基于PXI总线的机电计算机测试设备设计与实现

高大友，花文波，高 优

(航空工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安 710065)

0 引言

随着电子技术的不断提升,机电计算机组成越来越复杂,接口种类及数量也逐渐多样化。以往的测试方法是使用测试台通过人工拨动开关、手动调节电位器等方式向被测件发送激励信号,并通过指示灯的显示等方式来判断测试结果并将测试结果人工填入测试报告,此类测试方法操作繁杂,效率低下。为了替代效率低下的传统测试台,满足机电计算机的测试需求,我们提出了一种基于PXI总线的自动化的测试设备。PXI总线具有体积小、成本低、集成性能好、兼容性好以及开发周期短等优势[1]。本文介绍一种基于PXI总线的机电计算机自动测试设备硬件和软件的设计与实现。

1 自动测试系统组成结构

本测试设备硬件系统由供电模块、PXI总线激励采集控制系统、信号调理适配器和主控计算机等组成。软件系统可采用通用开发环境或专用测试平台构建,一般由测试程序运行环境、测试程序等组成。本自动测试设备组成结构如图1所示。

图1 自动测试设备组成结构简图

1.1 系统硬件设计

自动测试设备的硬件设计主要包括两个主要方面:仪器板卡选择和调理适配器设计。仪器完成产品的供电及基本信号的测量,设备板卡发出激励信号并进行信号采集;调理适配器主要完成设备板卡与被测件间信号的匹配。

1) 仪器板卡选择

根据被测件的测试需求及系统自身运行测试所需的资源,系统采用PXI总线标准的货架模块搭建自动测试系统。本自动测试设备是以嵌入式控制器控制的PXI总线为核心,并以GPIB总线程控交直流电源等传统仪器为辅助进行构建。

测试设备选择18槽3U尺寸的PXI机箱PXI-1044,该机箱遵循PXI和CompactPCI标准规范并按照PXI规范要求集成冷却系统,确保了测试过程稳定性。

主控计算机选用嵌入式控制器PXI-8106作为整个自动测试系统的主控机构,其前面板集成GPIB总线接口、串口等可以方便地对供电电源及信号电源进行控制。

系统多功能数据采集卡选用NI PXI-6289,可提供32路18位模拟输入、4路模拟输出、48路数字I/O,可直连至被测件进行模拟量激励和采集。

PXI-6509隔离数字I/O卡集成96路5V TTL/CMOS 24mA输入输出,8组光电隔离的数字I/O,通过调理箱进行后级电路调理将信号送至被测件。

开关阵列选择PXI-2532B矩阵开关模块,它提供512个交叉点,可工作于一线或两线模式,与万用表模块配合使用测量被测件电压电阻等。

PXI-4072可提供6位半多功能数位万用表的常用功能,它和多路复用开关2532B组合,可完成测试电阻、电压、电流,主要用于开关量测试、供电电压测试等测试项。

PXI-8423/4卡有4个可配置通信通道,可进行422或485通讯测试。

自动测试设备通过GPIB总线控制程控电源E3631A。E3631A可提供80 W三路输出,分别为6 V 5 A、+25 V 1 A和-25 V 1 A。供电切换由主控计算机测试程序控制PXI2568功率开关卡实现。

2) 调理适配器设计

调理适配器是被测件与自动测试设备之间的信号通道,它主要完成适配器自检识别设置、信号隔离及驱动、被测件电源供应及各信号的调理等功能。调理适配器主要包括适配器自检电路、适配器识别电路、转换电路和调理隔离电路等,其主要组成模块框图如图2所示。

图2 调理适配器主要组成模块框图

调理适配器自检电路将接插件处信号通过门控电路环接至采集通道,当进行适配器自检时控制门的开通或关断进行适配器的电路自检。适配器识别电路通过在适配器上设备识别电阻排及拨码开关实现。转换及调理模块通过设置驱动器、供电控制继电器及调理电路实现。

1.2 系统软件设计

此软件所实现的功能是用嵌入式控制器控制仪器及板卡完成信号的激励及采集处理。自动测试设备软件开发环境使用LabVIEW。LabVIEW是面向自动测控领域开发的图形化虚拟仪器软件平台,人机界面构造简单,测试处理模块程序编写直观,各种PXI板卡均对此开发环境提供驱动支持。利用LabVIEW技术开发检测系统,其核心部分是软件设计[2]。本软件可划分为上层人机交互层及下层子模块测试处理层。LabVIEW程序设计主要分为前面板和程序框图两个部分,前面板为软件的设计界面,而仪器内部的程序逻辑设计则是通过“后面板”——程序框图来实现[3]。本软件的人机交互层由LabVIEW前面板实现,子模块通过LabVIEW的程序框图完成。子模块测试处理层分为设备资源管理、功能性能测试、数据存储处理三部分,其软件模块具体结构如图3所示。

图3 自动测试系统软件模块结构图

每个模块功能如下:

1) 设备资源管理模块

资源管理模块主要包括设备自检、适配器识别自检及外设控制打印测试报告等功能。

设备软件启动时完成设备板卡及仪器仪表的自检,保证测试测量前硬件工作正常。

适配器识别模块通过读取适配器调理板上阻排与拨码开关组成的识别电路获取适配器的ID值与预期值进行比较。适配器自检模块由通过调用设备板卡写函数发出激励,信号通过调理板上的回绕电路至采集通道,再由设备板卡读函数读取采集值与激励值比较。

2) 功能性能测试模块

各功能测试模块则调用设备板卡驱动函数产生所需激励信号经信号隔离调理后送至被测件,信号通过被测件处理后返回主控计算机,主控计算机采集到的值与预期值比较并判断其是否在预期范围内。在此模块中实现BIT及回绕测试、232通讯测试、离散量输入输出测试、模拟量输入输出测试、422通讯测试、485通讯测试。

3) 数据处理存储模块

数据处理存储模块将采集值进行进一步修正,避免由于信号在导线上的传输衰减所引起的误差,确保最终值更贴近实测值。存储模块将修正后的数据存入数据库以便后期回看数据或者对数据进行分析。报告生成模块通过调用报告生成工具生成所需格式的验收报告。

1.3 软件测试流程

测试软件运行后首先进行设备的自检,确认所有板卡及仪器正常后进行调理适配器的识别及检测,在设备及调理适配器这些基础硬件资源确认正常后给被测件加电并握手,待握手完成进行被测件各个测试项测试,测试所产生的各类数据进行分析修正后存入数据库,并自动生成测试报告。自动测试设备的软件测试流程图如图4。

图4 自动测试设备软件测试流程图

2 设备运行验证

软件运行验证如图5所示。

图5 自动测试设备软件测试主界面

3 结束语

本测试设备以PXI总线为核心,采用了测试测量领域的电气、结构和软件规范,实现了被测件接口测试所需求的各种功能。设备可对机电计算机调试时及交付前进行全面高效的测试,避免了普通测试台人工测试可能导致的人为错误及人工测试效率低下的问题。在设备的验证使用过程中,其测试便捷性、效率高、故障诊断准确等优点得到充分体现,使得产品的综合生产成本大大降低。