蔡海燕，臧春華，李政博

（電子信息工程學(xué)院 電路與系統(tǒng)，南京 210016）

0 引言

溫度修正部件是某飛行器慣性測(cè)量單元的配套電路，它的主要功能是測(cè)量陀螺和加速計(jì)實(shí)時(shí)的溫度，準(zhǔn)確的溫度及修正電路是慣性測(cè)量單元輸出高精度的前提。溫度修正部件測(cè)試系統(tǒng)用于檢查和測(cè)量溫度以及測(cè)試修正電路板的性能[1]。

1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

溫度修正部件測(cè)試系統(tǒng)主要有產(chǎn)品接口板、四路電源組件、時(shí)鐘信號(hào)卡、模擬數(shù)據(jù)采集卡、適配器、數(shù)字多用表高低溫箱等組成。其測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖中可以看到，測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)適配器對(duì)被測(cè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，四路電源組件產(chǎn)生四路直流電源、基準(zhǔn)頻率信號(hào)給測(cè)溫修正部件。

1.1 電源控制板

用于對(duì)被測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行完備的保護(hù)，在任一路電源出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流時(shí)立即切斷所有電源。需要自制硬件自動(dòng)保護(hù)控制電路，其響應(yīng)速度將達(dá)到毫秒級(jí)（取決于繼電器的響應(yīng)速度）。供電電源是否施加到測(cè)溫修正部件將受到兩個(gè)環(huán)節(jié)控制：一是來(lái)自工控機(jī)的軟開(kāi)關(guān)，通過(guò)軟件和多功能卡中的TTL輸出通道實(shí)現(xiàn)；二是電源本身是否過(guò)流、過(guò)壓。其中，過(guò)壓、過(guò)流狀態(tài)檢測(cè)的原理是，通過(guò)電壓互感器將各路電源電壓降低，同時(shí)通過(guò)霍爾電流傳感器將電流轉(zhuǎn)換為電壓，既可以通過(guò)多功能卡中的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，一旦出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流情況時(shí)，立即通過(guò)多功能卡中的TTL輸出通道切換供電回路；又可以通過(guò)電壓比較器設(shè)置門限并進(jìn)行判斷，一旦出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流情況時(shí)，直接切換供電回路[2]。電源控制板如圖2所示。

1.2 適配器

適配器對(duì)4個(gè)產(chǎn)品與測(cè)試設(shè)備之間進(jìn)行電源和信號(hào)的切換。信號(hào)包括參數(shù)讀寫(xiě)的數(shù)字信號(hào)（數(shù)據(jù)線、地址線、時(shí)鐘卡產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)、讀寫(xiě)、片選等控制線）。

電源切控主要由四刀雙擲繼電器組成，控制信號(hào)由多功能卡中的TTL輸出通道通過(guò)CPLD模塊編程進(jìn)行控制[3]。

數(shù)字信號(hào)的切換通過(guò)邏輯電路實(shí)現(xiàn)，采用可編程邏輯器件（CPLD），采用Altera公司的MAX7000S系列EPM2407256SQC-208 CPLD芯片，其設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

高速I/O卡輸出讀寫(xiě)時(shí)序的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，數(shù)字信號(hào)送到隔離芯片上，實(shí)現(xiàn)初級(jí)設(shè)備電源和次級(jí)產(chǎn)品電源的隔離，數(shù)字信號(hào)送至EPM2407256SQC-208 CPLD芯片，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的切換[4]。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)框圖Fig.1 Test system block diagram

圖2 電源控制板Fig.2 Power supply control panel

圖3 數(shù)字信號(hào)切換Fig.3 Digital signal switching

2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件是在XP操作系統(tǒng)下，使用labview編程，軟件設(shè)計(jì)采用自頂向下的方法，全部模塊化結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)和擴(kuò)展，程序使用標(biāo)準(zhǔn)ini文件，測(cè)試數(shù)據(jù)用excel表格的方式生成符合標(biāo)準(zhǔn)化要求的測(cè)試結(jié)果文件。軟件主要包括修正通道功能檢查模塊，常溫測(cè)試模塊，溫度循環(huán)模塊，和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)打印功能模塊等。

啟動(dòng)測(cè)試軟件后，首先用戶登錄界面，登錄成功后先對(duì)設(shè)備初始化和系統(tǒng)自檢。初始化結(jié)束且自檢合格后，程序進(jìn)入主界面測(cè)試，可以選擇不同子模塊進(jìn)入測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果。測(cè)試軟件總體流程如圖4所示。

圖4 軟件總體流程圖Fig.4 Software fl ow chart as a whole

圖5 寫(xiě)控制字至板卡程序框圖Fig.5 Write control word to the card program block diagram

圖6 從板卡中讀取控制字程序框圖Figu.6 From the card reads the control word program fl owchart is also given

2.1 產(chǎn)品選擇及電壓電流監(jiān)測(cè)

在該測(cè)試系統(tǒng)中，對(duì)電源電壓和電流的監(jiān)控及繼電器的切換控制采用研華PCI-1710U。PCI-1710UL是一款基于PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡，具有3種最常用的測(cè)試和控制功能，包括16位12A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出等功能。電源監(jiān)測(cè)模塊，PCI1710多功能數(shù)據(jù)采集卡250ms實(shí)時(shí)采集經(jīng)過(guò)隔離的產(chǎn)品電源，分別為數(shù)字5V電壓、電流，模擬5V電壓、電流，+15V電壓、電流，-15V電壓、電流取樣的電壓值，通過(guò)校準(zhǔn)標(biāo)定的換算關(guān)系計(jì)算出真實(shí)電壓值和電流值,將所得的電壓值和電流值與系統(tǒng)配置的閾值界面比較，在閾值范圍之內(nèi)，則認(rèn)為電源工作正常，否則認(rèn)為過(guò)壓過(guò)流，給出相應(yīng)的提示信息，并在最短的時(shí)間內(nèi)切斷所有產(chǎn)品供電，同時(shí)聲光報(bào)警器給出警報(bào)。

2.2 修正參數(shù)讀寫(xiě)

在測(cè)試系統(tǒng)中，對(duì)修正參數(shù)讀寫(xiě)采用NI公司的I/O卡6534，該卡配有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，在應(yīng)用卡之前，首先安裝驅(qū)動(dòng)程序，然后插上板卡，用NI公司的驅(qū)動(dòng)程序配置工具M(jìn)easure&Autimation，當(dāng)軟硬件正常時(shí)，就可以在Connected Instruments窗口中看到已連接到的板卡信息。在該配置工具環(huán)境中，對(duì)該板卡的名稱、輸入極性、范圍等進(jìn)行配置，通過(guò)Communicate with Instrument工具來(lái)測(cè)試儀器響應(yīng)關(guān)鍵指令的能力。

在labview環(huán)境中，根據(jù)NI工程師整理總結(jié)出的儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)，按照一定的時(shí)序給板卡發(fā)指令和讀數(shù)據(jù)[5,6]。

3 自檢、自校準(zhǔn)功能

工控機(jī)本身具有自檢功能。高速PIO卡通過(guò)自檢適配器將其16路輸出通路與16路輸入通路連通，進(jìn)行自發(fā)自收校驗(yàn)。時(shí)鐘信號(hào)板通過(guò)自檢適配器和數(shù)字多用表相連，測(cè)量其輸出頻率，進(jìn)行校驗(yàn)。多功能卡、信號(hào)調(diào)理板和設(shè)備適配器的檢查，通過(guò)自檢適配器將產(chǎn)品供電電源作為直流信號(hào)加到各采集通路上，通過(guò)與A/D采集結(jié)果的比對(duì)，判斷設(shè)備是否正常。電源控制板的自檢通過(guò)空載加電/斷開(kāi)的方法，再結(jié)合多功能卡對(duì)電源電壓的采集結(jié)果，判斷設(shè)備的電源控制功能是否正常。開(kāi)機(jī)啟動(dòng)軟件后，設(shè)備自檢主要包括供電電源，萬(wàn)用表34401A，PCI1750UL，1602B以及NI6534板卡的自檢。若3次自檢不正常，將提示錯(cuò)誤信息，并退出測(cè)試。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的測(cè)溫修正部件測(cè)試設(shè)備可以對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，正在某飛行器公司實(shí)際使用。本系統(tǒng)硬件充分考慮測(cè)量過(guò)程中的可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性，軟件充分考慮了人機(jī)交互界面的友好性，從而該系統(tǒng)取得成功應(yīng)用，得到理想的測(cè)試結(jié)果[7]。

[1]李群生,徐劍蕓,游江.測(cè)溫及其修正電路測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[J].航空兵器,2009(2):22-25.

[2]徐夢(mèng)琦,臧春華,翟慧,等.基于labview的二次電源測(cè)試系統(tǒng)[J].儀器儀表用戶,2013,20(2):87-89.

[3]臧春華,鄭步生,劉方.現(xiàn)代電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005:66-68.

[4]夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:39-42.

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[6]肖成勇,雷振山,魏麗.LabVIEW2010基礎(chǔ)教程[M].北京:中國(guó)鐵路出版社,2012:100-105.

[7]張涇周,張光磊,胡剛成,等.航空二次電源計(jì)算機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2006,27(21):4136-4138.