《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于LabVIEW的彈載計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)
2015年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
孫玉環(huán)1,,2,李永紅1,,2,岳鳳英3,,岳 妮4
1.中北大學(xué) 儀器與電子學(xué)院,,山西 太原030051; 2.山西科泰微技術(shù)有限公司,,山西 太原030051,; 3.中北大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院,山西 太原030051,; 4.內(nèi)蒙古蒙東能源鄂溫克電廠,,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾021000
摘要: 為了測(cè)試某彈載計(jì)算機(jī)的控制策略及工作時(shí)序的準(zhǔn)確性,設(shè)計(jì)了一套基于PXI總線和LabVIEW軟件的彈載計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng),。該系統(tǒng)能準(zhǔn)確地完成彈載計(jì)算機(jī)的各種功能測(cè)試,,同時(shí),利用LabVIEW豐富的信號(hào)處理模塊穩(wěn)定且高效地完成系統(tǒng)參數(shù)配置,、信號(hào)監(jiān)控,、數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存等功能,。實(shí)際應(yīng)用表明,,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、操作便捷,、擴(kuò)展性強(qiáng),,極大地提高了彈載計(jì)算機(jī)的研制效率。
中圖分類號(hào): TP273
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2015)06-0055-04
Missile-embedded computer test system based on LabVIEW
Sun Yuhuan1,,2,,Li Yonghong1,2,,Yue Fengying3,,Yue Ni4
1.School of Instrument and Electronics,North University of China,Taiyuan 030051,,China,; 2.Kotel Micro Technique Co.,Ltd.,,Taiyuan 030051,,China; 3.School of Computer Science and Control Engineering,,North University of China,,Taiyuan 030051,China,; 4.Inner Mongolian Evenki Dong Energy Power Plant,,Hulunbeir 021000,China
Abstract: In order to test the accuracy of control strategy and work timing for missile-embedded computer,an automation measurement system based on PXI bus and LabVIEW is designed, which has realized various functional tests. At the same time, the use of LabVIEW rich signal processing module stable and efficient completion of system parameters configuration, signal monitoring, data acquisition, data processing, data storage and other functions. The practical application shows that the system is stable, easy operation, scalability, greatly improve the research efficiency of missile-embedded computer.
Key words : missile-embedded computer,;control strategy,;work timing;automation,;LabVIEW

    

0 引言

    導(dǎo)彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中扮演著非常重要的角色,,導(dǎo)彈發(fā)射的最終目的是精準(zhǔn)打擊目標(biāo),完成最后一擊,。而彈載計(jì)算機(jī)是導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)的核心,,是實(shí)施導(dǎo)彈發(fā)射和飛行控制的“指揮中樞”,,其主要任務(wù)是控制導(dǎo)彈按預(yù)定彈道穩(wěn)定地飛行,,使彈頭準(zhǔn)確命中目標(biāo)[1],因此彈載計(jì)算機(jī)性能的好壞直接關(guān)系到精確制導(dǎo)的精度和殺傷目標(biāo)的概率[2],。導(dǎo)彈在后期維護(hù)階段,,要經(jīng)過(guò)大量的檢測(cè)和多次試運(yùn)行,,才能保證性能的優(yōu)良,原定性能參數(shù)一旦偏離允許值,,導(dǎo)彈將不能擊中目標(biāo)[3],。為了提高導(dǎo)彈的可靠性,需要導(dǎo)彈出廠前完成彈載計(jì)算機(jī)各輸出信號(hào)的測(cè)試,,檢測(cè)彈載計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)是否能達(dá)到要求,,為導(dǎo)彈的成功發(fā)射奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    彈載計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)主要用于彈載計(jì)算機(jī)的各種功能測(cè)試,,在研制階段為彈載計(jì)算機(jī)提供測(cè)試及評(píng)估環(huán)境,,能極大地提高其研制效率。實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)模擬彈載計(jì)算機(jī)的各種信號(hào)輸入,,對(duì)輸出的點(diǎn)火信號(hào)進(jìn)行判斷,,從而驗(yàn)證控制策略工作時(shí)序的準(zhǔn)確性。

    測(cè)試系統(tǒng)由機(jī)箱,、顯示器,、控制器、可編程電源板卡,、數(shù)據(jù)采集及輸出板卡,、模擬負(fù)載及信號(hào)調(diào)理板、數(shù)字接口板卡組成,。系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)思路,,將各種功能的PXI板卡集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PXI機(jī)箱中,其中可編程電源板卡,、數(shù)據(jù)采集及輸出板卡通過(guò)PXI總線與控制器通信,,自定制的數(shù)字接口板卡通過(guò)RS422總線與控制器通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。

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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示,。該系統(tǒng)包括可編程電源板卡、調(diào)理板卡,、數(shù)采板卡,、電阻板、數(shù)字接口板卡,、彈載計(jì)算機(jī),。其中選用NI公司的PXI 4130數(shù)據(jù)輸入及輸出板卡、NI公司的PXI 6229可控電源板卡,、Pickering公司的40-292-011和40-295-121兩個(gè)可控電阻板卡以及自研制的調(diào)理板卡和數(shù)字接口板卡,。

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    可控電源板卡為彈載計(jì)算機(jī)提供電源;可控電阻板卡為計(jì)算機(jī)輸出電源及點(diǎn)火信號(hào)提供模擬負(fù)載,,調(diào)理板卡并對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,;數(shù)據(jù)采集及輸出板卡采集計(jì)算機(jī)輸出的各種信號(hào),,并向彈載計(jì)算機(jī)輸出所需模擬信號(hào)。

    由于彈載計(jì)算機(jī)要與裝訂存儲(chǔ)器,、同步,、導(dǎo)引頭等多個(gè)串口進(jìn)行通信,且不同串口發(fā)送數(shù)據(jù)之間要有精確的同步要求,,考慮系統(tǒng)可擴(kuò)展性,,設(shè)計(jì)的數(shù)字接口板卡如圖3所示。

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    系統(tǒng)核心芯片為FPGA芯片,,利用FPGA上豐富的資源,,設(shè)計(jì)多個(gè)串口,其中串口1~6通過(guò)數(shù)字隔離器,、多協(xié)議收發(fā)器后,,與外設(shè)通信,兼容TTL/232/422/485等多種物理接口,,接口模式的選擇通過(guò)FPGA及開關(guān)陣列進(jìn)行設(shè)置,;串口數(shù)據(jù)之間的精確同步定時(shí)由外部觸發(fā)/同步信號(hào)輸入FPGA,利用FPGA內(nèi)部的計(jì)數(shù)器進(jìn)行精確定時(shí),;串口7為RS422接口,,是數(shù)字接口板與主控制器通信的接口,F(xiàn)PGA將各個(gè)串口收到的數(shù)據(jù),、時(shí)間等發(fā)送給主控制器,,主控制器則將模式設(shè)置等信息通過(guò)此接口下發(fā)給FPGA。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    測(cè)試系統(tǒng)軟件程序架構(gòu)是使用LabVIEW的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型,,并加以擴(kuò)充形成了多級(jí)生產(chǎn)者-消費(fèi)者結(jié)構(gòu),,通過(guò)LabVIEW的自動(dòng)多線程技術(shù),即有多個(gè)線程在同時(shí)進(jìn)行處理,,線程之間的運(yùn)行相互獨(dú)立,,但是線程之間的控制又相互關(guān)聯(lián),從而穩(wěn)定且高效地完成數(shù)據(jù)的采集,、處理,、保存等功能,程序總體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,。

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3.1 系統(tǒng)初始化

    在彈載計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件打開時(shí),,對(duì)各硬件板卡和軟件配置進(jìn)行初始化,并檢測(cè)各硬件模塊是否可以正常工作,。

    系統(tǒng)初始化功能是在啟動(dòng)界面進(jìn)行的,。啟動(dòng)界面采用打開VI引用的方式動(dòng)態(tài)調(diào)用主程序,一個(gè)for循環(huán)生成進(jìn)度條及簡(jiǎn)介,,通過(guò)自動(dòng)執(zhí)行的幾個(gè)事件完成對(duì)系統(tǒng)所有硬件板卡的初始化設(shè)置,,然后顯示主程序前面板,關(guān)閉啟動(dòng)界面VI,。

3.2 參數(shù)配置

    配置模塊主要用于完成系統(tǒng)各板卡的參數(shù)配置,、引信裝訂配置、信號(hào)采集配置等測(cè)試過(guò)程中所需信息的配置,,其各配置模塊功能如下:通過(guò)對(duì)電源板卡的配置模擬了熱電池的輸出,,從而為彈載計(jì)算機(jī)供電;對(duì)電阻板卡的配置為導(dǎo)引頭和同步信號(hào)提供了模擬負(fù)載,;通過(guò)對(duì)外設(shè)接口的配置模擬了計(jì)算機(jī)周邊各個(gè)模塊,,與計(jì)算機(jī)完成了引信、導(dǎo)引頭,、重力傳感器等信號(hào)的串口通信,;對(duì)采集板卡的配置完成了對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的各種信號(hào)的采集,并向彈載計(jì)算機(jī)輸出所需的轉(zhuǎn)速和溫度信號(hào),;在彈載計(jì)算機(jī)配置模塊上提供了在對(duì)應(yīng)引信和控制策率下需要測(cè)試的各信號(hào)對(duì)應(yīng)的起始條件,、時(shí)間判據(jù)、增益等理論值,,用于與最終的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,;當(dāng)所有信息設(shè)置完成后可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)保存成報(bào)表。此外,,系統(tǒng)為了便于之后的配置操作,,也可以將各個(gè)模塊的配置信息以文件的形式保存起來(lái)。

    參數(shù)配置程序主要通過(guò)一個(gè)生產(chǎn)者-消費(fèi)者結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)配置功能,,用戶的具體配置操作運(yùn)行于消費(fèi)者模塊中,,然后由生產(chǎn)者發(fā)起,通過(guò)隊(duì)列傳輸?shù)较M(fèi)者中進(jìn)行處理,。

3.3 產(chǎn)品測(cè)試

    測(cè)試流程是系統(tǒng)的核心部分,,主要用于對(duì)彈載計(jì)算機(jī)各個(gè)工作過(guò)程的測(cè)試,對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理運(yùn)算,,將運(yùn)算的理論值與對(duì)彈載計(jì)算機(jī)實(shí)際測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,,從而判斷彈載計(jì)算機(jī)工作的準(zhǔn)確性。

    在測(cè)試窗口上方提供了產(chǎn)品編號(hào),、自動(dòng)裝訂,、循環(huán)測(cè)試等控件,目的是為了在測(cè)試過(guò)程中更加方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)試,。當(dāng)需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)測(cè)試時(shí),,可以首先選定產(chǎn)品編號(hào),然后設(shè)置自動(dòng)裝訂,,選擇循環(huán)測(cè)試和設(shè)置測(cè)試次數(shù),,這樣系統(tǒng)便可以自動(dòng)地完成對(duì)一種測(cè)試產(chǎn)品的多種裝訂信息依次進(jìn)行多次測(cè)量,,從而達(dá)到高效、準(zhǔn)確的測(cè)試目的,。在測(cè)試界面的下方提供了策率,、裝訂信息、測(cè)試次數(shù),、錯(cuò)誤次數(shù)等顯示控件,,用于顯示在測(cè)試過(guò)程中對(duì)應(yīng)的測(cè)試信息。

    自動(dòng)循環(huán)測(cè)試啟動(dòng)測(cè)試流程后程序便進(jìn)入兩個(gè)線程的測(cè)試與數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)中,,測(cè)試線程中包括彈載計(jì)算機(jī)整個(gè)工作流程中的所有測(cè)試狀態(tài),,程序自動(dòng)地對(duì)所有信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。數(shù)據(jù)處理線程用于對(duì)采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理,,然后將結(jié)果顯示在主界面上,。當(dāng)彈載計(jì)算機(jī)工作完成后測(cè)試也對(duì)應(yīng)停止。

3.4 信號(hào)監(jiān)控

    信號(hào)監(jiān)控主要用于對(duì)彈載計(jì)算機(jī)整個(gè)工作流程中的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將其顯示在界面上,,從而保證用戶可以對(duì)彈載計(jì)算機(jī)整個(gè)工作過(guò)程的監(jiān)控,。此外,和測(cè)試流程一樣,,信號(hào)監(jiān)控界面也提供了對(duì)產(chǎn)品編號(hào),、自動(dòng)裝訂、循環(huán)測(cè)試和測(cè)試次數(shù)功能的設(shè)定,。

    信號(hào)監(jiān)控程序主要以循環(huán)結(jié)構(gòu)為主,,通過(guò)自動(dòng)循環(huán)來(lái)達(dá)到對(duì)彈載計(jì)算機(jī)整個(gè)工作過(guò)程中各個(gè)信號(hào)采集和顯示的目的。

3.5 測(cè)試查詢

    在查看界面上提供了時(shí)間條件,、型號(hào)條件,、控制策率、測(cè)試結(jié)果等查詢條件,,可以根據(jù)需要設(shè)定查詢條件來(lái)查看測(cè)試信息,。在查詢主界面上提供的是針對(duì)某項(xiàng)產(chǎn)品的各個(gè)裝訂信息的目錄,當(dāng)需要查詢某一測(cè)試條件下的測(cè)試結(jié)果時(shí)單擊右鍵,,會(huì)提供信號(hào)采集回放,、詳細(xì)測(cè)試結(jié)果和清除選中測(cè)試信息3個(gè)選項(xiàng)。信號(hào)采集回放界面用于將各測(cè)試結(jié)果以圖形的形式顯示出來(lái),;詳細(xì)測(cè)試結(jié)果界面用于將各測(cè)試結(jié)果以列表的形式顯示出來(lái),,此種方法會(huì)將各測(cè)試結(jié)果的各項(xiàng)信息(包括理論時(shí)間、實(shí)測(cè)時(shí)間,、時(shí)間判據(jù),、測(cè)試結(jié)果等多項(xiàng)信息)顯示出來(lái)。

    當(dāng)需要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存時(shí),點(diǎn)擊保存按鈕,,數(shù)據(jù)會(huì)分類依次進(jìn)入隊(duì)列,,由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊接收,并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本系統(tǒng)規(guī)定的格式中便于以后的查詢,。

4 測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證

    為了驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的可靠性,,將測(cè)試系統(tǒng)與彈載計(jì)算機(jī)相連,運(yùn)行整個(gè)測(cè)試系統(tǒng),,其運(yùn)行界面如圖5所示。試驗(yàn)證明,,通過(guò)查看整個(gè)運(yùn)行界面,,可以方便地看出彈載計(jì)算機(jī)的內(nèi)部彈道計(jì)算程序是否準(zhǔn)確,例如修正參數(shù)的背景色是紅色,,表示解算不對(duì),,從而防止了導(dǎo)彈在發(fā)射時(shí)出現(xiàn)故障,同時(shí),,不再需要太多的人力對(duì)理論點(diǎn)火信號(hào)與實(shí)測(cè)點(diǎn)火信號(hào)的計(jì)算,、對(duì)比,進(jìn)而判斷彈載計(jì)算機(jī)的測(cè)試策略和工作時(shí)序的準(zhǔn)確性,。該系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的目的,,具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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5 結(jié)束語(yǔ)

    基于LabVIEW的彈載計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)是為提高彈載計(jì)算機(jī)的研制效率,、測(cè)試策略和工作時(shí)序的準(zhǔn)確性而設(shè)計(jì)的,。它集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、信號(hào)分析處理,、信號(hào)監(jiān)測(cè),、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢等功能于一體,測(cè)試記錄反應(yīng)了整個(gè)彈載計(jì)算機(jī)真實(shí)的工作狀態(tài),,同時(shí),,解決了驗(yàn)證其測(cè)試策略和工作時(shí)序困難的問(wèn)題,提供了幫助模塊,,方便用戶學(xué)習(xí)參考,。實(shí)踐證明,該測(cè)試系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠,,操作界面方便,,彈載計(jì)算機(jī)參數(shù)測(cè)試全面,錯(cuò)誤診斷準(zhǔn)確率高,,顯著提高了其測(cè)試效率和研制效率,,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。另外,此測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)中取得的經(jīng)驗(yàn),,可以在其他類型的測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用推廣[4],。 

參考文獻(xiàn)

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