)試數(shù)據(jù)及故障診斷結(jié)果的存儲(chǔ)、記錄、分析、打印功能；
    (5)具有自檢功能；
    (6)留有計(jì)量接口，與計(jì)量?jī)x器配合，可完成系統(tǒng)儀器的計(jì)量和校準(zhǔn)。

3 測(cè)試診斷流程
    根據(jù)無(wú)源干擾設(shè)備的特點(diǎn)和用戶(hù)需求，本系統(tǒng)采用了并行分級(jí)的測(cè)試思想。用戶(hù)可根據(jù)需要選擇進(jìn)行整機(jī)測(cè)試還是分機(jī)測(cè)試。第一級(jí)對(duì)整機(jī)測(cè)試；第二級(jí)對(duì)分機(jī)進(jìn)行功能、性能測(cè)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(gè)別可定位至元件級(jí)。圖4示意了無(wú)源干擾設(shè)備的測(cè)試診斷流程。

    測(cè)試診斷步驟如下：
    (1)開(kāi)機(jī)，用戶(hù)身份驗(yàn)證后，進(jìn)行系統(tǒng)自檢。
    (2)系統(tǒng)自檢通過(guò)后，進(jìn)入無(wú)源干擾設(shè)備測(cè)試環(huán)境，用戶(hù)可選擇進(jìn)行整機(jī)指標(biāo)測(cè)試還是分機(jī)測(cè)試。若系統(tǒng)自檢失敗，可啟動(dòng)系統(tǒng)自校功能對(duì)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(hù)選擇整機(jī)測(cè)試，則可測(cè)量設(shè)備履歷本要求的所有指標(biāo)。用戶(hù)可按項(xiàng)目選擇測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動(dòng)逐一進(jìn)行測(cè)量。若指標(biāo)正常，輸出測(cè)試結(jié)果，測(cè)試結(jié)束；若指標(biāo)不正常，則進(jìn)行分機(jī)測(cè)試。
    (4)若用戶(hù)選擇分機(jī)測(cè)試，可選擇LRU進(jìn)行測(cè)試。
    (5)具體LRU測(cè)試時(shí)，用戶(hù)亦可按項(xiàng)目選擇測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試次數(shù)，設(shè)定后系統(tǒng)自動(dòng)逐一進(jìn)行測(cè)量。若指標(biāo)正常，給出正常的結(jié)論，輸出測(cè)試結(jié)果，測(cè)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(zhuān)家建議。

4 結(jié)論
    基于PXI總線(xiàn)和LabVIEW技術(shù)的無(wú)源干擾設(shè)備測(cè)試診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從技術(shù)方案的確立、硬件集成到軟件開(kāi)發(fā)等方面都遵從了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)思想，它具有很強(qiáng)的通用性、開(kāi)放性，用戶(hù)可根據(jù)需要擴(kuò)展，使其可對(duì)其他同類(lèi)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試和故障診斷。擴(kuò)展時(shí)只需設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試電纜、編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試和故障診斷程序。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)用戶(hù)界面友好，操作方便，可滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)無(wú)源干擾設(shè)備二線(xiàn)保障的要求，測(cè)試和排故障效率高，有效節(jié)省了測(cè)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(jià)值。