魏保華 王成

摘 ?要： 針對某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)手動測試過程繁瑣、效率低、受操作人員主觀因素影響大等問題，設(shè)計(jì)一種自動測試儀。該自動測試儀采用USB總線多用表卡、矩陣開關(guān)，由通用計(jì)算機(jī)控制矩陣開關(guān)切換被測參數(shù)信號、控制多用表卡采集信號，實(shí)現(xiàn)多個(gè)靜態(tài)參數(shù)的分時(shí)自動測試。結(jié)果表明，該自動測試儀能夠快速地實(shí)現(xiàn)某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)的自動測試，較好地解決了手動測試存在的問題。

關(guān)鍵詞： 自動測試儀; 靜態(tài)參數(shù)測試; 導(dǎo)彈裝備; 多用表卡; 矩陣開關(guān); 信號采集; 信號轉(zhuǎn)接

中圖分類號： TN98?34; TJ76 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）13?0177?04

Design of an automatic test instrument for static parameters of missile equipment

WEI Baohua， WANG Cheng

（Shijiazhuang Campus of Army Engineering University， Shijiazhuang 050003， China）

Abstract： Since the manual test of static parameters of a certain missile equipment has the problems of tedious test process and low efficiency， and may be influenced by subjective factors of operator， an automatic test instrument （ATI） is proposed. The multi?meter card with USB bus and matrix switch are adopted in ATI. The general computer is used to control the matrix switch for measured signals switching and multi?meter card for signal acquisition to realize the time?sharing automatic test of multiple static parameters. The result shows that the ATI can realize the automatic test of static parameters of a certain missile equipment quickly， and the problems of manual test can be solved.

Keywords： automatic test instrument; static parameter test; missile equipment; multi?meter card; matrix switch; signal acquisition; signal transfer

0 ?引 ?言

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)主要是指其電子設(shè)備加電狀態(tài)下，一些相對穩(wěn)定不變的主要參數(shù)，反映裝備基本性能，通常也是裝備日常維護(hù)測試的重要內(nèi)容。某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)測試采用通用儀器手動測試，測試過程繁瑣、效率低，對操作人員素質(zhì)要求較高，部分測試結(jié)果記錄判讀受操作人員的主觀因素影響大，且不利于測試結(jié)果的信息化管理和有效利用。針對上述問題，本文提出一種導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)自動測試方法，基于USB總線儀器設(shè)計(jì)一種自動測試儀。

1 ?測試需求分析

某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)主要分布在其搜索指揮系統(tǒng)、發(fā)射制導(dǎo)系統(tǒng)累計(jì)30個(gè)電子組合中，各組合面板分別設(shè)置相同的26芯測試插座，用來連接轉(zhuǎn)接裝置和測試儀器，實(shí)現(xiàn)裝備加電情況下的靜態(tài)參數(shù)在線測試。每個(gè)組合靜態(tài)參數(shù)有5～21個(gè)，全部參數(shù)累計(jì)達(dá)300個(gè)左右，主要為電壓、電流參數(shù)，少量為簡單波形。綜合分析，各參數(shù)電壓均在150 V以下、電流均在1 A以下，波形信號主要為正弦信號或周期脈沖、頻率在100 kHz以下。

總體而言，某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)信號特征并不復(fù)雜，利用多用表、示波器等通用儀器基本可以完成測試。不過，由于參數(shù)的數(shù)量種類多，涉及電子組合和測試點(diǎn)多，各參數(shù)標(biāo)稱值差別較大，使得測試時(shí)需要頻繁調(diào)整儀器量程、更換表筆觸點(diǎn)，加之測試結(jié)果的人工判讀與記錄，使得測試耗時(shí)耗力。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，具有熟練操作能力的2人完成所有靜態(tài)參數(shù)的測試大約需2 h。同時(shí)，操作人員的主觀因素包括判讀誤差、儀器量程選擇及表筆觸點(diǎn)連接錯(cuò)誤等，都可能對測試結(jié)果和效率造成較大影響，而且紙質(zhì)記錄不利于測試結(jié)果的管理使用和匯總分析。

2 ?系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

為解決某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)手動測試存在的問題，圍繞整體測試需求，本文設(shè)計(jì)了一種自動測試儀。

2.1 ?總體方案

自動測試儀采用“通用計(jì)算機(jī)+多用表卡+矩陣開關(guān)”的總體技術(shù)方案。其中，多用表卡與矩陣開關(guān)裝配形成測試裝置。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 ?自動測試儀系統(tǒng)框圖

2.2 ?多用表卡

自動測試儀多用表卡選用NI4070。NI4070由美國NI公司推出，可完成電壓、電流及電阻測試，還可利用其內(nèi)置高速采樣電路實(shí)現(xiàn)波形測試。NI4070有PCI、PXI及USB總線型式，考慮小型化、便捷化等要求，系統(tǒng)選用USB總線型式。

NI4070可實(shí)現(xiàn)兩路信號測試，能夠滿足某導(dǎo)彈裝備所有靜態(tài)參數(shù)的測試需求，主要性能如下：電壓測量范圍為0～300 V，電流測量范圍為0～1 A，電阻測量范圍為0～100 MΩ，分辨率為[6][?];波形測試的頻率范圍為1 Hz～500 kHz，采樣率為1.8 MHz。

2.3 矩陣開關(guān)

由于NI4070同時(shí)只能完成2路信號的測試，而電子組合靜態(tài)參數(shù)最多達(dá)21個(gè)，因此系統(tǒng)在NI4070與被測組合之間使用矩陣開關(guān)，通過控制開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)對多路待測靜態(tài)參數(shù)的分時(shí)測試。經(jīng)綜合調(diào)研論證，系統(tǒng)選用KEYSIGHT公司的U2751A USB模塊化矩陣開關(guān)。

U2751A為4個(gè)源和8個(gè)測試點(diǎn)的4×8開關(guān)矩陣，頻寬45 MHz，矩陣切換關(guān)系如圖2所示。其中，Col1～Col8代表8行，Row1～Row4代表4列。各行列、交叉點(diǎn)默認(rèn)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)（OPEN），通過控制特定交叉點(diǎn)的閉合（CLOSe），可使得對應(yīng)測試信號切換至相應(yīng)源上。例如，執(zhí)行命令代碼“ROUTe：CLOSe（@202）”，可閉合圖中標(biāo)識第2行與第2列交叉點(diǎn)的繼電器，實(shí)現(xiàn)Col2信號向Row2的切換。

顯然，U2751A可以完成最多8路測試信號的轉(zhuǎn)接切換。單就測試信號路數(shù)而言，為滿足電子組合最多21個(gè)靜態(tài)參數(shù)的測試，可將3塊U2751A并行聯(lián)接實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，1路靜態(tài)參數(shù)信號通過組合面板26芯插座的某兩個(gè)觸點(diǎn)配對輸出，理論上對應(yīng)的配對最大可能有[C226]=325種。統(tǒng)計(jì)所有電子組合靜態(tài)參數(shù)的實(shí)際情況，各信號對應(yīng)組合面板26芯插座觸點(diǎn)配對數(shù)量雖未達(dá)到最大可能，卻也遠(yuǎn)大于3塊U2751A卡并行聯(lián)接24路（3×8路）信號的轉(zhuǎn)接切換能力。

圖2 ?U2751A矩陣開關(guān)示意圖

理論上，如果設(shè)法將各電子組合面板26芯插座各觸點(diǎn)任意切換至NI4070測試通道的正、負(fù)極，便可實(shí)現(xiàn)26芯插座任意觸點(diǎn)輸出靜態(tài)參數(shù)的自動測試。為達(dá)以上目的，本文在實(shí)現(xiàn)不同組合共用測試電纜、不增加U2751A數(shù)量及其他轉(zhuǎn)接處理電路的條件下，通過優(yōu)化U2751A連接方式的方法提升其轉(zhuǎn)接切換能力，具體連接如圖3所示。

圖3 ?矩陣開關(guān)連接關(guān)系示意圖

按照圖3連接關(guān)系測試插座奇數(shù)序號觸點(diǎn)被連接至U2751A（1）或U2751A（2）的Colx_H，即第[x]行的H觸點(diǎn);偶數(shù)觸點(diǎn)則被連接至Coly_L，即第[y]行的L觸點(diǎn)。奇數(shù)觸點(diǎn)經(jīng)U2751A（1）或U2751A（2）切換，由其Rowm_H連接至U2751A（3）的Cola_H，經(jīng)U2751A（3）切換至其Rowc_H;相應(yīng)地，偶數(shù)觸點(diǎn)經(jīng)U2751A（1）或U2751A（2）切換，由其Rown_L連接至U2751A（3）的Colb_L，經(jīng)U2751A（3）切換至其Rowd_L?？蔀?塊U2751A制定如下轉(zhuǎn)接切換規(guī)則：

1） 被測參數(shù)由測試插座兩個(gè)奇數(shù)觸點(diǎn)輸入，首先控制U2751A（1）與/或U2751A（2）切換將觸點(diǎn)分轉(zhuǎn)接至U2751A（3）的Cola1_H、Cola2_H（[a1≠a2]），再控制U2751A（3）切換，將兩處觸點(diǎn)分別轉(zhuǎn)接至其Row1_H，Row2_H，與NI4070通道1的正、負(fù)極（Ch1+，Ch1-）連接。

2） 被測參數(shù)由測試插座兩個(gè)偶數(shù)觸點(diǎn)輸入，首先控制U2751A（1）與/或U2751A（2）切換將觸點(diǎn)分轉(zhuǎn)接至U2751A（3）的Colb1_L，Colb2_L（[b1]≠[b2]），再控制U2751A（3）切換，將兩處觸點(diǎn)分別轉(zhuǎn)接至其Row3_L，Row4_L，與NI4070通道2的正、負(fù)極（Ch2+，Ch2-）連接。

3） 被測參數(shù)由測試插座一個(gè)奇數(shù)、一個(gè)偶數(shù)觸點(diǎn)輸入，則可將其分別轉(zhuǎn)接至U2751A（3）的Row1_H，Row2_L，或者Row3_H，Row4_L。

2.4 ?設(shè)備裝配與使用

將NI4070與3塊U2751A按圖3方式連接，裝配形成箱式測試裝置，其面板設(shè)置USB接口及測試插座。設(shè)計(jì)制作26芯測試電纜，一端連接測試裝置面板測試插座，另一端連接被測組合面板插座，實(shí)現(xiàn)兩插座相同序號觸點(diǎn)之間一一對應(yīng)地連接。

系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)無特殊要求，一般帶有USB接口的通用型便攜式計(jì)算機(jī)即可滿足要求，如考慮野戰(zhàn)條件下的使用，也可選用軍用加固計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)使用時(shí)，利用標(biāo)準(zhǔn)USB線纜連接計(jì)算機(jī)與測試裝置，并連接測試插座與被測組合面板插座之間的測試電纜，運(yùn)行被測組合對應(yīng)的測試程序便可進(jìn)行靜態(tài)參數(shù)的自動測試。測試其他組合時(shí)，只需更換測試電纜并運(yùn)行對應(yīng)的測試程序即可。

3 ?軟件設(shè)計(jì)

3.1 ?主程序

系統(tǒng)主程序流程如圖4所示。

圖4 ?系統(tǒng)主程序流程

待測試電纜、USB線纜連接后，計(jì)算機(jī)開機(jī)后運(yùn)行靜態(tài)參數(shù)測試主程序，完成系統(tǒng)初始化。開始測試后，選擇被測組合，之后可選擇單項(xiàng)測試或連續(xù)測試，系統(tǒng)默認(rèn)模式為連續(xù)測試。連續(xù)測試模式下，測試程序自動完成該組合所有靜態(tài)參數(shù)的測試;單項(xiàng)測試模式下，可依次或根據(jù)需要選擇參數(shù)，測試程序完成相應(yīng)參數(shù)的測試，直至退出單項(xiàng)測試模式。退出單項(xiàng)測試模式或完成連續(xù)測試后，可選擇退出主程序，也可待更換測試電纜連接后選擇新的組合實(shí)施測試。

3.2 ?測試程序

1） 單個(gè)參數(shù)測試程序

單個(gè)參數(shù)測試程序，即單項(xiàng)測試流程如圖5所示。測試程序首先重置NI4070與U2751A，其中3塊U2751A重置后各觸點(diǎn)開關(guān)將處于默認(rèn)的打開狀態(tài);根據(jù)選擇的測試參數(shù)，讀取其信號類型、取值范圍/標(biāo)稱值及對應(yīng)的測試插座觸點(diǎn)配對等信息;系統(tǒng)按規(guī)則生成U2751A切換方案，測試程序按照方案控制3塊U2751A執(zhí)行相應(yīng)命令，將被測參數(shù)信號傳輸至NI4070通道1或通道2;測試程序根據(jù)被測信號類型和參數(shù)取值范圍設(shè)置NI4070測試檔位，測量信號、采集參數(shù)數(shù)據(jù)，并根據(jù)標(biāo)稱值判斷結(jié)果是否正常;最后存儲參數(shù)及其結(jié)果判斷數(shù)據(jù)，結(jié)束單個(gè)參數(shù)測試。

圖5 ?單個(gè)參數(shù)測試程序流程

2） 連續(xù)測試程序

連續(xù)測試程序包含多個(gè)參數(shù)測試程序，其流程如圖6所示。測試程序開始后，首先讀取該組合靜態(tài)參數(shù)集合的相關(guān)信息，然后依次運(yùn)行單個(gè)參數(shù)測試程序，待完成所有參數(shù)的自動測試后退出測試程序，返回主程序。

圖6 ?連續(xù)測試程序流程

4 ?實(shí)驗(yàn)分析

某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)自動測試儀實(shí)驗(yàn)樣機(jī)開發(fā)和調(diào)試完成后，進(jìn)行實(shí)測實(shí)驗(yàn)，并與原手動測試結(jié)果進(jìn)行對比分析。表1給出某電子組合的測試數(shù)據(jù)對比示例。

表1中，測試結(jié)果指利用本文自動測試儀測試得到的結(jié)果，對比結(jié)果為利用手動方法測試的結(jié)果;累計(jì)測試時(shí)間主要比對計(jì)算機(jī)開機(jī)、通用儀器加電能正常工作條件下完成組合各參數(shù)測試的時(shí)間。

結(jié)果表明：自動測試儀能夠順利完成測試，測試結(jié)果與手動方法基本一致;自動測試儀測試時(shí)間大幅度下降，接近手動方法的一半;自動測試儀可以給出更精細(xì)的測試結(jié)果，更有利于對有關(guān)參數(shù)的長期監(jiān)控。另外，利用本文自動測試儀只需1人即可完成測試，根據(jù)完成所有組合測試的實(shí)驗(yàn)，總測試時(shí)間可縮短至1 h以內(nèi)，且測試結(jié)果自動存儲，便于信息化管理使用和匯總分析。

表1 ?測試數(shù)據(jù)對比示例

5 ?結(jié) ?論

本文采用USB總線萬用表卡、矩陣開關(guān)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種導(dǎo)彈裝備靜態(tài)測試儀，尤其是矩陣開關(guān)的連接方式思路較為新穎。該自動測試儀可基于便攜式計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)某導(dǎo)彈裝備靜態(tài)參數(shù)的自動測試，測試過程大大簡化、測試效率顯著提升，較大程度地消除了結(jié)果判讀的主觀因素，也為測試結(jié)果管理使用和匯總分析帶來了便利，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，也給解決此類問題提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫劍，黃起，王學(xué)杰，等.艦船慣導(dǎo)系統(tǒng)陀螺電機(jī)多信息測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].艦船電子工程，2014，34（7）：77?80.

SUN Jian， HUANG Qi， WANG Xuejie， et al. Design on multi?information test system of gyro motor for ship inertial navigation system [J]. Ship electronic engineering， 2014， 34（7）： 77?80.

[2] 崔少輝，姜會霞.導(dǎo)彈測試技術(shù)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2016：1?13.

CUI Shaohui， JIANG Huixia. Missile test technology [M]. Beijing： Ordnance Industry Press， 2016： 1?13.

[3] 孟晨，羅錦，王成.自動測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2016：1?17.

MENG Chen， LUO Jin， WANG Cheng， et al. Design and implementation of automatic test system [M]. Beijing： Ordnance Industry Press， 2016： 1?17.

[4] 何成.某板級測試系統(tǒng)端口信號產(chǎn)生及測量軟件實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2014：66?71.

HE Cheng. Software of port signal generation and measurement for PCB test system [D]. Chengdu： University of Electronic Science and Technology of China， 2014： 66?71.

[5] 王國棟.某武器電源電子箱自動測試設(shè)備研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014：66?71.

WANG Guodong. Design of automatic test equipment for some weapon′s power electric chest PCB test system [D]. Harbin： Harbin Institute of Technology， 2014： 66?71.

[6] 羅銀波，高敬東，胡柏青，等.基于LabVIEW的數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11（19）：4592?4596.

LUO Yinbo， GAO Jingdong， HU Baiqing， et al. Design and realization of digital multimeter based on LabVIEW [J]. Science technology and engineering， 2011， 11（19）： 4592?4596.

[7] 袁剛，王麗穎，朱坤，等.基于矩陣開關(guān)的面向信號ATS測試通路選擇研究[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（6）：1859?1862.

YUAN Gang， WANG Liying， ZHU Kun， et al. Research on the choice of test path in signal?oriented ATS based on matrix switch [J]. Computer measurement & control， 2015， 23（6）： 1859?1862.

[8] 丁超，鄧士杰，唐力偉，等.基于TEDS和矩陣開關(guān)技術(shù)的自動測試系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（8）：2647?2649.

DING Chao， DENG Shijie， TANG Liwei， et al. Automatic test system based on TEDS and matrix switch technology [J]. Computer measurement & control， 2015， 23（8）： 2647?2649.

[9] 葉成，劉曉剛，劉春生.基于TMS320F2812和USB100的CAN?USB總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（2）：176?178.

YE Cheng， LIU Xiaogang， LIU Chunsheng. Design of CAN?USB communication system based on TMS320F2812 and USB100 [J]. Modern electronics technique， 2011， 34（2）： 176?178.

[10] 邵云峰，彭濤.工業(yè)智能化背景下導(dǎo)彈測試技術(shù)的發(fā)展思考[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2017，45（4）：157?161.

SHAO Yunfeng， PENG Tao. Review of missile?test technology development on the background of industrial intellectualization [J]. Modern defence technology， 2017， 45（4）： 157?161.