基于PXI总线的某型飞行器自动测试系统设计

姜锋，王健

(桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西桂林，541004)

1 自动测试系统的结构

某型飞行器自动测试系统属于地面测试系统，整套系统由工业控制计算机、打印机等计算机外接设备、PXI采集系统、信号调理模块、被测飞行器和测试辅助设备组成，如图1所示。通过相应电缆将上述部分连接在一起组成了某型飞行器自动测试系统的整体，通过工控机控制被测飞行器或测试辅助设备来执行相关的测试操作，实现被测飞行器的自动化测试。在测试过程中，飞行器产生的多项反馈电信号经过自研信号调理模块处理后，由PXI采集系统负责信号的采集，然后工控机负责对采集到的信号进行实时处理和分析，并对信号进行波形显示或有效值显示，以便操作人员实时掌握被测飞行器的状态。

图1 某飞行器测试系统整体结构图

2 自动测试系统硬件的设计

本系统采用的主要硬件平台是PXI总线技术的集成平台，并搭配不同的I/O模块化硬件。考虑到对PXI采集系统的保护，本文设计了信号调理模块对输入信号进行预处理，以达到对硬件系统保护的目的。

信号调理单元是被测对象和PXI采集系统之间的模拟信号和数字信号传输的桥梁。出于对PXI系统的保护和分配采集信号通道的需求，以及提升系统的抗干扰能力，信号调理单元需要设计信号分配、信号衰减电路和正弦波转方波电路。

信号分配电路：通过信号分配电路将被测飞行器输入信号分配至相应的SCSI板卡式插头对应的针脚，以便相应的PXI多功能模块完成对信号的采集。

信号衰减电路：将输入的模拟信号经过衰减电路进行衰减，预防实际测试中可能出现的瞬时大电压对PXI采集系统的破坏。但是单纯的电阻分压电路容易受到前级电路阻抗的影响导致信号失真，因此在信号输入端添加电压跟随器，起到阻抗匹配作用，提高信号带负载能力，保障信号的波形和幅值不变。

正弦波转方波电路：测试系统软件是通过对方波的下降沿进行计数的方式以计算信号频率，而输入的频率信号为正弦信号，因此在信号调理模块增加了正弦波转方波的功能电路。

3 自动测试系统软件的设计

3.1 测试流程设计

测试流程的设计是软件的核心，整个程序的编写是按照测试流程设计的，测试流程如下图2所示。

图2 测试流程图

开始测试时，系统会连接数据库读取配置的参数信息，然后通过串口发送测试指令，指定反馈时间内如果未收到正确的反馈指令时，系统会自动由异常处理线程进行处理。同时系统会对信号采集任务采集到的数据进行处理，完成波形或数值显示，对出现的异常数据提交给异常处理线程处理。当测试任务完成之后，系统会自动将本次测试数据保存至数据库中。

3.2 测试功能设计

结合被测信号的需求分析，本文自动测试系统软件的主要功能如下：

（1）系统自检：测试软件上电后，自动对系统本身的数据采集模块、设备通信是否正常进行检查，若出现异常则进行提醒，并将被测对象相关数据进行初始化。

（2）参数设置：操作人员可根据测试环境的不同对被测对象进行不同的参数设置。而且由于硬件老化等原因会造成测试误差，操作人员可以通过对参数设置的功能，从软件层面上抵消硬件带来的测试误差。

（3）测试功能：测试功能是测试系统实现对飞行器相关测试的关键，主要包括被测信号波形和有效值的实时显示、对异常信号的监测和处理、供气功能、保存测试数据等。通过这些测试功能能够完成对被测飞行器功能和性能的测试。

（4）通信功能：通信功能保证软件可以对被测飞行器和测试辅助设备下发（或接收）一系列测试指令（或反馈），以便完成对被测飞行器的相关测试。

（5）数据查询、存储、报表打印：需要使用数据库技术对测试数据进行管理，方便后期对测试数据的查询。同时使用了ReportViewer控件辅助完成报表功能的设计。

3.3 多线程技术

测试任务通常是由一个或多个测试工作组成，一同实现对被测飞行器的相应测试需求。在执行测试任务过程中必然会涉及到任务的并发问题，针对这一问题，使用了多线程技术。多线程可以将占据时间长的程序任务放置后台去处理，提升程序的响应速度和效率。多线程的实现有Thread类、ThreadPool线程池和Task等方法，本测试系统软件主要通过Thread类实现多线程。

在使用多线程技术时，考虑到多个线程在同一时间运行相同的函数而导致的数据混乱问题，使用了Lock()关键词将关键代码段设为互斥段，这样就可以保证在同一时间内有且仅有一个线程能实现对该代码段的访问，避免了数据混乱的问题。Lock()关键字使用方法如下：

4 系统部分功能测试与验证

4.1 系统自检功能验证

使用不同的PXI机箱和采集板卡的搭配设计实验组，测试系统软件均可以准确识别出机箱和板卡信息以及板卡所插卡槽位置，并与默认PXI系统配置进行对比并给出相应测试报告，符合该功能的设计要求。

使用串口辅助调试软件对通信功能自检进行验证，测试系统软件可以针对未在指定时间内收到正确反馈指令的部分进行提示，满足了设计需求。

4.2 通信功能验证

利用串口通信辅助测试软件对测试系统发送的指令进行监测，通过与通信协议内容对比，指令内容是一致的。由此可以验证测试系统软件通信自检功能符合我们设计的预期需求，满足测试系统的研制要求。

4.3 测试功能验证

（1）波形显示、有效值计算、频率测试

这里以对＋20V电压信号通道输入5Vpp/250Hz正弦波信号为例，对调试结果进行说明。图3和图4为＋20V电压信号通道波形以及有效值的显示，由图可见波形平滑无毛刺，且幅值为-2.5V～2.5V。

图3 电压通道波形显示图

图4 电压通道有效值图

使用波形发生器对输入通道分别输入＋5V的直流信号，并将软件显示的测量值与输入值进行对比，误差均在0.001V以内。

由以上内容可知，测试系统软件能够正确显示被采集波形，同时相关信号的软件误差值均在允许误差范围之内，符合测试系统的设计要求。

（2）供气功能调试结果验证

通过串口通信辅助测试软件对测试系统软件的供气功能进行串口指令监测，通过指令的收发时间可以知道供气是按照设计需求进行供气六秒停气四秒的方式进行，时间误差在±0.1s以内，满足测试系统软件设计需求。

4.4 综合调试结果分析

使用模拟器与本文设计的测试系统进行联合调试，验证测试系统各测试功能的有效性。在模拟器不加载任何故障状态下，某型飞行器非标测试系统可以自动完成相应的测试任务；当模拟器加载故障状态时，测试系统软件可以正确给出相应的提醒，并自动执行相应的停止测试操作。

对以上测试表结果分析可得，某型飞行器非标测试系统实现了所需的测试功能，满足对某型飞行器的测试需求。

5 结束语

本文某型飞行器自动测试系统在综合考虑使用场景、测试需求以及未来更新的基础上，选择采用PXI总线技术、虚拟仪器技术和模块化设计思想进行开发设计。经过系统功能测试验证，该自动测试系统具有测试能力强、测试精度高、系统稳定可靠等优点，完全满足了对该型飞行器的测试需求。同时本系统具有很强的功能扩展性和适用性，便于对系统进行更新升级，对于现代化军事装备的更新换代速度具有重要的意义。