VXI虛擬儀器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

方案綜述:


前言


    海軍艦艇上裝備的通信聲納，模塊化電路板數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元器件多，使用中故障率相對(duì)較高。目前，其故障診斷一般采用人工方法在樣機(jī)上直接測(cè)試將故障定位到電路板級(jí)，操作復(fù)雜，所需時(shí)間長(zhǎng)，而且由于經(jīng)費(fèi)所限，不可能將每塊有故障的電路板都按報(bào)廢處理。因此，將電路板的故障定位到功能器件級(jí)是部隊(duì)裝備維修管理的重點(diǎn)工作。VXI總線技術(shù)被稱為面向21世紀(jì)的測(cè)量技術(shù)，它成功地實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器的構(gòu)想，達(dá)到了自動(dòng)數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)開放式結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。因此，我們采用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)了通信聲納通用電路板VXI測(cè)試診斷系統(tǒng)，以縮短測(cè)試診斷時(shí)間，提高測(cè)試診斷效率，減少裝備維修費(fèi)用。


硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)


    1．硬件系統(tǒng)方案選擇

    一方面，GPIB技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展比較成熟，其優(yōu)越性是通用性、易擴(kuò)展性；另一方面，目前國(guó)內(nèi)外已流行更加先進(jìn)的VXI“即插即用”總線系統(tǒng)，其突出優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率高，即插即用，方便靈活。因此，在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)，我們綜合利用兩種總線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，按照以VXI卡式儀器為主，GPIB程控分立儀器為輔的原則，以全面提高系統(tǒng)的通用性、自動(dòng)化程度為指導(dǎo)思想，設(shè)汁系統(tǒng)硬件的組成結(jié)構(gòu)。目前，系統(tǒng)硬件主體框架選用Tektronix公司的C尺寸VXI主機(jī)箱，內(nèi)置0槽控制計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。VXI機(jī)箱中插入五個(gè)VXI即插即用卡式模塊：TektronixTVS641四通道示波器、RACMJ151任意波形產(chǎn)生器、TektonixVX4820數(shù)字測(cè)試模塊、TektronixVX4380矩陣開關(guān)、TektronixVX4101多用表模塊。GPB程控分立儀器ELGARAT8000A程控直流電源通過GPIB總線與O槽控制器中的GPIB接口卡相連，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的通信。另外，我們自行開發(fā)了通用標(biāo)準(zhǔn)接口和利用每塊被測(cè)電路板的適配器，用于被測(cè)對(duì)象與測(cè)試系統(tǒng)的聯(lián)接。


    2．通用標(biāo)準(zhǔn)接口和接口適配器的設(shè)計(jì)

    通用標(biāo)準(zhǔn)接口是各測(cè)試功能模塊與接口適配器之間的連接器，它們共同構(gòu)成測(cè)試模塊與電路板之間的橋梁。通用標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)下列功能：1.連接器功能；2.部分信號(hào)產(chǎn)生功能；3.簡(jiǎn)單的控制功能；4.聲光指示功能。
    接口適配器完成標(biāo)準(zhǔn)接口與待測(cè)試板之間的連接，通過它把待測(cè)試板需要的激勵(lì)信號(hào)從標(biāo)準(zhǔn)接口加到待試板，也把待測(cè)試板的響應(yīng)信號(hào)回饋到標(biāo)準(zhǔn)接口。接口適配板不能互換，每一種電路板都有自己專用的適配。


軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)


    軟件是虛擬儀器測(cè)試診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵。美國(guó)NI公司的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)Labwindows/CVI，是一個(gè)基于ANSI C的、交互式C語言集成開發(fā)平臺(tái)，這對(duì)具有C語言編程經(jīng)驗(yàn)的用戶來說，使用起來更為方便。因此，我們選擇CVI作為軟件平臺(tái)，以簡(jiǎn)化程序開發(fā)，提高編程速度。

    在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，考慮到面向部隊(duì)方便使用的總體原則，創(chuàng)建了全中文操作界面，菜單及所有的面板均采用中文顯示方式，并給出各項(xiàng)操作的中文幫助和提示。測(cè)試人員只需利用計(jì)算機(jī)的鍵盤和鼠標(biāo)，通過操作直觀易懂的中文界面虛擬面板，就可完成復(fù)雜的測(cè)試診斷任務(wù)；另外，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，分析、保存原始數(shù)據(jù)資料，為日后的裝備檢修提供第一手資料。


    1.軟件系統(tǒng)構(gòu)成

    軟件系統(tǒng)包含以下幾部分內(nèi)容：系統(tǒng)測(cè)試管理軟件；系統(tǒng)自檢、校驗(yàn)軟件；被測(cè)電路板測(cè)試診斷數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)測(cè)試診斷數(shù)據(jù)庫(kù)；系統(tǒng)測(cè)試診斷程序集；被測(cè)電路板測(cè)試診斷報(bào)告。

    系統(tǒng)測(cè)試管理軟件提供一個(gè)友好的中文操作界面，用于管理整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行測(cè)試診斷任務(wù)。

    系統(tǒng)自檢、校驗(yàn)軟件用于對(duì)整個(gè)測(cè)試診斷系統(tǒng)進(jìn)行自檢和校驗(yàn)。

    被測(cè)件測(cè)試診斷數(shù)據(jù)庫(kù)為輸入模塊，用于輸入被測(cè)件的物理信息（作為測(cè)試診斷的標(biāo)準(zhǔn)值）、測(cè)試診斷要求規(guī)范、被測(cè)電路板的電路圖等有關(guān)測(cè)試診斷信息，以便對(duì)不同的被測(cè)電路板自動(dòng)選擇正確的測(cè)試診斷方案。

    系統(tǒng)測(cè)試診斷數(shù)據(jù)庫(kù)包括電源與信號(hào)源信息庫(kù)、測(cè)試設(shè)備設(shè)置信息庫(kù)、性能測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)超差降格數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、專家輔助診斷數(shù)據(jù)庫(kù)等。

    系統(tǒng)測(cè)試診斷程序集提供被測(cè)件的測(cè)試和診斷流程，根據(jù)測(cè)試診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中被測(cè)電路板的有關(guān)信息，控制相應(yīng)的激勵(lì)源和測(cè)試設(shè)備，完成對(duì)被測(cè)電路板的測(cè)試診斷和結(jié)果顯示。

    被測(cè)電路板測(cè)試診斷報(bào)告根據(jù)測(cè)試診斷程序執(zhí)行的結(jié)果，輸出被測(cè)電路板的有關(guān)測(cè)試診斷結(jié)果信息。


    2.軟件系統(tǒng)功能

    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)有性能測(cè)試、故障診斷、輔助診斷、信息顯示等主要功能。

    性能測(cè)試按照數(shù)據(jù)庫(kù)已建立的信息對(duì)被測(cè)件的標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)運(yùn)算，并與允許范圍比較，對(duì)性能指標(biāo)合格與否作出判斷。

    故障診斷功能執(zhí)行測(cè)試診斷程序集中的相應(yīng)測(cè)試診斷程序，采集故障數(shù)據(jù)，根據(jù)故障診斷數(shù)據(jù)中的診斷信息，對(duì)被測(cè)電路板實(shí)施故障自動(dòng)查找，判斷出故障區(qū)域。

    專家輔助診斷功能主要針對(duì)部分單體被測(cè)件，借助人工輔助探頭，利用專家診斷知識(shí)庫(kù)，采用人機(jī)對(duì)話方式，對(duì)被測(cè)電路板故障更精確定位。

    信息顯示功能提供被測(cè)件的電原理圖、印制板圖等。利用提供的信息顯示功能，在相應(yīng)的圖冊(cè)上指導(dǎo)用戶測(cè)試診斷的過程，測(cè)試的部位，故障元件的部位、名稱、幫助用戶快速查找修復(fù)故障。


    3.軟件開發(fā)中的有關(guān)問題

    （1）測(cè)試結(jié)果的表示

    根據(jù)以往裝備使用經(jīng)驗(yàn)和電子測(cè)試的相關(guān)理論，即使被測(cè)電路的性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)不相符，也可能并不存在故障，而且在對(duì)裝備性能要求不是很高或者是戰(zhàn)時(shí)、訓(xùn)練時(shí)間緊迫的情況下，該裝備仍可使用，即“降格使用”。我們開發(fā)的該測(cè)試系統(tǒng)同時(shí)面向部隊(duì)和維修單位，既要滿足平時(shí)維修使用中測(cè)試準(zhǔn)確度高的要求，又要滿足戰(zhàn)時(shí)、訓(xùn)時(shí)測(cè)試時(shí)間短、效率高的要求。為此，將測(cè)試結(jié)果設(shè)計(jì)為三檔，即合格、降格、不合格，分別用綠色、黃色、紅色指示燈表示。故障診斷和輔助診斷中的測(cè)試結(jié)果表示都進(jìn)行了同樣的設(shè)計(jì)。


    （2）測(cè)試安全性方案

    在測(cè)試診斷過程中，需要考慮有關(guān)安全性和方便易用性的要求。為了不影響整個(gè)測(cè)試診斷程序的完整運(yùn)行，考慮將下面的問題設(shè)計(jì)為由時(shí)間控件控制的中斷事件：

    a.當(dāng)用戶選定了被測(cè)電路板，需要選用正確的與之配套的適配器。雖然已在各適配器上標(biāo)明其對(duì)應(yīng)的電路板，但考慮到有的用戶仍會(huì)因各種原因插錯(cuò)適配器，從而可能毀壞被測(cè)電路板和測(cè)試模塊，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)再次考慮這個(gè)問題，將它設(shè)計(jì)為一個(gè)中斷來處理。軟件方面將標(biāo)準(zhǔn)通用接口上用于插接適配器的插座上留出n位，用作適配器的判別編碼。軟件方面，預(yù)先在測(cè)試系統(tǒng)中存儲(chǔ)每塊適配器的編碼，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)時(shí)間控件，查詢是否滿足其所控事件發(fā)生的條件。當(dāng)用戶按照操作提示插人適配器后，標(biāo)準(zhǔn)通用接口將相應(yīng)的編碼送人I/O模塊，測(cè)試系統(tǒng)采集到編碼并與預(yù)先存儲(chǔ)的編碼相比較。時(shí)間控件不停查詢的條件就是“所采集的編碼與預(yù)存的編碼不一致”。當(dāng)查詢到該條件時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間控件所控制的事件——給出操作錯(cuò)誤提示“對(duì)不起，您插錯(cuò)了適配器!”，提示用戶重新插入正確的適配器，同時(shí)采取相應(yīng)的措施保護(hù)被測(cè)電路板和測(cè)試模塊。

    b.用戶在測(cè)試過程中可能會(huì)因各種原因隨時(shí)從標(biāo)準(zhǔn)通用接口上插人或拔下被測(cè)電路板（比方說，用戶可能拔下電路板以確認(rèn)某個(gè)器件的標(biāo)值），這種動(dòng)作很可能會(huì)損壞被測(cè)電路板和測(cè)試模塊，所以程序設(shè)計(jì)必須做到：在被測(cè)電路板被拔下前要斷開電源和信號(hào)，在被測(cè)電路板被插入后再加上電源和信號(hào)。為此，硬件設(shè)計(jì)時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)通用接口上留有信息編碼位，對(duì)被測(cè)電路板的插入和拔出給出不同的信息編碼。在測(cè)試軟件中，通過一介時(shí)間控件來控制對(duì)被測(cè)電路板上信號(hào)和電源的通斷。具體實(shí)現(xiàn)方法與上述（1）類似。


    （3）虛擬功能模塊的開發(fā)方法
    對(duì)于提供了儀器驅(qū)動(dòng)程序的模塊，其虛擬儀器模塊的開發(fā)可直接應(yīng)用它的驅(qū)動(dòng)程序中的相關(guān)函數(shù)，進(jìn)行一定的邏輯組合，實(shí)現(xiàn)特定的功能。比如說，TVS641四通道示波器可用于進(jìn)行波形測(cè)試、電壓測(cè)試、頻率測(cè)試，這些功能都可以做成相應(yīng)的虛擬功能模塊。

    對(duì)于沒有提供儀器驅(qū)動(dòng)程序的模塊，可以有兩種處理方法，一種是自行開發(fā)其儀器驅(qū)動(dòng)程序，但開發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下，可采用另一種方法——用VISA語言使測(cè)試模塊執(zhí)行它的底層儀器命令，并將這些命令進(jìn)行邏輯組合，用以實(shí)現(xiàn)測(cè)試模塊的待定功能。系統(tǒng)中所用的GPIB分立儀器AT8000直流程控電源，其虛擬儀器模塊即用此方法開發(fā)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、快速，但也使應(yīng)用程序顯得復(fù)雜、繁瑣，適合于測(cè)試中只用到儀器模塊部分功能的情況。


結(jié)束語


    適應(yīng)軍用ATE的發(fā)展趨勢(shì)，本文提出了一種采用虛擬儀器技術(shù)、以LabWindows/CVI為軟件開發(fā)平臺(tái)、用VXI模塊和GPIB儀器共同組成的艦載聲納用電路板測(cè)試診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方案，在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步開發(fā)通用電路板VXI測(cè)試診斷系統(tǒng)，向軍用ATE標(biāo)準(zhǔn)化方向努力。