肖炎榮 謝來(lái)陽(yáng)
【摘要】 隨著航空技術(shù)的發(fā)展,通信導(dǎo)航設(shè)備的檢測(cè)工作也越來(lái)越復(fù)雜。自動(dòng)測(cè)試技術(shù)是當(dāng)今通信導(dǎo)航設(shè)備檢測(cè)、維修技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),因此通信導(dǎo)航設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)工作尤為重要。GPIB(General Purpose Interface Bus)即通用接口總線,以及PXI(PCI extensions for Instrumentation),為目前自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)常用的總線。以LabWindows/CVI 2010作為軟件開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。在該設(shè)備軟件開發(fā)過(guò)程中,為設(shè)備中的測(cè)量?jī)x器,編寫了配套的驅(qū)動(dòng)程序,從而為用戶屏蔽了復(fù)雜的底層硬件細(xì)節(jié)。
【關(guān)鍵詞】 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 通信導(dǎo)航設(shè)備 測(cè)試程序集 GPIB總線 PXI總線
一、概述
近年來(lái),航空技術(shù)發(fā)展迅猛,與之配套的通信導(dǎo)航設(shè)備也愈發(fā)復(fù)雜。因此,通信導(dǎo)航設(shè)備的檢測(cè)工作也越來(lái)越復(fù)雜、困難。而由于民航產(chǎn)業(yè)的特殊性,其飛行的安全性非常重要,故對(duì)其配套的通信導(dǎo)航設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性要求異常的高,從而對(duì)通信導(dǎo)航設(shè)備的檢測(cè)工作尤為重要。
傳統(tǒng)的手工測(cè)試效率低,且由于測(cè)試人員的個(gè)體差異,測(cè)試效果的準(zhǔn)確性并不穩(wěn)定。顯然傳統(tǒng)的手工測(cè)試工作已無(wú)法滿足要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展,以及設(shè)備檢測(cè)工作日益困難,自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)通信導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,可極大提高檢測(cè)工作的效率及可靠性。發(fā)展并完善通信導(dǎo)航設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是一項(xiàng)勢(shì)在必行的工作。
二、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備構(gòu)成
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)分為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)、測(cè)試程序集(TPS Test Program Set)兩部分,如圖1所示:
1、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE):
自動(dòng)測(cè)試設(shè)備由IPC(工控機(jī))、接口總線(如GPIB、PXI、VXI、RS232等)、各式測(cè)量、激勵(lì)儀器構(gòu)成。IPC根據(jù)測(cè)試程序通過(guò)接口總線向各儀器發(fā)送命令,控制儀器完成相應(yīng)的測(cè)量動(dòng)作,同時(shí)也從這些儀器中讀取數(shù)據(jù),并分析處理這些數(shù)據(jù),生成報(bào)告。
2、測(cè)試程序集(TPS):
測(cè)試程序集分為三部分,即測(cè)試程序(TP)、測(cè)試單元適配器(TUA)、測(cè)試程序集文檔。
測(cè)試程序是為被測(cè)單元開發(fā)的一組能由測(cè)試設(shè)備執(zhí)行的代碼序列,用來(lái)完成對(duì)被測(cè)單元進(jìn)行功能及各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試,并輸出測(cè)試結(jié)果。
接口適配器稱為測(cè)試單元適配器,是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分,主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通用測(cè)試接口向被測(cè)單元特定接口的轉(zhuǎn)換,即用與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器、被測(cè)單元之間的電氣和機(jī)械連接。
測(cè)試程序集文檔。測(cè)試程序集文檔的作用是提供自動(dòng)測(cè)試設(shè)備完成對(duì)被測(cè)單元自動(dòng)檢測(cè)的各類文字信息,例如測(cè)試指南、接口適配器文檔、測(cè)試程序說(shuō)明等內(nèi)容。
三、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)
3.1 GPIB總線簡(jiǎn)介
GPIB(General Purpose Interface Bus)總線是一種并行的與可程控測(cè)量?jī)x器件相連接的小型標(biāo)準(zhǔn)接口總線系統(tǒng)。GPIB的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議已納入國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) — IEEE488.1和IEEE488.2[1]。
GPIB器件與控制器的連接方式有三種:線型連接、星形連接以及混合型。
3.2 PXI總線簡(jiǎn)介
PXI(PCI extensions for Instrumentation)總線是PCI總線的相儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展,由NI于1997年發(fā)布,是一種開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。
PXI規(guī)范包括3個(gè)方面:機(jī)械性能、電氣性能、軟件性能[3]。
3.3 硬件平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)
自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件資源通過(guò)GPIB、PXI、SCXI與IPC(工控機(jī))進(jìn)行通信。
(1)以GPIB為接口總線的儀器通過(guò)GPIB卡與工控機(jī)進(jìn)行通信。(2)以PXI作為接口總線的儀器插在PXI機(jī)箱中,在機(jī)箱的主板中通過(guò)PXI總線與PXI機(jī)箱的0槽的控制器相連,PXI機(jī)箱的0槽的控制器通過(guò)MXI-4與工控機(jī)相連,從而實(shí)現(xiàn)通信。(3)SCXI機(jī)箱中的設(shè)備在SCXI機(jī)箱主板中通過(guò)SCXI總線與機(jī)箱的控制器通信,SCXI機(jī)箱的控制器與工控機(jī)通過(guò)USB總線通信,從而實(shí)現(xiàn)了通信。
硬件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示:
四、基于自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的例程
系統(tǒng)的軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)所用的開發(fā)工具是LabWindows/CVI 2010。
LabWindows/CVI是NI推出的一套面向測(cè)控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺(tái),其功能強(qiáng)大,可以容易地設(shè)計(jì)出符合實(shí)際要求的儀表操作界面,并對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)處理和運(yùn)算。它的集成化開發(fā)平臺(tái),交互式編程方法,豐富的控件和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能,為熟悉C語(yǔ)言的開發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng),自動(dòng)測(cè)量環(huán)境,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開發(fā)環(huán)境[5]。
本例程以ATE中的硬件資源——GNS743A作為被測(cè)單元。
GNS743A是導(dǎo)航衛(wèi)星模擬器,可產(chǎn)生GLONASS和GPS在L1子帶上的衛(wèi)星射頻信號(hào),用于對(duì)GLONASS和GPS接收機(jī)進(jìn)行工程測(cè)試。
GLONASS是俄羅斯開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),以前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系(PE-90)作為坐標(biāo)系,采用頻分多址技術(shù),衛(wèi)星靠頻率不同來(lái)區(qū)分,每組頻率的偽隨機(jī)碼相同。其L1自帶上的信號(hào)頻率分別是1602.0000+K*0.5625 MHZ(K=1 to 24)。
本例程的測(cè)試內(nèi)容是GNS743A所合成產(chǎn)生的GLONASS的信號(hào),如表1所示。
本例程是用HP8596E頻譜儀對(duì)GNS743A的部分頻率進(jìn)行測(cè)試,并將結(jié)果輸出至“*.ar”文件。
程序?qū)⑾葘?duì)相關(guān)硬件初始化,然后在使GNS743A輸出不同頻率的信號(hào)。HP8596E接收到信號(hào)后,由控制平臺(tái)對(duì)所接受的信號(hào)頻率與相應(yīng)的標(biāo)稱值進(jìn)行比較,若在容差范圍內(nèi),則判斷為正確,否則錯(cuò)誤。
五、結(jié)論
本論文根據(jù)通信導(dǎo)航設(shè)備的實(shí)際測(cè)試工作需求做了深入分析,并以此為出發(fā)點(diǎn),對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)劃。
硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)方面:總線選用GPIB、PXI作為系統(tǒng)的主要總線,輔以SCXI總線。硬件資源主要采用了安捷倫、R&S公司、惠普、艾法斯等公司所生產(chǎn)的測(cè)量?jī)x器,這些測(cè)量?jī)x器在工控機(jī)的帶動(dòng)下,可完成對(duì)通信導(dǎo)航設(shè)備的精確、可靠的測(cè)量。
軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)方面:以LabWindows/CVI作為開發(fā)工具,實(shí)行了模塊化設(shè)計(jì),是的軟件平臺(tái)的維護(hù)、升級(jí)變得更加方便。此外,系統(tǒng)也定義了平臺(tái)專用的編程指令,簡(jiǎn)化了TPS開發(fā)人員的編程工作。
成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)GNS743A輸出GLONASS不同頻率信號(hào)的測(cè)試。針對(duì)不同的通信導(dǎo)航設(shè)備,可設(shè)計(jì)出相應(yīng)的接口和測(cè)試子程序集,隨著未來(lái)測(cè)試儀器儀表的不斷完善,應(yīng)可逐漸達(dá)到實(shí)現(xiàn)本通信導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 楊樂平,李海濤,肖凱. 虛擬儀器技術(shù)概論[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2002:7
[2] 曹東,徐向民. 基于 GPIB 總線結(jié)構(gòu)的航空電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2010,(32):7951-7955
[3] PXI Hardware Specification Rev2121September22,20041http://pxisa1org/specifications
[4] National Instruments Corporation1The measurement and automation catalog 20071National IustrumentsCorporation12007
[5] 王建新,楊世鳳,隋美麗. LabWindows/CVI測(cè)試技術(shù)及工程應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:3