湯冠楚

（江西科技學(xué)院人工智能學(xué)院，江西 南昌 330098）

隨著新型機(jī)載電子設(shè)備更新加快，針對(duì)特定機(jī)載電子設(shè)備研制專用測(cè)試設(shè)備的傳統(tǒng)做法不適應(yīng)新裝備的修理檢測(cè)需要，采用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已成為必然的選擇[1]。實(shí)踐證明自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已成功應(yīng)用于各種測(cè)試領(lǐng)域[2-8]。然而，盡管通用自測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試資源雖多，但傳統(tǒng)人工檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大、易出錯(cuò)、效率低的難題仍隨之出現(xiàn)，為此，急需開發(fā)設(shè)計(jì)通用測(cè)試的系統(tǒng)自檢子系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)通用自測(cè)系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)、快速自測(cè)試的良好功能運(yùn)用，為故障模塊快速檢測(cè)定位提供新手段。

1 自檢測(cè)方案

由文獻(xiàn)[9-11]可知，通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的自檢方案主要有基于儀器自檢、儀器比對(duì)、開關(guān)切換和綜合自檢等自檢方案。結(jié)合該型通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種簡(jiǎn)捷綜合自檢方案，其主要內(nèi)容先后依次為：一是利用PXI 模塊和GPIB 設(shè)備具有的自檢功能；二是對(duì)首次或多次使用的重要模塊的測(cè)試; 三是對(duì)開關(guān)和多路復(fù)用器模塊的測(cè)試；四是模塊間綜合互連的測(cè)試。其中，綜合互連測(cè)試的基本原則是: 一是利用具有輸入輸出功能的模塊進(jìn)行自身閉環(huán)測(cè)試，以判斷其功能的好壞；二是利用系統(tǒng)中相近信號(hào)的發(fā)送模塊與接收模塊之間進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證各模塊功能的有效性；三是利用已測(cè)試的激勵(lì)信號(hào)和測(cè)量設(shè)備，通過控制開關(guān)類模塊的通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)類模塊的檢查與判斷；四是相同類型的信號(hào)輸出模塊的通道數(shù)與輸入模塊的通道數(shù)不致時(shí)，通過多路復(fù)用器或開關(guān)來進(jìn)行切換，測(cè)試各個(gè)通道的功能和性能。

2 系統(tǒng)功能分析

自檢測(cè)的系統(tǒng)是一套適用于測(cè)試低頻、數(shù)字/模擬混合型機(jī)載電子設(shè)備的小型非實(shí)時(shí)通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的總線為PXI 和GPIB。系統(tǒng)的組成框圖如圖1 所示。

圖1 通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件組成框圖

系統(tǒng)硬件主要由PXI 零槽控制器為主的人機(jī)控制子系統(tǒng)、交直流程控電源子系統(tǒng)、多路復(fù)用器等開關(guān)子系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備等DAQ 子系統(tǒng)、1553B 及429 航空總線板卡等通訊子系統(tǒng)和RCV 接口子系統(tǒng)組成。其中，交直流程控電源子系統(tǒng)中的N6701A 型直流電源、2253ix 和SW5250A 型交流程控電源是通過GPIB 總線連接至PXI-8109 PXI 型零槽控制器。其它所有PXI 模塊都是安裝在PXI-1045 型機(jī)箱內(nèi)。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)通用性，將PXI 模塊和GPIB 設(shè)備的輸入輸出接口都通過連接電纜分類連接至RCV 接口子系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自檢子系統(tǒng)硬件主要由IIA 接口、IIA 適配耦合電路和適配箱等組成。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 自檢子系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.2 接口設(shè)計(jì)

根據(jù)自檢測(cè)方案對(duì)通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的資源進(jìn)行系統(tǒng)分析、逐一分類后，設(shè)計(jì)有三用表、交直流電源、多路復(fù)用器、矩陣開關(guān)、SPST 功率開關(guān)、SP- DT 功率開關(guān)、數(shù)字I/O 模塊1/2、智能數(shù)采模塊、總線通訊模塊和軸角模塊等11 個(gè)電氣連接電路。由于篇幅有限，現(xiàn)以三用表連接電路為例加以說明，電氣連接圖如圖3 所示。

圖3 三用表電氣線路連接圖

該電路主要利用SPDT 功率開關(guān)的一個(gè)通道，和兩個(gè)VPC吸合指示開關(guān)，對(duì)耦合電路中的識(shí)別電陰進(jìn)行測(cè)試。控制開關(guān)通/斷狀態(tài)，用三用表讀取不同狀態(tài)下的電陰值，從而判斷三用表檢測(cè)線路是否良好和ITA 的吸合狀態(tài)。另外，三用表測(cè)試線路還直接與多路復(fù)用器的一個(gè)通道進(jìn)行連接，用于測(cè)試多路復(fù)用器和矩陣開關(guān)切換轉(zhuǎn)接過來的信號(hào)。

3.3 輔助電路設(shè)計(jì)

耦合電路作為輔助電路，其主要由電源模塊（電源和功率開關(guān)的測(cè)試）、三用表模塊（三用表模塊的測(cè)試）、數(shù)字I/O 模塊1和模塊2（數(shù)字I/O 模塊和7854R 的測(cè)試）組成。電源模塊主要由功率電陰和插座組成，其功能是測(cè)試電源設(shè)備和功率開關(guān)模塊時(shí)，作為測(cè)試負(fù)載。三用表模塊又叫識(shí)別模塊，主要由識(shí)別電陰和插座組成，其功能一是作為檢查三用表的電陰測(cè)試功能；二是作為適配器的識(shí)別電陰，不同的自檢適配器中都有不同數(shù)值的電陰。數(shù)字I/O 模塊1 主要由電陰排、電陰和插座組成，其功能是用于PXI-6511/6512 數(shù)字I/O 模塊測(cè)試，作為上拉/下拉電陰。數(shù)字I/O 模塊2 主要由電陰排、電陰和插座組成，其功能是用于測(cè)試PXI-6511 數(shù)字I/O 模塊和PXI-7854R 智能數(shù)據(jù)采集模塊測(cè)試，作為上拉/下拉電陰。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能主要有：一是提供手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試操作界面，控制設(shè)備和模塊的激勵(lì)輸出和測(cè)量輸入，采集、比較和邏輯分析測(cè)量數(shù)據(jù)，綜合判斷后定位故障；二是自動(dòng)保存測(cè)量數(shù)據(jù)。依據(jù)自檢測(cè)方案和軟件測(cè)試需求，自檢子系統(tǒng)的測(cè)試程序主要設(shè)計(jì)有模塊自檢初始化界面、自檢結(jié)果顯示界面、測(cè)試程序主界面（手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)試界面）以及幫助和版本說明界面。其中，手動(dòng)測(cè)試界面主要集中顯示系統(tǒng)相關(guān)的可執(zhí)行應(yīng)用軟件（自帶或開發(fā)），以便操作人員進(jìn)行調(diào)用和控制；自動(dòng)測(cè)試界面主要有執(zhí)行控制、項(xiàng)目選擇、數(shù)據(jù)保存/清空選項(xiàng)、測(cè)試結(jié)果及系統(tǒng)測(cè)試信息顯示框等控件，正常情況下測(cè)試過程將自動(dòng)完成，測(cè)試過程信息實(shí)時(shí)顯示。

4.2 各功能模塊設(shè)計(jì)

4.2.1 主程序模塊設(shè)計(jì)

主程序是整個(gè)軟件的支柱，其控制流程圖如圖4 所示。程序執(zhí)行時(shí)首先對(duì)系統(tǒng)硬件模塊進(jìn)行初始化，若初始化正常，則進(jìn)入主界面，若出現(xiàn)故障，則彈出初始化結(jié)果顯示界面，給出模塊各模塊檢查。主程序的主體為加載的手動(dòng)或自動(dòng)測(cè)試界面，兩者可以互相切換。

圖4 主程序控制流程圖

4.2.2 硬件初始化及結(jié)果顯示模塊設(shè)計(jì)

該模塊目的是檢查各硬件資源加電或初始化是否正常，以保證測(cè)試時(shí)資源的可用性。程序采用順序方式，按進(jìn)度信息提示，逐一對(duì)各個(gè)資源進(jìn)行檢查并形成代碼，最后根據(jù)統(tǒng)計(jì)的代碼，解析出相應(yīng)的故障硬件模塊或設(shè)備。為保證系統(tǒng)的完整性，當(dāng)出現(xiàn)故障信息時(shí)，不得進(jìn)入主測(cè)試程序，只有將故障排除，重新進(jìn)行初始化正常后，才能進(jìn)入主界面。初始化過程只能檢查資源是否可用，不能說明資源的功能或性能都正常。

4.2.3 手動(dòng)測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

在手動(dòng)測(cè)試模塊中，可以調(diào)用系統(tǒng)資源自帶的的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)各模塊和設(shè)備的控制。根據(jù)應(yīng)用程序情況，手動(dòng)測(cè)試面板設(shè)計(jì)有：NI-DMM Soft（數(shù)字三用表）、TEST（功率開關(guān)、矩陣開關(guān)和多路復(fù)用器）、CPCI75DS2（旋變角信號(hào)仿真卡）、CPCI75C3（旋變角信號(hào)測(cè)量卡）、SWCS（SW5250A 交流程控電源）、iXCGui（2253ix 交流程控電源）、Micrologic RCU/RSU（施耐德智能斷路器）、BusTools（1553B 總線板卡）、N7854R（智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備）、N67O1（直流程控電源）和通用等12 個(gè)單元。各單元可以控制打開或關(guān)閉對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序，并判斷各應(yīng)用程序運(yùn)行狀態(tài)。

4.2.4 自動(dòng)測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

該模塊中要實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)測(cè)試時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)開始/ 暫停/繼續(xù)/終止控制、數(shù)據(jù)保存、項(xiàng)目選擇和顯示等功能。為此，采用線程技術(shù)在開始測(cè)試函數(shù)中創(chuàng)建自動(dòng)測(cè)試主線程，開始測(cè)試函數(shù)的流程圖如圖5 所示。

圖5 開始按鈕操作流程圖

暫停和繼續(xù)測(cè)試函數(shù)較為簡(jiǎn)單，主要完成暫停和繼續(xù)線程及相應(yīng)的控件狀態(tài)的更改設(shè)置。終止測(cè)試函數(shù)主要是關(guān)閉已創(chuàng)建的主線程，并且根據(jù)狀態(tài)確定是否保存測(cè)試數(shù)據(jù)，其流程圖如圖6 所示。自動(dòng)測(cè)試的主線程是自檢測(cè)自動(dòng)測(cè)試的核心部分，根據(jù)自檢適配器的功能電路設(shè)計(jì)，共設(shè)計(jì)有ITA 連接判斷、多路復(fù)用器的檢查、SPST 功率開關(guān)的檢查、SPDT 功率開關(guān)的檢查、矩陣開關(guān)的檢查、電源的檢查、數(shù)字DAQ 的檢查、通訊模塊的檢查和DS/SD 軸角板卡的檢查等九個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)開發(fā)一個(gè)測(cè)試函數(shù)。

圖6 終止按鈕操作流程圖

4.3 軟件實(shí)現(xiàn)

LabWindows/CVI 沒有專門的多線程編程函數(shù)庫(kù)，而是在Windows SDK 中提供了相關(guān)的函數(shù)。多線程函數(shù)定義在winbase.h 文件中，kernel32.lib 為導(dǎo)入庫(kù)文件。在應(yīng)用多線程編程時(shí)只需要在原代碼文件中包含windows， h 即可[12]。

在編程實(shí)現(xiàn)過程中，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，在主程序中主要通過EasyTab_ConvertFromCanvas()和EasyTab_LoadPanels()函數(shù)加載手動(dòng)或自動(dòng)測(cè)試界面。在硬件初始化及結(jié)果顯示模塊中主要調(diào)用資源自帶的初始化或打開/關(guān)閉函數(shù)，如PXI_4072 模塊的niDMM_init()和niDMM_close()等。在手動(dòng)測(cè)試模塊中使用的核心的函數(shù)為L(zhǎng)aunchExecut_ableEx ()， 該函數(shù)一是可以在顯示窗口中，指定要應(yīng)用窗口如何顯示；二是返回一個(gè)已執(zhí)行應(yīng)用窗口的句柄，通過這個(gè)句柄可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行或中止該應(yīng)用窗口；另外還有TerminateExecutable () 中止一個(gè)未中止的執(zhí)行應(yīng)用；ExecutableHasTerminated()，判斷由已打開的應(yīng)用是否結(jié)束。在自動(dòng)測(cè)試模塊中運(yùn)用線程技術(shù)，通過創(chuàng)建、終止、繼續(xù)和暫停線程來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的要求，各線程函數(shù)原型如下：

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

本系統(tǒng)的軟件界面設(shè)計(jì)做到了功能全面，人機(jī)交至友好，輸入輸出清晰。當(dāng)測(cè)試軟件運(yùn)行后，初始化界面如圖7(a)所示，過程中若出現(xiàn)模塊或設(shè)備故障，將進(jìn)入結(jié)果顯示界面(如圖7(b)，若初始化正常，將進(jìn)入主程序界面，如圖7(c)所示為手動(dòng)測(cè)試界面，如圖7(d)所示為自動(dòng)測(cè)試運(yùn)行界面。通過測(cè)試，統(tǒng)計(jì)了各種測(cè)試條件下的用時(shí)時(shí)間，部分用時(shí)時(shí)間見表1，其中，全部項(xiàng)目完成測(cè)試時(shí)間為544 秒，滿足了系統(tǒng)測(cè)試用時(shí)不超過15 分鐘的要求。

表1 自動(dòng)測(cè)試程序測(cè)試項(xiàng)目用時(shí)表

圖7 軟件運(yùn)行界面圖

6 結(jié)論

通過對(duì)某型通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的資源和功能分析，提出了一種綜合簡(jiǎn)捷自檢方案。在RCV 的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了ITA 接口電路并研制了自檢適配器，利用虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套自檢子系統(tǒng)。利用自檢適配器和測(cè)試程序，對(duì)自檢子系統(tǒng)軟硬件功能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果表明，自檢子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完成了對(duì)通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確的自檢測(cè)試功能，為快速定位故障模塊提供了檢測(cè)手段，解決了通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用傳統(tǒng)人工檢測(cè)效率低、時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)量大及易出錯(cuò)的問題。