系統(tǒng)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(guī)信號源(SOURCE)和信號測量模塊(SENSOR),,通過 GPIB和RS232總線擴展專用和自研設備。系統(tǒng)硬件原理圖見圖1,。
系統(tǒng)硬件原理
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,;為了進一步提高系統(tǒng)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(tǒng)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個串口,。
1. 信號采集
6 1/2數(shù)字萬用表PXI-4070 和5 1/2數(shù)字萬用表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,,可以滿足常用的連續(xù)波和單點電壓信號的采集,PXI-6070E在進行數(shù)據(jù)采集時,,前端連接了兩塊SCXI-1125,,用于信號的調(diào)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(shù)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,,可以滿足常用的連續(xù)波和單點電壓信號的輸出,;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(shù)據(jù)測試系統(tǒng),、模擬器等,。
3. 信號路由
由于大部分機載電子設備的信號數(shù)量很多,不可能將所有信號同時直接連接到資源上,,必須經(jīng)過繼電器矩陣進行切換,,繼電器必須具有足夠快的響應時間,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、斷開過程中,為了實現(xiàn)最優(yōu)路徑的自動選擇和安全保護(避免源于源相連),,我們重新編寫了繼電器矩陣驅(qū)動,,在實際使用中取得了滿意的結(jié)果。
4. 資源接口和適配器
資源接口是所有資源接口的集合,,每個部件根據(jù)需要通過適配器連接部分資源,。一個或多個UUT共用一個適配器,因此測試系統(tǒng)根據(jù)UUT的信號情況,,可以配置一個或多個適配器,。
系統(tǒng)軟件設計:
CVI是在標準C語言(ansi C)的基礎(chǔ)上增加了儀器控制和工具函數(shù)庫的虛擬儀器開發(fā)軟件,提供了很多實用的例程,,具有友好的圖形用戶界面,,并且C語言是大家都比較熟悉和易于使用的開發(fā)環(huán)境,因此選用CVI可以加快測試程序(TP)的開發(fā),。系統(tǒng)軟件原理見圖2,。
系統(tǒng)軟件原理
為了方便和規(guī)范TP的編寫,TP開發(fā)管理軟件根據(jù)輸入的測試信息自動生成測試程序代碼框架和儀器操作代碼,,測試程序編寫完成后編譯生成動態(tài)庫,由測試程序執(zhí)行管理軟件調(diào)用和管理測試程序,。
測試程序開發(fā)過程中,,儀器操作和虛擬儀器界面的開發(fā)是兩個重點。
1. IVI儀器驅(qū)動的開發(fā)和使用
磁傳感的虛擬儀器界面
圖3 磁傳感的虛擬儀器界面
儀器驅(qū)動的用途是對儀器進行程控,,簡化測試程序開發(fā)人員對儀器的操作,。傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動與儀器耦合太緊密,儀器發(fā)生變化,,驅(qū)動也要重新編寫,,進而使用此驅(qū)動的測試程序也要重新編寫和編譯。VXI PnP儀器驅(qū)動使用虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VISA),,實現(xiàn)了同一儀器在不同總線間的互換,,IVI(可互換虛擬儀器)驅(qū)動采用了類驅(qū)動的概念,實現(xiàn)了同一類儀器之間的互換,,同時增加了儀器仿真和狀態(tài)緩存的特性,,提高了TP開發(fā)調(diào)試的效率,CVI提供了方便的IVI驅(qū)動開發(fā)工具,,因此開發(fā)測試程序過程中選用 IVI驅(qū)動來控制儀器,。
由于目前IVI驅(qū)動標準只發(fā)布了8大類儀器的類驅(qū)動,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(qū)動的機制,,開發(fā)了自定義IVI驅(qū)動。利用IVI驅(qū)動,我們成功實現(xiàn)了NI公司的PXI-4070卡式萬用表與Agilent公司的HP34401 GPIB臺式萬用表之間的互換,,實現(xiàn)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(qū)動采用邏輯名和XML配置文件機制,在硬件資源描述發(fā)生變化時,,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(qū)動,,就必須更改所有用到函數(shù)發(fā)生器的測試程序,將很大程度上延誤工程進展,。
此外,,利用IVI驅(qū)動的仿真功能,使得測試程序開發(fā)人員可在自己沒有安裝任何硬件的計算機上進行仿真調(diào)試,,提高了平臺的使用效率和測試程序開發(fā)效率,。
2. 虛擬儀器界面的開發(fā)
虛擬儀器界面提供人機接口,可以讓操作員根據(jù)需要施加信號,,實時監(jiān)測信號,。CVI提供了開發(fā)虛擬儀器界面的用戶接口資源文件(*.uir)和各種控制和顯示控件,用于模擬實際儀器界面,。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發(fā)軟件。圖3是其中一個TPS的虛擬儀器界面,。
此例中,,打開激勵開關(guān)時,PXI-6733連續(xù)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),,顯示在同一個波形顯示控件中,利用算法計算出角度,,顯示在表盤控件中,。由于增加了信號調(diào)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(gòu)建了多套通用,、開放的航空機載電子設備自動測試系統(tǒng)。利用這些系統(tǒng)成功開發(fā)了多機型,、總數(shù)量達三百多種的TPS,,通過這些TPS,用戶實現(xiàn)了UUT快速定檢,、維修,,相對于用傳統(tǒng)儀器搭建測試臺的方式,自動測試系統(tǒng)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,。自動測試TP運行示例見圖4。
動測試TP運行示例
圖4 自動測試IP運行示例
小結(jié):
憑借PXI模塊和虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢,,以及多總線設備互補的功能,,實現(xiàn)了利用有限的資源,測試上百種部件,,同時使系統(tǒng)的體積變小,,測試速度加快,易于擴展,,同類儀器可以互換,。
虛擬儀器技術(shù)是一種觀念和技術(shù)上的創(chuàng)新,在自動領(lǐng)域中的應用將會越來越廣泛,。