基于通用仪器的远程测试系统*

2010-04-26董沛然辛爱学

舰船电子工程 2010年10期

董沛然辛爱学

(海军青岛通信修理厂青岛 266071)

1 引言

目前,电子装备的测试仍然主要依靠分散的通用仪器仪表,对每项技术指标进行分步测试,技术人员根据测试数据对电子装备的技术状态进行判断。测试工作量大、测试速度慢、准确率低,不能满足电子装备快速、精确维修测试的需要,也不能满足远程检测和远程诊断、远程指导的装备保障远程化的需要。如何快捷、准确地完成对通信装备的测试和故障诊断,实现通信装备的远程保障支援,是摆在我们面前的一大问题。

2 总体技术方案

基于通用仪器的远程测试系统由分散放置的测试设备通过局域网组成分布式测试系统(参见图1网络化测控示意图)。分散放置于各实验室的测试仪器通过 LAN或经GPIB-LAN、RS232-LAN转接器与网络相连,被测设备的遥控接口经LANRS232转接器与网络相连,电子设备与 LANRS232转接器为移动设备,可在放置测试设备的实验室或工作区移动,根据所选测试项目,进行巡回测试。所开发的测试软件安装在各网络节点(包括服务器)上。该软件由测试管理系统、测试控制系统和数据处理系统三部分组成。

对通信装备进行测试时,在某网络节点上运行测试软件,测试管理系统完成与被测电子设备和标准设备相关的测试信息的登记;而后进入测试控制系统,通过选择,对相关测试项目实施测试。网络中的用户可根据权限,或通过网页控制测试过程,或通过网页观看测试过程,还可以通过视频、语音或短消息对测试过程加以指导和评论。测试过程以数据库相关测试功能表格和测试数据表格为指引,对测试过程进行引导。所有数据存入服务器相应数据库中。

进行测试时,按系统提示,完成所选定测试项目的硬件连接,若自检通过,则启动所选项目的自动测试程序。测试完毕,数据处理系统完成对被测电子设备测试数据的处理、被测项目合格与否的判断或电子设备故障状况的诊断。所有测试数据都存入服务器中。测试软件对数据进行综合分析,判定测试结果。

3 系统硬件组成

主要组成部分:

1)计算机:通用PC机;

2)适配器:用于测试仪器、被测装备测试信号端转接;

3)RS232-LAN:完成串口 RS232与LAN的转换,实现对通信装备的网络控制;

4)GPIB-LAN:完成通用接口总线GPIB与LAN的转换,实现对各台式GPIB接口测试仪器的网络控制;

5)无线网络:用于同远程测试设备的通信;

6)可连接的仪表设备;

7)具备LXI总线的仪表;

8)具备GPIB总线的仪表;

9)自主开发的便携式测试仪器;

10)虚拟仪器;

11)被测设备:电子设备。

硬件连接如图2所示。

4 系统软件组成

利用C#及图形化编程软件 LabVIEW完成对系统测试软件的编制。设计严格按测试方法及数据处理要求进行,同时在测试过程中提供测试连接图、测试方法及相关动态帮助。

图2 硬件连接示意图

4.1 软件总体框图

按照系统的测试需求和对测试仪器的控制要求,该系统软件结构框图如图3所示。

图3 软件总体框图

4.2 软件功能设计

系统前台管理主要对系统进行综合管理,实现测试系统的数据管理及结果输出,主要包括系统电子设备测试、测试报告管理、仪器信息、用户管理、数据管理、系统帮助等功能。

◦电子设备测试:先进行测试设备的登记,根掘所登记的被测设备型号,执行仪器测试程序,系统同时对测试数据进行处理,并显示测试结果,生成包含测试数据的报表;

◦测试报告管理:可预览或打印测试证书;

◦信息管理:提供组成系统的仪器设备信息、测试依据文件、设置使用权限等;

◦数据浏览:查询测试历史数据;

◦用户管理:添加、删除用户;改变用户权限;

◦系统帮助:提供操作帮助。

4.3 测试模块设计

利用NT公司的虚拟仪器平台LabVIEW编写测试程序,仪器测试模块设计流程如图4所示。

在网络化测试系统中,硬件是为了解决信号的输入输出,软件是系统集成控制的关键。仪器驱动器是与特定仪器进行通讯和控制的软件,主要包括数据采集模块和测试模块。

图4 仪器测试模块设计流程

1)仪器驱动器的设计准则

在开发仪器驱动器的时候,首先必须定义它的层次结构,即定义它的基本功能和开发时模块的层次。一个完善的仪器驱动器不仅仅是一些功能函数的组合,它还是用户开发应用程序的工具。

2)仪器驱功器设计流程

在测试应用中,完善的仪器驱动器是仪器操作和使用知识的高度综合,如图5所示。

(1)熟悉仪器和获得实际操作经验

熟悉仪器操作,通读仪器操作手册,驱动器函数基于仪器编程手册,在编程之前应学会使用仪器。进行实际操作,获取实际操作经验;也可以在虚拟仪器面板上进行操作。

(2)研究仪器手册中的编程命令及GPIB库

仔细研究手册的编程部分和GPIB库,对仪器支持的控制和功能有一个全面的了解。同时,虽然在仪器手册中提供了一些构造仪器驱动器的信息,但用户不能完全依靠它,仪器的知识和它的使用才是最终的指南。手册命令部分与仪器驱动器部分虽有较好的对应关系,但是在实际应用过程中,将这些命令组合在一起,完成一定的功能还要做一定的工作,对于一组命令,设计者必须根据它们的功能把它们分成两组或多组函数。

(3)生成仪器驱动器

根据需要,对所需功能较少的仪器,用户可自行编写仪器驱动程序。

(4)调试仪器驱动器

将主控计算机与实际仪器相连,以调试仪器驱动器。

3)仪器驱动器设计总结

为使软件的可靠性、可移植性强,也为了方便程序的编写,把测试模块中的许多功能都编写成子VI,当编程用到该功能时,只需调用该子VI就可以了,子VI主要包括组件VI和应用VI,组件VI,它们是一些单独的软件模块,每一个软件模块负责控制一些特定的仪器功能。应用VI,其主要功能是联合一些组件VI来实现一些基本的仪器测试和测试操作。包括初始化 VI、配置VI,动作/状态VI、数据 VI、附属工具 VI、闭合 VI。初始化 VI是在测试模块中第一个被执行的仪器驱动器VI,它还可以完成一个ID查询并且将该仪器置于缺省状态或任何其他指定的状态。

配置VI,就是一些用来配置测试仪器以使其完成所需操作的软件程序。根据测试中的实际操作步骤对仪器发送相应程控命令,在调用完这些VI之后,仪器就开始对系统进行自检和测试。

动作/状态分类中包含有两种类型的VI。动作VI控制开始或终止测试仪器测试和测试的操作。这些VI并不改变仪器的设置。而仅仅是命令测试仪器执行某一基于当前配置的动作。状态VI则用来获取仪器的当前状态或是未来操作的状态。

数据VI是一些负责从仪器中,发送和接收数据的VI,其中包括一些能从测试仪器中读取测试值和波形的VI,将测试数据进行运算和比较的VI,以及一些能将波形或数据块下载到原仪器中的VI等。

附属工具VI是用来完成驱动器VI的各种辅助操作功能的。这些VI包含有复位、闭合VI等。

4.4 测试报告的生成和打印

测试报表包含测试数据、结果判定等内容。本系统采用LabVIEW中的ReportGeneration工具的强大功能,将数据库中各个测试子模块的数据进行运算,得到报表的页面表格设冒和总页数,利用NewReport,VI建立新的报表并将reportype选择为 WORD,利用 Append table to Report.VI、Get Report Setting.VI和Append Report Text.VT等子函数,生成并保存证书。

4.5 证书管理模块设计

在证书管理模块中采用调用证书的方式打开硬盘中的证书,这不但节省系统资源而且方便查看证书。流程图如图6所示。

4.6 信息交互软件工作流程

在运行系统测控软件的同时,现场的操作人员可通过信息交换软件同远端的用户进行信息交互,信息交互的流程如图7所示。

4.7 电子设备管理、测试软件工作流程

系统软件包括管理软件和装备测试软件,系统软件首先运行管理软件,通过管理软件管理测试信息并调用测试软件,具体运行流程如图8所示

4.8 测试系统网络化远

程测控和数据共享

LabVIEW工具软件本身在编程时所具有的直观、便捷、易于实现测试界面网络共享的优势。但对于在生成可执行应用程序后,如何进行测试界面信息的共享,则是一大难点。下面说明测控程序开发出来以后,如何独立于 LabVIEW开发环境之外,进行远程界面发布的过程。

1)在WEB发布工具中设置发布程序的网页。在Web上发布H TML(Hypertext Markup Language,超文本链接标示语言)文件的方法:首先生成一个HTML文件,文件中包括程序前面板和文本说明,这个文件保存以后,在发布程序的机器上运行Web服务器,网络上的任何计算机不管是否安装了LabVIEW,只要按规定格式在Web浏览器中输入URL,就可以查看保存的Web页。如果发布网页的程序在计算机内存中,则Web页中包括程序的前面板图像;否则将只有文本内容。

一个程序发布多个不同的网页,各个机器可以分别浏览。

图8 电子设备管理、测试软件工作流程

2)在项目工程中生成可执行程序或安装程序在所建的 LabVIEW 项目工程中,用鼠标右击“我的电脑”,选择添加发布程序的网页文件MEASURE.html,把它添加到“项目文件”中。而后在“程序生成规范”中做相应的设定,生成测试应用程序。

若要在某微机上运行该测试应用程序,首先要在该微机上安装LabVIEW8.5引擎。其次,把生成应用程序时产生的包括可执行程序及data文件夹在内的所有文件都拷贝到运行该测试程序的微机上,打开“x.ini”文件(其中“x”为测试应用程序的文件名),确认文件中包含以下语句:

WebServer.Enabled=True

如果该文件中没有此语句,就在其中加入该语句。

另外,把语句WebServer.RootPath所列默认的[LabVIEW]www路径改为data文件夹所在的路径。最后保存并关闭修改后的“x.ini”文件。

3)在客户端对可执行程序发布的远程面板进行访问。在发布程序的计算机上运行发布远程面板的可执行程序后,就可以在Client端访问Web Server上的远程面板了。有以下两种方式访问远程面板。它们分别是:在Web上浏览程序前面板和在Web上浏览或操作HTML文件中的远程面板。

要实现测试数据和测试指令网络传输功能,达到同步观看的效果,甚至在权限许可的情况下,能够对测试现场进行控制,在软件编制时,按照测试逻辑,在软件上对测试过程进行了合理设计,从而避免了操作冲突和逻辑混乱。

4.9 远程信息交互和维修支援

通过测试系统网络化远程测控解决了测试过程远程自由控制和数据共享,但要实现远程编修支援,则还需要利用网络即时通信技术进行包括视频、音频、文字等方面的信息交互,这样,才能充分调动各网络节点人力、智力等资源,为电子设备的维修提供有力的技术支持。下面就说明一下基于RTC的即时通信软件设计方法。

4.9.1 微软RTC技术

RTC(Real-time Communication Client API),是微软公司提出的针对即时通信的一套API。使用RTC可以建立多种通信模式的应用程序,可以是PC到PC的模式,也可以是PC到电话或者电话到电话的模式。通信中可以集成多种媒体,如语音、视频、即时消息等,如果是PC到PC的通信模式还可以进行应用程序共享,例如白板共享。

4.9.2 即时通信系统的设计

系统是典型的客户/服务器结构,服务端采用开源的VOCAL协议栈,但不是完全的照搬过来,而是根据项目需求对原有的VOCAL体系结构进行裁剪和修改后得到的。客户端在 RTC Client API基础上构建而成。

4.9.2.1 服务器端

服务端采用了VOCAL协议栈,为构建一个稳定可靠的即时通信核心奠定了坚实的基础。服务端主要包含四个服务器,MS,RS,PS和NATMS。前三种服务器是VOCAL中己有的服务器,主要工作是删减其不需要的部分,包括计费和网管等功能。NATMS是为了实现异种终端在NAT后的互通问题而增加的。

4.9.2.2 客户端

客户端的主要功能是接收用户的命令,构造相应的 SIP请求并发送给 VocalSevrer;同时接收VOCALSevrer返回的响应,解析处理后采取相应的动作,这些消息交互都是在事务中进行的。