張?jiān)?，?迪，顏曉明

(上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201109)

基于SCPI的運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

張?jiān)?，?迪，顏曉明

(上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201109)

針對(duì)目前火箭遙測(cè)系統(tǒng)專屬測(cè)試設(shè)備操作復(fù)雜、通用性差等特點(diǎn)，提出一種基于SCPI指令的虛擬儀器智能測(cè)試方案，利用SCPI指令完成程序?qū)χ悄茉O(shè)備的輸出控制，結(jié)合TCP/IP通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)以及在LabVIEW程序中完成Excel動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了火箭遙測(cè)系統(tǒng)電性能自動(dòng)測(cè)試、閉環(huán)測(cè)試、在線監(jiān)測(cè)等功能，測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)試平臺(tái)極大地提高了系統(tǒng)測(cè)試效率，測(cè)試數(shù)據(jù)可靠性好，可滿足運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)電性能測(cè)試工作，具有較好的推廣價(jià)值。

SCPI；自動(dòng)測(cè)試；LabVIEW；遙測(cè)系統(tǒng)

0 引言

隨著我國(guó)運(yùn)載火箭進(jìn)入密集發(fā)射時(shí)期，亟需一種快速、可靠的測(cè)試手段滿足火箭當(dāng)前大量電氣測(cè)試工作的需求。運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)運(yùn)載火箭各系統(tǒng)輸出信號(hào)的測(cè)量工作，由于外系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)輸出設(shè)備及信號(hào)輸出方式不同，所以遙測(cè)系統(tǒng)要具備多種類型信號(hào)測(cè)量的能力，使用專用測(cè)試設(shè)備的方法迫使測(cè)試人員頻繁的更換測(cè)試設(shè)備、重復(fù)調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，已嚴(yán)重影響系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)度[1]。因此希望通過(guò)對(duì)基于SCPI的自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的開(kāi)發(fā)解決這一問(wèn)題，自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)以Agilent智能設(shè)備為基礎(chǔ)，通過(guò)SCPI語(yǔ)言控制D/A輸出、數(shù)字函數(shù)發(fā)生器以及開(kāi)關(guān)矩陣等設(shè)備模擬外系統(tǒng)信號(hào)輸出，經(jīng)遙測(cè)系統(tǒng)箭上設(shè)備采集后由測(cè)量車將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳回自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試閉環(huán)。

1 平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路是在現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備(信號(hào)發(fā)生裝置、示波器、矩陣開(kāi)關(guān)、程控D/A等)基礎(chǔ)上，配合虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)系統(tǒng)箭上信號(hào)自動(dòng)測(cè)試[2]，系統(tǒng)基本功能包括以下五個(gè)方面：

1)程序模擬外系統(tǒng)待測(cè)量信號(hào)輸出；

2)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)切換測(cè)量回路；

3)與外系統(tǒng)間阻抗匹配；

4)測(cè)試信號(hào)(源信號(hào))采集與存儲(chǔ)；

5)測(cè)試信號(hào)自動(dòng)判讀。

系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)要求模擬外系統(tǒng)信號(hào)輸出精度小于±0.5%，采集信號(hào)可用于事后回放，針對(duì)上述系統(tǒng)主要功能及技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖

2 測(cè)試平臺(tái)組成及工作原理

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試方案如圖2所示，為統(tǒng)一底層通訊模式，測(cè)試平臺(tái)底層通訊均采用TCP/IP協(xié)議方式，各參試設(shè)備事先設(shè)置好IP地址，測(cè)試平臺(tái)軟件通過(guò)LAN總線方式將SCPI指令送出，函數(shù)發(fā)生器、程控D/A輸出等執(zhí)行設(shè)備收到SCPI指令后輸出信號(hào)，開(kāi)關(guān)矩陣組合在SCPI指令控制下將信號(hào)路由至目標(biāo)接入點(diǎn)，信號(hào)輸出后經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)接盒完成阻抗匹配及目標(biāo)隔離，最終到達(dá)待測(cè)遙測(cè)設(shè)備信號(hào)接點(diǎn)，遙測(cè)系統(tǒng)箭上采集發(fā)射組合設(shè)備將信號(hào)以無(wú)線信號(hào)的形式發(fā)送至自由空間，待遙測(cè)測(cè)量車接收并解調(diào)無(wú)線信號(hào)后將遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果經(jīng)LAN總線回傳至自動(dòng)平臺(tái)測(cè)試程序，完成對(duì)信號(hào)的閉環(huán)測(cè)試。

圖2 測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3 測(cè)試實(shí)例

上位機(jī)軟件采用LabVIEW開(kāi)發(fā)，平臺(tái)軟件主要模塊包括：(1)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)：使用ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)，在LabVIEW導(dǎo)入LabSQL組件，通過(guò)調(diào)用ADO Connection Creat.vi、ADO Connection Open.vi、ADO SQL Execute.vi完成數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象創(chuàng)建、連接打開(kāi)、以及數(shù)據(jù)庫(kù)具體的操作(如查詢、插入、刪除等)[3]，程序?qū)⑷縎CPI指令存放在ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)測(cè)試流程安排，從數(shù)據(jù)庫(kù)中依次取出SCPI指令，實(shí)現(xiàn)各測(cè)試設(shè)備同步可控執(zhí)行。(2) SCPI指令通信： SCPI指令發(fā)送是通過(guò)調(diào)用VISA函數(shù)庫(kù)函數(shù)完成的，VISA函數(shù)庫(kù)是儀器編程標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱，適用于多種通信機(jī)制，通過(guò)VISA READ、VISA WRITE 可以完成SCPI指令發(fā)送[4-5]。(3)TCP/IP通信：在LabVIEW 應(yīng)用軟件中直接調(diào)用TCP 模塊完成流程編寫[6]，測(cè)試平臺(tái)向遙測(cè)測(cè)量車發(fā)送請(qǐng)求，測(cè)量車根據(jù)請(qǐng)求將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)回傳給測(cè)試平臺(tái)。

以遙測(cè)系統(tǒng)中脈沖分頻器測(cè)試為例進(jìn)行說(shuō)明：

圖3 脈沖分頻器測(cè)試原理圖

如圖3所示，LabVIEW主程序產(chǎn)生測(cè)試任務(wù)后從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出相應(yīng)SCPI指令，指令經(jīng)以太網(wǎng)送至信號(hào)輸出設(shè)備執(zhí)行，經(jīng)短延時(shí)后程序發(fā)出SCPI開(kāi)關(guān)動(dòng)作指令，信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)接盒送至待測(cè)設(shè)備輸入端，主要SCPI指令[7]執(zhí)行過(guò)程如下：

ROUT:OPEN :ALL 1 //測(cè)試前斷開(kāi)安裝在Slot 1上設(shè)備的全部開(kāi)關(guān)，防止誤導(dǎo)通。

ROUT:CLOS(@1001,1002) //閉合開(kāi)關(guān)s1001、1002將示波器，波形發(fā)生器接入測(cè)試通路

ROUT:CLOS(@1003) //閉合開(kāi)關(guān)s1003，接通遙測(cè)分頻變換器信號(hào)接入點(diǎn)

:APPL:SIN xxx.000000E+0 HZ,x.x00000E+0 VPP，0.000000E+0 V

//波形發(fā)生器輸出xxx HZ，峰峰值為xxx mv的正弦信號(hào)，程序中此處有軟件延時(shí)10ms，待設(shè)備輸出穩(wěn)定。

：SING；：TRIGger：SWEep NORM；：CHAN2:DISP ON；

：CHAN2 OFFSet 0；：TIM:POS 0；：CHAN2:SCAL xxxx；

：TIM:SCAL xxx；：TRIG:LEV xxx

//打開(kāi)示波器2通道，并設(shè)置Y軸，時(shí)間軸分度值及出發(fā)電壓等屬性，程序中此處有軟件延時(shí)10 ms，待示波器抓取波形。

：WAVeform:SOURce CHAN2；

：WAVeform；：FORM ASC；

：WAVeform:POINts 2000；

：WAVeform：DATA?

//設(shè)置波形數(shù)據(jù)源通道、數(shù)據(jù)格式、有效點(diǎn)數(shù)，并取回波形數(shù)據(jù)

4 測(cè)試結(jié)果

自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)主界面如圖4所示，左側(cè)為測(cè)試流程信息，主要顯示當(dāng)前各智能設(shè)備在SCPI指令控制下的動(dòng)作情況，右側(cè)將各測(cè)試信號(hào)與Bool開(kāi)關(guān)表示，當(dāng)測(cè)試過(guò)程中測(cè)試結(jié)果超出誤差范圍時(shí)開(kāi)關(guān)變?yōu)榧t色，警示用戶測(cè)試過(guò)程出錯(cuò)，測(cè)試正常情況下Bool開(kāi)關(guān)為綠色，右下方為示波器回傳波形數(shù)據(jù)經(jīng)LabVIEW軟件二次制圖結(jié)果。

圖4 自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試界面

信號(hào)測(cè)試結(jié)果及監(jiān)視波形獲取后，在LabVIEW主程序中使用ActiveX技術(shù)訪問(wèn)Excel的屬性(properties)和方法(methods)，即對(duì)Excel的層次對(duì)象包括應(yīng)用程序(Application)、工作簿(Workbooks)、工作表(Worksheets)、單元格(Cell)等進(jìn)行操作[8]，完成測(cè)試數(shù)據(jù)寫入。Excel文件中寫入的數(shù)據(jù)包括輸出理論值、遙測(cè)測(cè)量車回傳值，示波器監(jiān)測(cè)波形數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果等，圖5為利用excel將波形數(shù)據(jù)作圖后效果：

圖5 測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)充分利用了數(shù)據(jù)庫(kù)可在線讀寫的特點(diǎn)，將SCPI語(yǔ)句寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程全自動(dòng)化，省去了中間手動(dòng)更換測(cè)試臺(tái)及調(diào)節(jié)信號(hào)輸出的時(shí)間，并且測(cè)試平臺(tái)可以通過(guò)接收測(cè)量車回傳數(shù)據(jù)，使測(cè)試過(guò)程從傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)測(cè)試變?yōu)殚]環(huán)測(cè)試，變?nèi)斯づ凶x為自動(dòng)判讀，提升了遙測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試水平。測(cè)試平臺(tái)在測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面采用excel文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并將測(cè)試平臺(tái)輸出波形進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)，當(dāng)測(cè)試發(fā)生問(wèn)題時(shí)，可以根據(jù)示波器監(jiān)視結(jié)果快速定位問(wèn)題來(lái)源，實(shí)現(xiàn)故障過(guò)程回放。測(cè)試平臺(tái)在運(yùn)載火箭遙測(cè)系統(tǒng)電性能測(cè)試上的應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的智能化測(cè)試水平和數(shù)據(jù)完整性，遙測(cè)系統(tǒng)單臺(tái)測(cè)試用時(shí)由原始的2 h縮短至十幾分鐘，具有一定的實(shí)用參考價(jià)值。

[1] 高 宇，朱秋明，羅艷強(qiáng).遙測(cè)設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2010，9，25(5):672-676.

[2] 陳佳濱.基于可編程儀器的衛(wèi)星天線測(cè)試系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，8，32(4):38-39.

[3] 唐 波，潘紅兵，趙以順,等.在LabVIEW環(huán)境下基于ADO技術(shù)和SQL語(yǔ)言的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28(4):227-229.

[4] 蔣 薇，張曉波，賴青貴.基于LabVIEW的儀器通信技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21(4):1030-1032.

[5] 雷震山，魏 麗，趙晨光.LabVIEW高級(jí)編程與虛擬儀器工程應(yīng)用[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009.

[6] 卞 娜，侯維巖.基于LabVIEW的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件[J].測(cè)控技術(shù)，2012，31(2)：31-34.

[7] Agilent Technologies. Agilent technologies VISA user’s Guide[Z]. 2001.

[8] 陳金蘭，張家精，陳 松. 基于ActiveX控件的LabVIEW動(dòng)態(tài)控制Excel多工作表數(shù)據(jù)顯[J].淮北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，12，34(4):72-76.

Design of Automatic Test Platform in Carrier Rocket Telemetering System Based on SCPI

Zhang Yuanming, Yao Di, Yan Xiaoming

(Shanghai Institute of Aerospace System Engineering，Shanghai 201109，China)

In view of the equipments which Telemetering System used were excluded and complicated，an Automatic Test Platform based on SCPI was designed for the electrical performance test in Telemetering System，which make the best use of the intelligent instruments’ analysis capabilities on SCPI commander to realize the control of the outputs，combining with the TCP/IP、Database and Excel storage technology in LabVIEW，the Telemetering System test platform has realized automatic testing、closed loop testing and on-line monitoring. The application shows that this test method can greatly improve the efficiency of the system test，the test results are reliable to meet the system’s requirements. It is worthy using widely.

SCPI; automatic test; LabVIEW; telemetering system

2016-10-24；

2016-11-24。

張?jiān)?1986-)，男，系統(tǒng)工程師，主要從事運(yùn)載火箭測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向的研究。

1671-4598(2017)03-0001-02

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.03.001

TP273

A