基于Lab Windows/CVI7.1綜合檢測(cè)系統(tǒng)

采用Lab Windows/CVI虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，介紹了基于PXI總線的某裝備通用檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)通用檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明
　　
　　概述
　　
　　隨著開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的軍用裝備的種類和數(shù)量逐步增多，這幾年來(lái)大批量提交給用戶使用，有的裝備已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入了故障維修階段，用戶要求針對(duì)這些裝備開(kāi)發(fā)一套故障綜合檢測(cè)系統(tǒng)，既要完成對(duì)裝備的檢測(cè)和故障診斷，又要滿足信息化要求，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)診斷設(shè)備、修理設(shè)備和信息化設(shè)備的一體化。
　　檢測(cè)系統(tǒng)采用了先進(jìn)的PXI平臺(tái)，該平臺(tái)是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用量身定制的模塊化儀器平臺(tái)，基于機(jī)箱的體系結(jié)構(gòu)與高速、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線結(jié)合，提供了對(duì)于其他體系結(jié)構(gòu)無(wú)與倫比的高性能。
　　軟件使用National Instrument公司的Lab Windows/CVI7.1．LabWindows/CVI是一個(gè)提高開(kāi)發(fā)效率的測(cè)試測(cè)量ANSIC開(kāi)發(fā)環(huán)境。
　　Lab WindowsCVI7.1具有功能強(qiáng)大的調(diào)試工具、DAQ助手、儀器I/O助手、簡(jiǎn)化多線程的內(nèi)置庫(kù)、命令行編譯器等，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程。
　　
　　硬件設(shè)計(jì)
　　
　　測(cè)試需求
　　故障綜合檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)裝備時(shí)所需的激勵(lì)信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)類別和檢測(cè)信號(hào)特征如表1所示。根據(jù)信號(hào)類別及特征確定哪些信號(hào)需適配器轉(zhuǎn)換后再送到PXI測(cè)試資源，哪些信號(hào)經(jīng)適配器就直接進(jìn)入PXI測(cè)試資源，以及進(jìn)入PXI測(cè)試資源的哪一種功能測(cè)試模塊，確保進(jìn)入PXI測(cè)試資源的信號(hào)不超過(guò)功能模塊的測(cè)量范圍。
　　
　　
　　資源配置需求
　　根據(jù)測(cè)試需求分析的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，信號(hào)適配器對(duì)故障綜合檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試儀器資源配置需求如表2所示。測(cè)試系統(tǒng)利用多路開(kāi)關(guān)擴(kuò)展功能模塊來(lái)滿足測(cè)試的需求，分時(shí)復(fù)用。而不是選購(gòu)多塊同一種功能模塊，這樣有利于降低PXI測(cè)試資源的硬件成本。
　　
　　
　　信號(hào)適配器設(shè)計(jì)
　　為了使裝備的信號(hào)與檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)接口匹配，連接裝備與測(cè)試板卡之間設(shè)計(jì)了一個(gè)信號(hào)適配器，其測(cè)試連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。板卡能直接測(cè)量的信號(hào)就直接引入板卡，不經(jīng)任何轉(zhuǎn)換電路，提高故障綜合檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性，需轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入板卡的信號(hào)，其轉(zhuǎn)換電路盡量選用無(wú)源器件，因?yàn)橛性雌骷墉h(huán)境參數(shù)的影響大，會(huì)增加測(cè)試結(jié)果的不確定性。硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)各模塊相互獨(dú)立地工作，互不影響，互不干擾，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　信號(hào)適配器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由連接器接口、被測(cè)裝備接口、信號(hào)調(diào)理單元、激勵(lì)單元和負(fù)載單元組成。主要完成檢測(cè)平臺(tái)到被測(cè)裝備的信號(hào)連接和調(diào)理功能，包括資源分配、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)激勵(lì)、模擬負(fù)載等。其中，測(cè)試接口占用測(cè)試資源的16個(gè)萬(wàn)用表通道；激勵(lì)單元占用測(cè)試資源的16個(gè)隔離數(shù)字I/O通道；信號(hào)調(diào)理單元中有3塊適配卡，適配卡1和適配卡2為八通道電壓及10A以下電流激勵(lì)的信號(hào)調(diào)理單元，適配卡2具有3個(gè)大電流回路，用于系統(tǒng)電源、電瓶和50A以下大電流負(fù)載的激勵(lì)和信號(hào)調(diào)理，兩塊適配卡的結(jié)構(gòu)相同，可以直接互換。此外，設(shè)置一個(gè)專用萬(wàn)用表通道，對(duì)不具備快速接口的裝備部件電流、電壓信號(hào)，分別用電流鉗和外引萬(wàn)用表筆測(cè)量，也可擴(kuò)展到對(duì)壓力、溫度、流量等傳感器輸出的模擬信號(hào)檢測(cè)。
　　
　　
　　硬件的安全性、可靠性設(shè)計(jì)
　　為保護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)的安全性，在信號(hào)適配器上增加電纜識(shí)別信號(hào)，每次檢測(cè)時(shí)，由軟件自動(dòng)識(shí)別電纜連接正確與否及有無(wú)短路等，只有電纜連接信號(hào)被正確無(wú)誤地識(shí)別時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)才向裝備上電檢測(cè)。被檢測(cè)的裝備在運(yùn)行過(guò)程中需要模擬采樣信號(hào)時(shí)，由檢測(cè)系統(tǒng)的板卡隔離數(shù)字I/O PXI-6514輸出驅(qū)動(dòng)控制適配器的模擬電路，給裝備反饋模擬的采樣信號(hào)。隔離數(shù)字I/O實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的隔離，阻斷了信號(hào)的干擾，從而使得故障綜合檢測(cè)系統(tǒng)工作更安全、可靠。
　　
　　軟件設(shè)計(jì)
　　
　　軟件設(shè)計(jì)思路
　　軟件設(shè)計(jì)基于數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件設(shè)計(jì)方法，以往的軟件設(shè)計(jì)是由軟件編程人員按測(cè)試流程逐步編程實(shí)現(xiàn)。這種方法效率低，軟件的可靠性、可擴(kuò)充性差，當(dāng)測(cè)試任務(wù)改變時(shí)，與流程有關(guān)的軟件需要從頭做起。基于數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與主程序相結(jié)合的方法，先根據(jù)裝備寫(xiě)出工作流程圖，然后根據(jù)流程圖用填表方式建立測(cè)試項(xiàng)目庫(kù)、測(cè)試參數(shù)庫(kù)、驅(qū)動(dòng)通道庫(kù)、檢測(cè)通道庫(kù)，測(cè)試裝備的流程變化時(shí)，只需修改數(shù)據(jù)庫(kù)，主程序基本不變，從而方便快捷地完成測(cè)試系統(tǒng)軟件的組建工作。
　　在程序編寫(xiě)中，應(yīng)用多線程技術(shù)使程序同時(shí)做多件事情，使操作變得十分方便。在測(cè)試過(guò)程中，程序一邊采集數(shù)據(jù)，一邊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，軟件界面還要同步顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)及檢測(cè)時(shí)相對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫(huà)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，互不影響。將多個(gè)應(yīng)用程序共同使用的功能子程序獨(dú)立成所有應(yīng)用程序都可以共享的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，減少了主程序界面設(shè)計(jì)的工作量，不同的程序使用相同的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，只需在內(nèi)存動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)裝載一次，這樣就節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)存。功能子程序設(shè)計(jì)中利用了DAQ開(kāi)發(fā)助手，根據(jù)板卡的不同功能設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，自動(dòng)生成所需的功能子程序，大大減少了程序開(kāi)發(fā)的工作量。
主程序設(shè)計(jì)原理
　　系統(tǒng)軟件的測(cè)試流程圖如圖3所示，執(zhí)行檢測(cè)操作時(shí)，程序先按測(cè)試項(xiàng)目庫(kù)中檢測(cè)項(xiàng)目的先后順序確定檢測(cè)項(xiàng)目，通過(guò)關(guān)系連接到測(cè)試參數(shù)庫(kù)、驅(qū)動(dòng)通道庫(kù)、檢測(cè)通道庫(kù)，確定該項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、測(cè)試信號(hào)、技術(shù)指標(biāo)、使用的接口通道、操作要求提示等。當(dāng)每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的各種屬性在數(shù)據(jù)庫(kù)中確定后，測(cè)試時(shí)先給出驅(qū)動(dòng)激勵(lì)信號(hào)(測(cè)試需激勵(lì)時(shí))，再給出測(cè)試激勵(lì)信號(hào)，即可控制檢測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行測(cè)試操作，測(cè)試完成后分別復(fù)位測(cè)試激勵(lì)信號(hào)和激勵(lì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(測(cè)試需激勵(lì)時(shí))。然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果與數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)字段中的極限值比較，根據(jù)結(jié)果判斷當(dāng)前檢測(cè)的組件的質(zhì)量狀況，然后由數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)字段決定程序執(zhí)行的流程。
　　
　　
　　軟件的安全性、可靠性設(shè)計(jì)
　　檢測(cè)過(guò)程中若所檢測(cè)的組件有短路、過(guò)載等現(xiàn)象，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)。由于檢測(cè)系統(tǒng)使用多路開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通速度遠(yuǎn)低于軟件執(zhí)行速度，所以在開(kāi)關(guān)通道切換時(shí)容易發(fā)生開(kāi)關(guān)短路現(xiàn)象，可能造成強(qiáng)電信號(hào)與弱電信號(hào)混疊加到弱電信號(hào)處理模塊上而損壞模塊。因此我們是通過(guò)適當(dāng)?shù)能浖訒r(shí)來(lái)避免開(kāi)關(guān)短路，這樣對(duì)開(kāi)關(guān)速度不一致造成的信號(hào)通道間短路能起到保護(hù)作用。
　　
　　結(jié)束語(yǔ)
　　
　　檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)適配器采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和組合化設(shè)計(jì)，采用了總線結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和“底板+插板”的結(jié)構(gòu)形式，以增加適配器的可靠性和可維護(hù)性。
　　基于數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件設(shè)計(jì)方法對(duì)新開(kāi)發(fā)的裝備有較好的移植性，只需更換數(shù)據(jù)庫(kù)，主程序基本不變。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)程序的工作流程不對(duì)時(shí)，只需根據(jù)裝備的實(shí)際工作流程更改數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)即可重新調(diào)試，從而方便快捷地完成測(cè)試系統(tǒng)軟件的組建工作。