VXI虛擬儀器自動測試系統(tǒng)

方案綜述:


前言


    海軍艦艇上裝備的通信聲納，模塊化電路板數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元器件多，使用中故障率相對較高。目前，其故障診斷一般采用人工方法在樣機上直接測試將故障定位到電路板級，操作復(fù)雜，所需時間長，而且由于經(jīng)費所限，不可能將每塊有故障的電路板都按報廢處理。因此，將電路板的故障定位到功能器件級是部隊裝備維修管理的重點工作。VXI總線技術(shù)被稱為面向21世紀(jì)的測量技術(shù)，它成功地實現(xiàn)了虛擬儀器的構(gòu)想，達到了自動數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)開放式結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。因此，我們采用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)了通信聲納通用電路板VXI測試診斷系統(tǒng)，以縮短測試診斷時間，提高測試診斷效率，減少裝備維修費用。


硬件系統(tǒng)設(shè)計


    1．硬件系統(tǒng)方案選擇

    一方面，GPIB技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展比較成熟，其優(yōu)越性是通用性、易擴展性；另一方面，目前國內(nèi)外已流行更加先進的VXI“即插即用”總線系統(tǒng)，其突出優(yōu)點是傳輸速率高，即插即用，方便靈活。因此，在系統(tǒng)的硬件設(shè)計時，我們綜合利用兩種總線系統(tǒng)的優(yōu)勢，按照以VXI卡式儀器為主，GPIB程控分立儀器為輔的原則，以全面提高系統(tǒng)的通用性、自動化程度為指導(dǎo)思想，設(shè)汁系統(tǒng)硬件的組成結(jié)構(gòu)。目前，系統(tǒng)硬件主體框架選用Tektronix公司的C尺寸VXI主機箱，內(nèi)置0槽控制計算機作為系統(tǒng)的控制器。VXI機箱中插入五個VXI即插即用卡式模塊：TektronixTVS641四通道示波器、RACMJ151任意波形產(chǎn)生器、TektonixVX4820數(shù)字測試模塊、TektronixVX4380矩陣開關(guān)、TektronixVX4101多用表模塊。GPB程控分立儀器ELGARAT8000A程控直流電源通過GPIB總線與O槽控制器中的GPIB接口卡相連，實現(xiàn)與系統(tǒng)的通信。另外，我們自行開發(fā)了通用標(biāo)準(zhǔn)接口和利用每塊被測電路板的適配器，用于被測對象與測試系統(tǒng)的聯(lián)接。


    2．通用標(biāo)準(zhǔn)接口和接口適配器的設(shè)計

    通用標(biāo)準(zhǔn)接口是各測試功能模塊與接口適配器之間的連接器，它們共同構(gòu)成測試模塊與電路板之間的橋梁。通用標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)下列功能：1.連接器功能；2.部分信號產(chǎn)生功能；3.簡單的控制功能；4.聲光指示功能。
    接口適配器完成標(biāo)準(zhǔn)接口與待測試板之間的連接，通過它把待測試板需要的激勵信號從標(biāo)準(zhǔn)接口加到待試板，也把待測試板的響應(yīng)信號回饋到標(biāo)準(zhǔn)接口。接口適配板不能互換，每一種電路板都有自己專用的適配。


軟件系統(tǒng)設(shè)計


    軟件是虛擬儀器測試診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵。美國NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺Labwindows/CVI，是一個基于ANSI C的、交互式C語言集成開發(fā)平臺，這對具有C語言編程經(jīng)驗的用戶來說，使用起來更為方便。因此，我們選擇CVI作為軟件平臺，以簡化程序開發(fā)，提高編程速度。

    在軟件系統(tǒng)的設(shè)計中，考慮到面向部隊方便使用的總體原則，創(chuàng)建了全中文操作界面，菜單及所有的面板均采用中文顯示方式，并給出各項操作的中文幫助和提示。測試人員只需利用計算機的鍵盤和鼠標(biāo)，通過操作直觀易懂的中文界面虛擬面板，就可完成復(fù)雜的測試診斷任務(wù)；另外，充分發(fā)揮計算機的優(yōu)勢，分析、保存原始數(shù)據(jù)資料，為日后的裝備檢修提供第一手資料。


    1.軟件系統(tǒng)構(gòu)成

    軟件系統(tǒng)包含以下幾部分內(nèi)容：系統(tǒng)測試管理軟件；系統(tǒng)自檢、校驗軟件；被測電路板測試診斷數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)測試診斷數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)測試診斷程序集；被測電路板測試診斷報告。

    系統(tǒng)測試管理軟件提供一個友好的中文操作界面，用于管理整個測試系統(tǒng)執(zhí)行測試診斷任務(wù)。

    系統(tǒng)自檢、校驗軟件用于對整個測試診斷系統(tǒng)進行自檢和校驗。

    被測件測試診斷數(shù)據(jù)庫為輸入模塊，用于輸入被測件的物理信息（作為測試診斷的標(biāo)準(zhǔn)值）、測試診斷要求規(guī)范、被測電路板的電路圖等有關(guān)測試診斷信息，以便對不同的被測電路板自動選擇正確的測試診斷方案。

    系統(tǒng)測試診斷數(shù)據(jù)庫包括電源與信號源信息庫、測試設(shè)備設(shè)置信息庫、性能測試數(shù)據(jù)庫、參數(shù)超差降格數(shù)據(jù)庫、自動診斷數(shù)據(jù)庫、專家輔助診斷數(shù)據(jù)庫等。

    系統(tǒng)測試診斷程序集提供被測件的測試和診斷流程，根據(jù)測試診斷數(shù)據(jù)庫中被測電路板的有關(guān)信息，控制相應(yīng)的激勵源和測試設(shè)備，完成對被測電路板的測試診斷和結(jié)果顯示。

    被測電路板測試診斷報告根據(jù)測試診斷程序執(zhí)行的結(jié)果，輸出被測電路板的有關(guān)測試診斷結(jié)果信息。


    2.軟件系統(tǒng)功能

    系統(tǒng)軟件設(shè)計有性能測試、故障診斷、輔助診斷、信息顯示等主要功能。

    性能測試按照數(shù)據(jù)庫已建立的信息對被測件的標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)進行自動測量、數(shù)據(jù)運算，并與允許范圍比較，對性能指標(biāo)合格與否作出判斷。

    故障診斷功能執(zhí)行測試診斷程序集中的相應(yīng)測試診斷程序，采集故障數(shù)據(jù)，根據(jù)故障診斷數(shù)據(jù)中的診斷信息，對被測電路板實施故障自動查找，判斷出故障區(qū)域。

    專家輔助診斷功能主要針對部分單體被測件，借助人工輔助探頭，利用專家診斷知識庫，采用人機對話方式，對被測電路板故障更精確定位。

    信息顯示功能提供被測件的電原理圖、印制板圖等。利用提供的信息顯示功能，在相應(yīng)的圖冊上指導(dǎo)用戶測試診斷的過程，測試的部位，故障元件的部位、名稱、幫助用戶快速查找修復(fù)故障。


    3.軟件開發(fā)中的有關(guān)問題

    （1）測試結(jié)果的表示

    根據(jù)以往裝備使用經(jīng)驗和電子測試的相關(guān)理論，即使被測電路的性能指標(biāo)測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)不相符，也可能并不存在故障，而且在對裝備性能要求不是很高或者是戰(zhàn)時、訓(xùn)練時間緊迫的情況下，該裝備仍可使用，即“降格使用”。我們開發(fā)的該測試系統(tǒng)同時面向部隊和維修單位，既要滿足平時維修使用中測試準(zhǔn)確度高的要求，又要滿足戰(zhàn)時、訓(xùn)時測試時間短、效率高的要求。為此，將測試結(jié)果設(shè)計為三檔，即合格、降格、不合格，分別用綠色、黃色、紅色指示燈表示。故障診斷和輔助診斷中的測試結(jié)果表示都進行了同樣的設(shè)計。


    （2）測試安全性方案

    在測試診斷過程中，需要考慮有關(guān)安全性和方便易用性的要求。為了不影響整個測試診斷程序的完整運行，考慮將下面的問題設(shè)計為由時間控件控制的中斷事件：

    a.當(dāng)用戶選定了被測電路板，需要選用正確的與之配套的適配器。雖然已在各適配器上標(biāo)明其對應(yīng)的電路板，但考慮到有的用戶仍會因各種原因插錯適配器，從而可能毀壞被測電路板和測試模塊，所以在軟件設(shè)計時再次考慮這個問題，將它設(shè)計為一個中斷來處理。軟件方面將標(biāo)準(zhǔn)通用接口上用于插接適配器的插座上留出n位，用作適配器的判別編碼。軟件方面，預(yù)先在測試系統(tǒng)中存儲每塊適配器的編碼，同時創(chuàng)建一個時間控件，查詢是否滿足其所控事件發(fā)生的條件。當(dāng)用戶按照操作提示插人適配器后，標(biāo)準(zhǔn)通用接口將相應(yīng)的編碼送人I/O模塊，測試系統(tǒng)采集到編碼并與預(yù)先存儲的編碼相比較。時間控件不停查詢的條件就是“所采集的編碼與預(yù)存的編碼不一致”。當(dāng)查詢到該條件時，啟動時間控件所控制的事件——給出操作錯誤提示“對不起，您插錯了適配器!”，提示用戶重新插入正確的適配器，同時采取相應(yīng)的措施保護被測電路板和測試模塊。

    b.用戶在測試過程中可能會因各種原因隨時從標(biāo)準(zhǔn)通用接口上插人或拔下被測電路板（比方說，用戶可能拔下電路板以確認(rèn)某個器件的標(biāo)值），這種動作很可能會損壞被測電路板和測試模塊，所以程序設(shè)計必須做到：在被測電路板被拔下前要斷開電源和信號，在被測電路板被插入后再加上電源和信號。為此，硬件設(shè)計時在標(biāo)準(zhǔn)通用接口上留有信息編碼位，對被測電路板的插入和拔出給出不同的信息編碼。在測試軟件中，通過一介時間控件來控制對被測電路板上信號和電源的通斷。具體實現(xiàn)方法與上述（1）類似。


    （3）虛擬功能模塊的開發(fā)方法
    對于提供了儀器驅(qū)動程序的模塊，其虛擬儀器模塊的開發(fā)可直接應(yīng)用它的驅(qū)動程序中的相關(guān)函數(shù)，進行一定的邏輯組合，實現(xiàn)特定的功能。比如說，TVS641四通道示波器可用于進行波形測試、電壓測試、頻率測試，這些功能都可以做成相應(yīng)的虛擬功能模塊。

    對于沒有提供儀器驅(qū)動程序的模塊，可以有兩種處理方法，一種是自行開發(fā)其儀器驅(qū)動程序，但開發(fā)時間較長。因此，在時間緊、任務(wù)重的情況下，可采用另一種方法——用VISA語言使測試模塊執(zhí)行它的底層儀器命令，并將這些命令進行邏輯組合，用以實現(xiàn)測試模塊的待定功能。系統(tǒng)中所用的GPIB分立儀器AT8000直流程控電源，其虛擬儀器模塊即用此方法開發(fā)。這種方法的優(yōu)點是直觀、快速，但也使應(yīng)用程序顯得復(fù)雜、繁瑣，適合于測試中只用到儀器模塊部分功能的情況。


結(jié)束語


    適應(yīng)軍用ATE的發(fā)展趨勢，本文提出了一種采用虛擬儀器技術(shù)、以LabWindows/CVI為軟件開發(fā)平臺、用VXI模塊和GPIB儀器共同組成的艦載聲納用電路板測試診斷系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)方案，在此基礎(chǔ)上，可進一步開發(fā)通用電路板VXI測試診斷系統(tǒng)，向軍用ATE標(biāo)準(zhǔn)化方向努力。