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系統硬件設計： PXI模塊化儀器相對于GPIB、VXI、RS232等儀器而言，具有速度快、體積小、易擴展等優勢，因此在硬件方面以PXI模塊化儀器為主，選用常規信號源(SOURCE)和信號測量模塊(SENSOR),通過GPIB和RS232總線擴展專用和自研設備。系統硬件原理圖見圖1。 由于PXI模塊較多，且為了今后的擴展，選用了18槽的PXI-1045機箱；為了進一步提高系統平臺的集成度，選用了PXI-8187零槽嵌入式控制器，摒棄了以往系統中利用MXI-2將工控機作為主控器的方式，PXI-8187帶有GPIB接口，可以方便的擴展GPIB總線設備。部分儀器資源和部件需要串口通訊，故選用PXI-8421擴展4個串口。 1. 信號采集 6 1/2數字萬用表PXI-4070 和5 1/2數字萬用表PXI-4060作為常用的測試模塊，用于測量電壓、電阻和電流具有優勢，可以測量0-300V的電壓，0-1A的電流，0-100M歐的電阻； 示波器PXI-5112（2通道8位分辨率，100MHz帶寬）和模擬輸入PXI-6070E（16路單端輸入/8路差分輸入，12位分辨率，1.25M采樣率）配合使用，可以滿足常用的連續波和單點電壓信號的采集，PXI-6070E在進行數據采集時，前端連接了兩塊SCXI-1125，用于信號的調理（10Khz或4Hz的低通濾波、衰減）。PXI-6070E還用于控制器與SCXI機箱之間的通訊。 高速DIO PXI-6534可以采集和輸出高低速離散量。特殊和復雜信號的采集處理采用GPIB設備和RS232自研設備，如頻譜分析儀。 2. 信號輸出 函數發生器PXI-5421（16位分辨率，100MS/s采樣率，帶寬43MHz）和高速模擬輸出PXI-6733（8路輸出，16位分辨率，更新率1MHz）配合使用，可以滿足常用的連續波和單點電壓信號的輸出；SCXI-1124用于隔離模擬電壓和電流的輸出。 特殊和復雜信號輸出采用GPIB設備和RS232自研設備，如交直流電源、射頻信號源、大氣數據測試系統、模擬器等。 3. 信號路由 由于大部分機載電子設備的信號數量很多，不可能將所有信號同時直接連接到資源上，必須經過繼電器矩陣進行切換，繼電器必須具有足夠快的響應時間，能通斷較大的信號，因此我們選用兩塊繼電器矩陣模塊SCXI-1129和附件SCXI-1333、SCXI-1339，組合成合適的繼電器矩陣（最大通斷能力150VDC/1A，150Vrms/250mA）。在信號的連接、斷開過程中，為了實現最優路徑的自動選擇和安全保護（避免源于源相連），我們重新編寫了繼電器矩陣驅動，在實際使用中取得了滿意的結果。 4. 資源接口和適配器 資源接口是所有資源接口的集合，每個部件根據需要通過適配器連接部分資源。一個或多個UUT共用一個適配器，因此測試系統根據UUT的信號情況，可以配置一個或多個適配器。 系統軟件設計： CVI是在標準C語言（ansi C）的基礎上增加了儀器控制和工具函數庫的虛擬儀器開發軟件，提供了很多實用的例程，具有友好的圖形用戶界面，并且C語言是大家都比較熟悉和易于使用的開發環境，因此選用CVI可以加快測試程序(TP)的開發。系統軟件原理見圖2。 為了方便和規范TP的編寫,TP開發管理軟件根據輸入的測試信息自動生成測試程序代碼框架和儀器操作代碼，測試程序編寫完成后編譯生成動態庫，由測試程序執行管理軟件調用和管理測試程序。 測試程序開發過程中，儀器操作和虛擬儀器界面的開發是兩個重點。 1. IVI儀器驅動的開發和使用 圖3 磁傳感的虛擬儀器界面 儀器驅動的用途是對儀器進行程控，簡化測試程序開發人員對儀器的操作。傳統的儀器驅動與儀器耦合太緊密，儀器發生變化，驅動也要重新編寫，進而使用此驅動的測試程序也要重新編寫和編譯。VXI PnP儀器驅動使用虛擬儀器軟件結構(VISA),實現了同一儀器在不同總線間的互換，IVI（可互換虛擬儀器）驅動采用了類驅動的概念，實現了同一類儀器之間的互換，同時增加了儀器仿真和狀態緩存的特性，提高了TP開發調試的效率，CVI提供了方便的IVI驅動開發工具，因此開發測試程序過程中選用IVI驅動來控制儀器。 由于目前IVI驅動標準只發布了8大類儀器的類驅動，為了保證非IVI標準的儀器在一定范圍具有可互換和仿真功能，我們借鑒了標準IVI驅動的機制，開發了自定義IVI驅動。利用IVI驅動，我們成功實現了NI公司的PXI-4070卡式萬用表與Agilent公司的HP34401 GPIB臺式萬用表之間的互換，實現了不同公司生產的單相交流電源和三相交流電源之間的互換。 IVI驅動采用邏輯名和XML配置文件機制，在硬件資源描述發生變化時，只需更改配置文件，不需要更改和重新編譯測試程序，就能保證測試程序的正常運行。如果不采用IVI驅動，就必須更改所有用到函數發生器的測試程序，將很大程度上延誤工程進展。 此外，利用IVI驅動的仿真功能，使得測試程序開發人員可在自己沒有安裝任何硬件的計算機上進行仿真調試，提高了平臺的使用效率和測試程序開發效率。 2. 虛擬儀器界面的開發 虛擬儀器界面提供人機接口，可以讓操作員根據需要施加信號，實時監測信號。CVI提供了開發虛擬儀器界面的用戶接口資源文件(*.uir)和各種控制和顯示控件，用于模擬實際儀器界面。目前NI LabVIEW、CVI和HP VEE是最為出色和方便易用的虛擬儀器界面開發軟件。圖3是其中一個TPS的虛擬儀器界面。 此例中，打開激勵開關時，PXI-6733連續輸出RMS1.5V，頻率400Hz的正弦波作為磁傳感器的激勵，用波形顯示控件顯示輸出的信號；用PXI-6070E的三路模擬輸入通道同時采集磁傳器輸出的三路航向信號（最大幅度小于100mv，頻率為800Hz），顯示在同一個波形顯示控件中，利用算法計算出角度，顯示在表盤控件中。由于增加了信號調理板SCXI-1125和端子板SCXI-1313,將PXI-6070E的測試范圍擴展到2.5mv-300V，從而精確的測量了磁傳感器輸出的小信號，計算出精確的角度。 應用成果： 采用NI PXI模塊、CVI、IVI工具、MAX管理軟件，以及第三方的設備，我們成功構建了多套通用、開放的航空機載電子設備自動測試系統。利用這些系統成功開發了多機型、總數量達三百多種的TPS，通過這些TPS，用戶實現了UUT快速定檢、維修，相對于用傳統儀器搭建測試臺的方式，自動測試系統在效率和質量上有了很大提高，為機載電子設備提供了有力保障。自動測試TP運行示例見圖4。 圖4 自動測試IP運行示例 小結： 憑借PXI模塊和虛擬儀器技術的優勢，以及多總線設備互補的功能，實現了利用有限的資源，測試上百種部件，同時使系統的體積變小，測試速度加快，易于擴展，同類儀器可以互換。 虛擬儀器技術是一種觀念和技術上的創新，在自動領域中的應用將會越來越廣泛。 |
