丁璐

（中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司，陜西西安，710077）

0 引言

隨著航空技術的迅速發(fā)展，系統(tǒng)結構日益復雜，航空電子控制器向數(shù)字化、綜合化、自動化、智能化的方向快速發(fā)[1]。對于上述航空電子控制器，不僅需要在設計階段進行周密、完備設計，更需要進行完整、細致測試，確保交付產(chǎn)品工作正常、可靠。一般而言，測試工作包括調(diào)試后驗收測試、環(huán)境應力篩選試驗測試、環(huán)境適應性試驗測試、交付驗收試驗測試、以及軍檢驗收測試。

另一方面，由于航空電子控制器的結構日益復雜，功能日益強大，隨之而來的是裝備的維修難度越來越大，“木桶－短板效應”現(xiàn)象越來越明顯，甚至可以說，已經(jīng)成為提高裝備完好率和飛機出勤率的主要瓶頸之一[2]。從提高電子控制器維修效率，降低維修難度的角度來看，也迫切需要能夠盡可能真實模擬實際應用環(huán)境，并具備故障診斷、功能完善的測試設備。

本文針對某航空電子控制器實際測試需求，提出了一種基于C#語言開發(fā)+數(shù)據(jù)庫技術應用的方法，設計出一種多功能航空測試設備，滿足了該航空電子控制器在產(chǎn)品調(diào)試、環(huán)境試驗、交付試驗、軍檢驗收、故障排除中的測試要求，數(shù)據(jù)庫對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行存儲，方便對比查看，提高了測試效率，節(jié)約了人力資源。

1 系統(tǒng)總體設計

■1.1 系統(tǒng)功能需求

某航空測試設備主要用于被測產(chǎn)品的調(diào)試后驗收測試、環(huán)境應力篩選試驗測試、環(huán)境適應性試驗測試、交付驗收試驗測試、軍檢驗收測試、以及故障排除。當進行產(chǎn)品調(diào)試時，測試設備提供激勵信號，向被測產(chǎn)品發(fā)出傳感器信號。產(chǎn)品進行項目試驗時，測試設備應能提供一鍵啟動功能，一鍵啟動后，測試設備自動運行，中途不需要人為干預，在測試成功后，自動從產(chǎn)品側拷貝數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫并保存數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行判斷，并將判斷結果顯示出來，將關鍵數(shù)據(jù)插入到驗收表格中，進行打印。

為確保測試設備測試項目的完整，保證測試設備能滿足系統(tǒng)在試驗、驗收、排故等方面的既定要求，本文對所設計的測試設備提出如下需求：

（1）在被測產(chǎn)品與測試設備通過調(diào)理箱交聯(lián)的情況下，能夠記錄被測產(chǎn)品關鍵數(shù)據(jù)，并可將關鍵數(shù)據(jù)插入到驗收表格中；

（2）能夠?qū)y試設備自身功能進行自檢，自檢通過后顯示自檢結果；

（3）可對測試項目進行一鍵開始，針對測試中的故障進行提示，等測試完成后保存、判斷測試數(shù)據(jù)；

（4）能夠?qū)y試結果進行記錄、分析、判斷、顯示并存儲。

■1.2 系統(tǒng)設計方案

基于上述系統(tǒng)需求，本文提出的系統(tǒng)設計方案如下：以工控機+PCI卡為硬件平臺核心，采用C#語言開發(fā)控制邏輯及界面顯示，其工作原理：運行在工控機上的測試軟件，通過PCI總線驅(qū)動各測試板卡，由硬件產(chǎn)生被測產(chǎn)品所需的信號激勵，完成被測產(chǎn)品所輸出信號的采集和測量，由軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、分析和處理，利用工控機顯示器來模擬傳統(tǒng)儀器的控制畫面，并形象直觀地顯示測試結果，從而實現(xiàn)被測產(chǎn)品的各項測試。

測試設備有兩種可切換工作模式：自檢模式和工作模式。當測試設備在自檢模式，測試設備將與被測產(chǎn)品之間的交聯(lián)信號進行切斷處理，對切斷信號進行輸出、采集，并在內(nèi)部將監(jiān)控結果進行對比、確認。當切換到工作模式，測試設備根據(jù)仿真曲線發(fā)出傳感器等實時信號，與被測產(chǎn)品進行信號交聯(lián)。并且在工作模式下，測試設備軟件與被測產(chǎn)品進行配合，由測試設備提供被測產(chǎn)品測試所需的外部信號，從被測產(chǎn)品讀取測試結果并處理，實現(xiàn)被測產(chǎn)品的一鍵測試。

為滿足被測產(chǎn)品的測試需求，測試設備具備下列接口功能：提供12路0—10V模擬量輸出信號；提供16路離散量輸出；提供16路離散量采集；提供6路RS232總線通訊。

2 系統(tǒng)硬件設計及實現(xiàn)

■2.1 硬件總體設計

測試設備由一臺19英寸42U高的標準機柜組成。機柜前面板包括：標牌、工控機電源開關、顯示屏、USB口、VGA口。其硬件架構如圖1所示。

圖1 硬件架構

當處于工作模式時，測試設備與被測產(chǎn)品進行信號交聯(lián)，在整個硬件系統(tǒng)中，工控機是核心，當測試設備處于工作模式時，測試設備通過顯示器操作畫面按鍵，工控機通過調(diào)理箱與被測產(chǎn)品直接進行信號交互。

■2.2 調(diào)理箱設計

信號調(diào)理箱完成模擬信號的轉(zhuǎn)接、幅值調(diào)整、信號變換，數(shù)字信號的整形和電平轉(zhuǎn)換，電源激勵的隔離和變換，提供模擬負載等功能，使得測試設備輸出信號與測試產(chǎn)品信號電氣特性一致。調(diào)理箱自檢主要完成板卡的輸入輸出是否正常，通過上位軟件發(fā)出命令，通過串口給ARM處理器，ARM處理器輸出控制模擬開關芯片，進行電路的切換，將采集的數(shù)據(jù)回傳給板卡或ARM處理器（ARM處理器反饋信號給上位機軟件）滿足自檢功能。調(diào)整對板卡輸出的電壓通過調(diào)整電路達到設備技術指標要求。產(chǎn)品供電回路增加產(chǎn)品供電電流檢測供電電流功能，可以判斷產(chǎn)品初次上電是否正常，并且將數(shù)據(jù)顯示到人機界面上。

3 軟件設計

■3.1 總體設計思想

測試軟件的設計是實現(xiàn)系統(tǒng)所有檢測功能的重要保證，同時也是提高測試設備性能的載體，在整個測試設備的研制中占有很重要的地位[3]。在實際開發(fā)中，系統(tǒng)實現(xiàn)軟件開發(fā)的重點是系統(tǒng)集成架構的開發(fā)。通過集成架構，可以把選擇的項目設計成一個有機的整體，整個軟件系統(tǒng)總體結構圖如圖2所示。操作系統(tǒng)為美國Microsoft公司的Windows7 Professional，數(shù)據(jù)庫使用SqlServer保存配置信息，使用Visual Stdio 2017 開發(fā)工具進行開發(fā)。Visual Stdio 2017可以直接打開并處理 C＃、 C ++ 、 Ruby 、 Go 等一系列語言的任何文件，提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、僅產(chǎn)生少量的機器碼以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的編程語言。主要用于定制化開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)，它提供的編程語言大大提高了開發(fā)人員的工作效率。

■3.2 測試設備軟件

測試設備軟件是軟件系統(tǒng)中具有相對獨立功能的軟件實體，合理的劃分各分組件，有利于整個項目的復用和實現(xiàn)，以及提高測試系統(tǒng)的配置管理。組件分配越細致，其專業(yè)程度就越高；粒度越小，組件越易于復用，但管理組件等代價將增大。劃分組件時應從功能模塊的完整性、高內(nèi)聚和低耦合性等方面出發(fā)。依據(jù)重用原則、閉包原則、單人組件原則、消息傳遞原則，將測試設備組件劃分如圖3所示。

圖2 軟件系統(tǒng)總體結構圖

圖3 測試設備組件劃分

其中用戶管理組件主要完成用戶身份的驗證、用戶的增加、刪除、修改、查詢等功能。可通過不同的用戶身份進入不同的系統(tǒng)測試操作方式。比如，測試，維護，管理等都有不同的操作權限。

產(chǎn)品標定組件完成被測產(chǎn)品的信號檢測功能，實時顯示其結果進行維護調(diào)整。

測試項目組件提供測試設備各種項目名稱，點擊開始試驗按鍵后一鍵啟動，自行分析判斷整個試驗過程中的數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，并將測試結果保存到數(shù)據(jù)庫中。

產(chǎn)品排故組件將被測產(chǎn)品的故障信息進行浮現(xiàn)，方便操作人員進行分析判斷。

數(shù)據(jù)查看組件主要功能是保存測試數(shù)據(jù)并根據(jù)操作要求進行查看、打印測試數(shù)據(jù)。

■3.3 軟件編程方法

用戶交互操作界面層：采用標準Windows GUI風格，為用戶提供統(tǒng)一、快捷的操作界面?？稍诰€顯示試驗臺和被測產(chǎn)品的狀態(tài)參數(shù)量值，使操作者能夠即時了解產(chǎn)品及設備的運行狀態(tài)，具有完善的試驗數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、生成報表及輸出、存儲數(shù)據(jù)回放等操作、全中文顯示界面。

便攜式測試計算終端：負責整個測控流程的定制、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理、試驗過程控制、網(wǎng)絡通訊等功能。主要完成采樣通道配置管理、標定與校驗、設備自檢、信號調(diào)理調(diào)整、工程單位轉(zhuǎn)換、試驗曲線生成和模擬輸出、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和格式轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡傳輸?shù)裙δ?。該層是本軟件平臺的核心部分。

數(shù)據(jù)采集和通訊單元：這些軟件模塊和組件單元都是建立在Windows系統(tǒng)內(nèi)核和數(shù)據(jù)采集設備基礎上的，不同測試設備對應的硬件資源不同，因此需針對具體測試設備開發(fā)系統(tǒng)組件，并定義好調(diào)用接口。它們構成了系統(tǒng)的各個AI、DI、測量參數(shù)的采集和DO控制輸出，以及通訊回路。這些模塊以及設備通訊組件為整個PCI系統(tǒng)提供底層支持服務。

數(shù)據(jù)查看：通過建立數(shù)據(jù)庫，提供整個測控系統(tǒng)軟件的運行支持，對界面參數(shù)定義、控制參數(shù)調(diào)整、數(shù)采通道定義、數(shù)據(jù)存儲格式，用戶權限設定等進行在線配置，實現(xiàn)對計算機操作系統(tǒng)乃至硬件的訪問和控制。

■3.4 系統(tǒng)測試流程

系統(tǒng)的整體測試流程如圖4所示。

圖4 整體測試流程圖

測試系統(tǒng)上電后，首先進行測試設備自檢測，如果自檢通過，系統(tǒng)進行用戶登錄確認，通過登錄后，系統(tǒng)進行測試主流程。完成登錄后，根據(jù)用戶選擇測試設備可進入不同測試場景。如果用戶選擇測試項目中的各子項，測試設備將按預先設定好的測試流程完成系統(tǒng)一鍵測試。如果用戶選擇單項測試，可進一步選擇單項測試。所有測試完成后，測試設備可根據(jù)用戶選擇，決定是否查看測試數(shù)據(jù)，生成測試報表。完成所有測試及顯示后，被測產(chǎn)品下電，整個測試結束。

4 試驗結果與分析

測試設備研制完成后進行了一系列試驗以驗證其是否達到了預期的功能性能要求。

（1）系統(tǒng)聯(lián)試功能。測試設備通過調(diào)理箱將測試設備的信號輸出。當外接被測設備，測試設備切換至工作模式，被測產(chǎn)品與測試設備能正常進行交聯(lián)工作，并可通過測試設備監(jiān)測關鍵數(shù)據(jù)的實時狀態(tài)。

（2）一鍵啟動功能。當測試設備與被測產(chǎn)品安裝固定后，在測試設備上點擊開始試驗，開啟一鍵測試模式，啟動被測產(chǎn)品的自動測試，當測試完成后測試設備能將測試內(nèi)容進行存儲，并將測試結果按照預先設定格式生成試驗報告。

（3）產(chǎn)品排故功能。測試設備針對整個測試過程中出現(xiàn)的故障問題，具備多種協(xié)助故障定位、排除手段。通過產(chǎn)品排故的執(zhí)行計劃，可對被測產(chǎn)品進行故障復位。通過測試設備降低了故障定位、排查的難度，加快了故障排除的進度。

（4）設備自檢功能。測試設備上電后，自動進行設備自檢。自檢結束后，如果無故障，用戶可進行下一步用戶登錄操作，如果自檢不通過，用戶不能登錄，禁止用戶進一步操作，禁止登錄，有效的保證了整個操作的安全性。

通過上述試驗證明，基于組件模型開發(fā)的多功能航空測試設備實現(xiàn)了預期的設計要求，能夠滿足被測產(chǎn)品在產(chǎn)品調(diào)試、交付試驗、驗收、故障排除中的測試要求。

5 結束語

本文從實際使用需求出發(fā)，基于組件模型和虛擬儀器技術的開發(fā)方法，研制出多功能航空測試設備。該測試設備已成功應用于某航空產(chǎn)品調(diào)試、試驗、聯(lián)調(diào)、排故等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了一機多用，避免了各個環(huán)節(jié)重復開發(fā)設備造成的浪費。

經(jīng)過使用后證明，該測試設備的軟/硬件設計合理、自動化程度高、工作穩(wěn)定可靠、操作方便，能滿足該航空電子控制器的多種測試需求。