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(1.海軍駐天津八三五七所 軍事代表室， 天津 300308; 2.中航飛機股份有限公司， 西安 710089;3.天津津航計算技術研究所 天津市航空電子綜合顯示控制重點實驗室， 天津 300308)

航電設備通用檢測維護臺的設計

田宇1,馬躍1,江靜2,張博3

(1.海軍駐天津八三五七所軍事代表室，天津300308; 2.中航飛機股份有限公司，西安710089;3.天津津航計算技術研究所天津市航空電子綜合顯示控制重點實驗室，天津300308)

為了適應機載武器裝備系統(tǒng)的多樣化以及通用性要求，搭建了基于PXI總線的航電設備通用檢測維護臺，在系統(tǒng)架構、硬件設計以及軟件開發(fā)等各方面進行了通用性設計;該航電設備通用檢測維護臺基于PXI構架，掛裝不同種類的適配器，操作通用平臺上的人機接口，可滿足多種設備的檢測、測試任務;航電設備通用檢測維護臺在一個機柜內(nèi)實現(xiàn)了人機交互操作，大功率、高精度、多種類通用電源及PXI智能測試平臺等的高度集成;該通用平臺具有良好的通用性和擴展性，適用多種機型、多種航電設備;通用平臺已在某型航電設備的檢測維護中完成了工程驗證，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，適用性強，可實現(xiàn)多種航電設備的檢測維護工作，也可推廣至海軍艦艇、兵器車載裝備等。

通用測試；PXI；NI; 維護檢測

0 引言

隨著機載武器裝備系統(tǒng)的多樣化、智能化，作為機載武器系統(tǒng)信息采集、處理與控制中心的航電設備產(chǎn)品種類繁多、技術復雜，對其檢測、維護的通用性、操作使用簡便性和經(jīng)濟性等的要求越來越高[1]。傳統(tǒng)測試設備分別針對空航、海航及陸航等不同應用場合設計，不同機型或各類機載設備測試系統(tǒng)種類繁多，測試設備具有局限性，造成資源浪費。現(xiàn)有的自動測試設備(簡稱ATE)[2-3]設備量龐大，造價高，無法大批量裝備部隊。因此，迫切需要一種功能集成多種測試設備甚至可替代ATE的高集成度通用檢測維護設備。

在此背景下，設計了一個航電設備通用檢測維護臺(以下簡稱通用平臺)，通用平臺是基于PXI技術[4-5]構成高度集成的柔性測試系統(tǒng)，具有系統(tǒng)集成化程度高、測試資源豐富、可檢測設備種類多、體積小、造價低等明顯優(yōu)勢。通用平臺加掛相應適配器，適用多種機型、多種航電設備。

通用平臺采用虛擬儀器思想，在一個機柜內(nèi)實現(xiàn)了人機交互，PXI智能測試平臺，大功率、高精度、多種類通用電源等的高度集成。采用綜合化、通用化、模塊化設計思想，系統(tǒng)易于擴展或升級。

1 總體設計

1.1 主要功能

1)完成模擬信號、開關量、脈沖信號、RS232/ RS 422/ RS 485串行總線、HB6096總線、GJB289A總線和PAL/VGA/LVDS視頻等信號激勵、采集與測試；

2)對測試資源及測試過程的管理與控制；

3)具有顯示器、周邊鍵、鍵盤、鼠標和操作開關或按扭等人機接口，可實現(xiàn)系統(tǒng)加/斷電、測試模式選擇、測試流程控制等功能；

4)掛裝不同種類的適配器，可滿足多種被測件的檢測、測試任務；

5)具有適配器識別功能；

6)對測試結果文件進行管理；

7)與庫管中心聯(lián)網(wǎng)；

8)具有可擴展能力。

1.2 總體架構

通用平臺加掛相應適配器構成航電設備通用檢測維護臺，在適配器端級聯(lián)被測件，操作通用平臺上的人機接口，完成對航電設備單臺件測試、老煉等工作。通用平臺主要由機柜、綜控箱、帶20個周邊鍵的17〞液晶顯示器、鼠標鍵盤托架、接口擴展單元、PXI系統(tǒng)、VPC9025接收器、電源、精密二次電源和適配器等部分組成，總體架構如圖1所示。

圖1 通用平臺架構示意圖

通用平臺經(jīng)適配器完成對航電設備單臺件的測試功能，通用平臺具有通用激勵和采集資源，適配器完成通用平臺與被測件之間的信號調(diào)理。利用通用平臺測試程序可自動或手動完成對航電設備的測試及老煉任務，測試流程結束后給出被測設備完好性結論，實時記錄在本地，同時可將測試結果上報庫管中心，方便航電設備的集中統(tǒng)一管理。也可從庫管中心下載庫存清單或測試、老煉任務清單等信息，按任務清單完成測試、老煉任務。

PXI系統(tǒng)具備自檢能力，結合軟件實現(xiàn)對PXI系統(tǒng)主機模塊及其它各種功能模塊自檢操作。所有模塊自檢全部正常時自動進入主流程界面，如果有模塊自檢故障，則彈出自檢結果界面，提示故障模塊信息。

通用平臺通過VPC9025接收器連接至各型適配器，適配器與被測件通過專用電纜進行連接。適配器完成通用平臺與被測件之間的信號調(diào)理、分配和轉(zhuǎn)換。適配器還具有對被測件的自動識別能力，以確保被測件安全。

操作人員只要在通用平臺上根據(jù)被測件型號換裝相應的適配器就可以自動完成對各種航電設備的檢測及老煉工作。

2 硬件設計

2.1 PXI系統(tǒng)

PXI系統(tǒng)包括機箱、電源模塊、主機模塊等13種功能模塊和3個用于擴展功能的備用插槽，硬件結構如圖2所示。

圖2 PXI系統(tǒng)構成示意圖

1)機箱：機箱選用NI公司[6]的PXI標準機箱PXI-1045，該機箱結合高性能18槽位PXI背板和高輸出功率電源，并對結構進行了優(yōu)化設計，有良好的兼容性和可用性，并提供了先進的時序同步功能。

2)PXI主機模塊：選用通用貨架產(chǎn)品NI PXI-8109 2.66 GHz雙核PXI嵌入式控制器[7]，采用了2.66 GHz雙核Intel Core i7-620M處理器，適用于PXI和CompactPCI系統(tǒng)。PXI-1045 機箱結合PXI-8109主機板，提供了一個緊湊的、高性價比、基于PC技術的測試和控制應用程序的平臺。

3)多功能1553B模塊：選用Alta公司的 CPCIC3-1553，該模塊需要疊加在3U或6U的PMC載板上使用，采用了2通道多功能方式，可支持RT、MT、BC多功能同時工作，并支持同時模擬32路RT的功能。

4)ARINC429總線模塊：選用Alta公司的CPCIC3-A429接口卡，依托Alta API軟件支持該模塊可編碼和解碼ARINC 429通訊的各類Label/Word信息。

5)RS232串口模塊：采用NI PXI-8430/8，可進行1 Mbit/s高速通信，支持8路串行接口。能以57bps至1Mbps的可變波特率進行數(shù)據(jù)傳輸，對于非標準波特率可達1%精度，標準波特率下可達0.01%精度。借助高性能DMA引擎，不僅能實現(xiàn)高數(shù)據(jù)處理能力，而且對CPU占用最小。具有使用超線程與多處理器的強大能力。

6)RS422/485串口模塊：采用NI PXI-8431/8，可進行3 Mb/s高速通信，支持8路串行接口。對于非標準波特率精度可達1%，標準波特率精度可達0.01%。 借助高性能的DMA引擎，可實現(xiàn)高數(shù)據(jù)處理能力，而且CPU占用很低，特別適用于多個串行端口同步通信的應用。

7)數(shù)字量I/O模塊：采用NI PXI-6515，是用于PCI、PXI 或CompactPCI 機箱的30 V 組隔離數(shù)據(jù)采集(DAQ) 設備。包含用于漏極電流的32 條數(shù)字輸入線和32 條數(shù)字輸出線， 1 個看門狗定時器，數(shù)字濾波，以及可編程加電狀態(tài)。

8)繼電器驅(qū)動模塊：采用NI PXI-2567，是64通道的外部繼電器驅(qū)動模塊，采用漏極開路門輸出(OD門)，可驅(qū)動多種類型的外部繼電器。當現(xiàn)有繼電器模塊或測試系統(tǒng)的電流和電壓水平無法滿足繼電器的要求時，可以提供高電壓、高電流的繼電器驅(qū)動。通過連接外部電源，PXI-2567的每個通道可以提供50 V或者600 mA的驅(qū)動能力，如果不通過外部電源供電，PXI-2567可以從PXI背板的5 V電壓上最大可達到1.25 A的電流，或者從12 V電壓上最大可達到500 mA的電流。

9)大功率繼電器模塊：采用NI PXI-2564，提供5 A負載電流，有16個獨立的單刀單擲繼電器，具有低接觸電阻和高隔離電壓，具有過高溫保護，能夠保證在繼電器的開關頻率范圍內(nèi)，控制整板的功耗。

10)矩陣繼電器模塊：采用NI PXI-2503，可作為多路復用器或矩陣開關使用。可切換60 VDC或30 Vrm的信號。對于低壓測量(如熱電偶信號)，具有精確測量所需要的低溫漂。

11)ADC/DAC模塊：采用NI PXI-6229，是低成本多功能的數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)。最多可支持80個模擬輸入，48個數(shù)字I / O線，4個模擬輸出，兩個計數(shù)器/定時器，數(shù)字觸發(fā)。

12)萬用表模塊：采用NI PXI-4065 6位半數(shù)字萬用表，主要用于電壓、電流和電阻測量或二極管測試。

13)脈沖量模塊：由于目前市場上無合適的貨架產(chǎn)品可以選擇，需要自己研制PXI-C403脈沖量模塊，實現(xiàn)1 Hz～10 MHz脈沖量信號的輸出和采集功能。該模塊包括32路脈沖量采集和32路脈沖量輸出，采用數(shù)字頻率合成技術，可實現(xiàn)脈沖頻率的連續(xù)可調(diào)，脈沖量計數(shù)器可級聯(lián)。

脈沖量輸入通道采用32位寄存器，可工作在計數(shù)器或頻率計模式； 采用數(shù)字頻率合成可輸出1 Hz～10 MHz脈沖，輸出頻率通過軟件設定；脈沖量采集可工作在計數(shù)器模式或頻率計模式，頻率計采樣間隔可設定。

14)圖像輸出模塊：采用自己研制的PXI-C202圖像輸出模塊，實現(xiàn)視頻信號(AV、VGA、LVDS)的輸出功能，與PXI總線的主板配合，將所需的視頻或圖像信號輸出到前面板各端口。采用高速DSP處理器進行視頻信息的處理和顯示，外部視頻信號可直接連接在模塊的AV、VGA或LVDS接口上。

15)圖像輸入模塊：采用自己研制的PXI-C203圖像輸入模塊，與PXI主板和顯示設備配合，實現(xiàn)視頻信號(AV、VGA、LVDS)的采集、壓縮、存儲，并可在顯示設備上顯示。采用高速DSP處理器進行視頻采集和壓縮，外部視頻信號可根據(jù)種類直接連接在模塊的AV、VGA或LVDS接口上。

16)備用插槽：系統(tǒng)預留了3個備用插槽可用于擴展檢測功能，如加入光纖通道航空電子環(huán)境( FC- AE) 模塊可完成航空電子環(huán)境( FC- AE)功能測試，而加入光纖通道音視頻( FC- AV) 模塊又可完成光纖通道音視頻( FC- AV)功能測試。

該通用平臺也可增加一個帶屏蔽隔離的獨立機箱單元以實現(xiàn)對航電設備中雷達、電子對抗等射頻設備的測試功能。

2.2 VPC9025接收器

VPC9025接收器是專用于虛擬儀器測試設備使用的快速掛接適配器或被測設備的面板產(chǎn)品，電纜組件的一端連接 PXI 系統(tǒng)中對應模塊插頭，另一端與VPC9025發(fā)送器對應接口用于直接掛裝VPC 9025發(fā)送器。VPC9025可以根據(jù)需要調(diào)整連接器模塊，連接器模塊可以混合使用，以適應不同的信號連接要求。VPC9025接收器與PXI系統(tǒng)的連接形式如圖3所示。

圖3 VPC9025接收器與PXI系統(tǒng)的連接形式示意圖

2.3 適配器識別信號

采用NI PXI-2564大功率繼電器模塊第1、2路繼電器在識別時刻由軟件控制通斷，NI PXI-4065萬用表模塊測量每個適配器內(nèi)設置的規(guī)定電阻值，由軟件算法自動實現(xiàn)適配器識別，只有當掛裝的適配器與通用平臺啟動流程對應時，測試流程才會順利進行，確保了通用平臺、適配器及被測件的設備安全。

3 軟件設計

3.1 軟件平臺結構設計

通用平臺調(diào)度、管理軟件主要實現(xiàn)身份驗證登錄、操作員管理、設備自檢、接口模塊測試用例管理、測試機型配置、機型測試用例管理、測試用例面板與庫管中心信息交互等功能。用戶登錄后的管理流程如圖4所示。

圖4 管理流程示意圖

3.1.1 身份驗證登錄和操作員管理模塊

用戶啟動軟件后首先出現(xiàn)登錄窗口，輸入具有管理員權限的用戶名和密碼后才可以進行操作員管理、添加/刪除測試用例等操作。普通的操作人員登錄后直接進入測試用例面板，所有登錄信息(包括日期、時間、用戶名、用戶ID等)將存儲在本地數(shù)據(jù)庫中。

3.1.2 設備自檢模塊

軟件啟動后首先對PXI通用測試機箱中的硬件模塊進行自檢操作，然后向操作員報告當前硬件模塊的工作狀態(tài)是否正常，操作人員可以在軟件界面上看到硬件模塊是否可用的信息。

管理程序界面分為菜單欄、快捷按鈕欄、板卡或機型選擇窗口、測試用例顯示窗口、屬性窗口和操作記錄輸出窗口。

在模塊或機型選擇窗口點擊某個硬件模塊后，屬性窗口中將顯示該模塊的技術指標、工作環(huán)境等信息，同時在測試用例顯示窗口中將顯示目前該模塊可用的DEMO測試用例。此外，操作人員也可以自行選擇需要自檢的模塊進行測試，

3.1.3 接口模塊測試用例管理模塊

軟件默認添加PXI機箱內(nèi)的所有模塊的單板測試用例，用戶可以調(diào)用單板測試用例程序驗證模塊功能或進行實際的測試操作，也可以自行編寫單板測試用例程序并注冊到單板測試用例管理模塊中。當從設備列表中選擇某個硬件模塊后，測試用例顯示窗口中將顯示對應該模塊的已注冊的測試用例程序，屬性窗口可提供該測試用例的相關信息，如測試內(nèi)容、硬件環(huán)境要求、操作步驟等信息，運行該測試用例可進行實際的信號輸出或數(shù)據(jù)采集測試。

3.1.4 測試機型配置模塊

軟件提供測試機型管理界面，操作員可以向系統(tǒng)注冊新的測試機型，軟件將保存該機型的所有配置信息。測試機型頁面用于保存和顯示用戶注冊的一個或多個該機型相關的測試用例。

3.1.5 機型測試用例管理模塊

軟件啟動進入某機型測試頁面后，可以向該頁面添加一個或多個用戶自己編寫的測試用例程序，可以包含該用例的使用信息，例如該測試用例程序的測試內(nèi)容、操作方法和注意事項等重要信息。

3.1.6 測試用例面板模塊

該模塊用于顯示及調(diào)用用戶在用例管理模塊中添加的測試用例，每個測試用例以按鈕的形式出現(xiàn)的面板的兩側(cè)，可以使用通用測試平臺的周邊鍵快捷地調(diào)用測試用例程序。普通操作人員登錄后將默認進入該模塊。

3.1.7 庫管中心遠程信息交互模塊

軟件可以通過以太網(wǎng)與遠程庫管中心上運行的測試任務管理程序進行通訊，庫管中心服務器上可以預先存放各種測試計劃，并與測試用例管理程序統(tǒng)一網(wǎng)絡傳輸接口，軟件可以從該服務器的測試任務管理程序讀取測試計劃，并根據(jù)實際的測試環(huán)境啟動測試用例完成該測試任務。最后，當測試完成后，軟件可以向庫管中心服務器報告測試結果，實現(xiàn)測試計劃、測試數(shù)據(jù)、測試結果的統(tǒng)一管理。

3.2 軟件編程與實現(xiàn)

通用平臺開發(fā)軟件提供基于Windows XP操作系統(tǒng)、LabVIEW2011集成化圖形程序和VC開發(fā)環(huán)境、利用模塊驅(qū)動程序開發(fā)應用軟件。

通用檢測維護臺調(diào)度管理軟件根目錄下，應包括如下文件：

1) 驅(qū)動：WinIo.sys

2) 動態(tài)庫：ADT_L0.dll, ADT_L1.dll, LibC202.dll, LibC203.dll, LibC403.dll, LibConvert.dll, msado15.dll, nidaq32.dll, niswitch_32.dll, sqlite3.dll, Tcpip.dll, WinIo.dll

3) 配置文件：PXI.ini, Adapter1.ini, Adapter2.ini, Adapter3.ini

4) 數(shù)據(jù)庫文件：userInfo.db

5) 圖片文件：PL-wp3.bmp, sunflower.bmp, turtle.bmp, main.jpg

6) 冊序號為名的文件夾：如“100100”，“203303”

本系統(tǒng)內(nèi)主要采用了NI公司的標準PXI模塊，其提供的驅(qū)動程序均按照VISA標準提供了驅(qū)動程序接口，Alta DT公司提供的1553B和Arinc429模塊均提供了Labview和LabWindows/CVI的驅(qū)動函數(shù)，所有貨架產(chǎn)品滿足PXI系統(tǒng)的使用要求，對于3類自研模塊，按照PXI規(guī)范要求開發(fā)適合系統(tǒng)使用的驅(qū)動程序。例如：

圖像輸出PXI-C202 庫函數(shù): LibC202.dll接口函數(shù):

1) int32_t __cdecl PXIC202_StartDisplay(char RSCName[], uint32_t Mode, uintptr_t *VISA)提供獲取設備句柄并顯示圖片的功能。

2) int32_t__cdecl PXIC202_StopDisplay (uintptr_t *VISA)提供停止采集關閉設備的功能。

3) int32_t __cdecl PXIC202_ShowUp(uintptr_t *VISA, uint8_t Y_Data[], uint8_t U_Data[], uint8_t V_Data[], int32_t *len)提供輸出一幀數(shù)據(jù)并顯示的功能。

4) int32_t __cdecl ReadBMPImage(char PathName[], uint8_t ImageBuffer[], int32_t *BufferLen, int16_t *BufferRows, int16_t *BufferCols) 提供讀取BMP文件，獲取Buffer長度，圖片像素點的行數(shù)列數(shù)，以及數(shù)據(jù)信息指針的功能。

5) extern "C" __declspec(dllexport) bool BMP2YUV_24bit (BYTE *buf_image,int bufLen, BYTE *buf_Y,BYTE *buf_U,BYTE *buf_V,int yLen) 提供將BMP文件中讀出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一維數(shù)組YUV的功能。

4 試驗結果與分析

航電設備通用檢測維護臺已交付用戶產(chǎn)品多套，應用在多個航電設備測試系統(tǒng)中。完成了高低溫貯存試驗、高低溫工作試驗、連續(xù)加電工作試驗。操作溫度滿足0 ℃～+55 ℃，存儲溫度不小于-20 ℃～70 ℃范圍，可滿足系統(tǒng)使用要求。且通用平臺滿足可靠性指標：平均無故障時間最低可接受值 MTBF≥500 h；設計目標值 MTBF ≥1 000 h。表1給出了某型號庫存航材的檢測維護報告。

表1 庫存航材檢測維護報告

各用戶的試用表明火控設備通用檢測維護臺滿足技術指標，測試資源完善豐富，測試接口合理，人機操作、顯示界面友好，通用性強，工作性能穩(wěn)定可靠，能滿足航材倉庫對庫存火控設備老煉、檢測的需要，且升級和拓展性良好，推廣應用廣泛。

5 結論

本航電設備通用檢測維護臺，基于商用貨架產(chǎn)品(COTS)技術，可適應多種機型、多種航電設備。在一個機柜內(nèi)實現(xiàn)了人機交互，PXI智能測試資源及各種通用電源等的一體化設計，具有高智能性、高可靠性及良好的升級和擴展性。該通用平臺可匹配多種專用測試適配器，實現(xiàn)數(shù)百種航電設備自動測試、故障排查定位及模擬老煉等任務，滿足部隊地面維修站及庫房實際需求。該通用平臺不僅適用空軍、海軍航空兵及陸軍航空兵裝備，也可推廣應用于海軍艦艇、兵器車載裝備等眾多測試應用場合。

[1] 朱 旖，杜建軍．國外軍用電子自動測試系統(tǒng)發(fā)展綜述[J]. 電子測量技術, 2008, 31(8): 1-3．

[2] 李行善,等.ATS(自動測試系統(tǒng))及ATE技術[J]. 測試儀器, 2002, 3.

[3] 于勁松等.下一代自動測試系統(tǒng)體系結構與關鍵技術[J].計算機測量與控制, 2005.

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[6] NI:與全新PXI技術接軌[J]. 電子產(chǎn)品世界, 2004, 15.

[7] 高性能1.26 GHz嵌入式控制器NI8171系列[J]. 儀表技術. 2002, 2.

DesignofGeneralInspectionMaintenancePlatformonAvionicsDevice

(1.Navy’s resident office in 8357 Research Institute, Tianjin 300308, China; 2.Avic Aircraft Co., Ltd.,Xi’an 710089, China; 3.Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute, Tjanjin 300308, China)

In order to accommodate the diversification and universality of the airborne weapon equipment system, a general inspection maintenance platform on avionics device is built. The system architecture, the hardware design, the software development, etc. are designed on foundation of universality. The general platform is architected based on PXI. Mounting different adapters, through the man-machine interface on the general platform, the inspection and testing tasks of various devices are satisfied. The general inspection maintenance platform on avionics device realizes human-computer interaction within an equipment cabinet, highly integrates the high-power high-precision polytype general power supply, the PXI intelligent test platform, etc. The general platform has good universality and augmentability, suitable for various aircraft type and various avionics device. The general platform has been verified on some avionics device. The system has stable performance and high applicability, which can realize the inspection and maintenance of various avionics devices and popularize to naval vessels, vehicle-mounted weapon equipment, etc.

general test; PXI; NI; maintenance & test

2017-05-12；

2017-05-27。

田 宇(1984-)，男，河北灤南人，碩士，工程師，主要從事裝備質(zhì)量監(jiān)督方面的研究。

1671-4598(2017)10-0301-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.10.077

TP207

A