基于某航空電子設(shè)備的自動測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1引言

航空電子設(shè)備的測試要求利用有限的資源，構(gòu)建功能多樣化的自動測試系統(tǒng)。機(jī)載電子設(shè)備的信號多且復(fù)雜，涵蓋了低頻和高頻信號、連續(xù)和離散信號，同時還包括一些非電信號。傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)采用分立儀器搭建，這種方法成本高，測量自動化程度低，擴(kuò)展性差，因此要尋求一種實現(xiàn)高集成化應(yīng)用廣泛的解決方案。本測試系統(tǒng)的設(shè)計可以兼容兩種航空電子機(jī)載設(shè)備的測試，兩個機(jī)載組件是實現(xiàn)飛機(jī)瞄準(zhǔn)顯示、夜視穩(wěn)定性和操縱性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。被測設(shè)備組件收發(fā)的信號包括數(shù)字發(fā)控信號，固定頻率模擬信號，電機(jī)驅(qū)動脈沖信號，RS 232／RS 422串口信號等。組件的功能就是響應(yīng)計算機(jī)的命令從而發(fā)出其他類型信號來操作相關(guān)的機(jī)載硬件設(shè)備。原有的測試環(huán)境是依照操作人員手動搭建的測試平臺，包括示波器、開關(guān)量開關(guān)、萬用表等，只能對設(shè)備一小部分功能進(jìn)行檢驗，效率和準(zhǔn)確性都有待提高。針對原有系統(tǒng)自動化程度低的缺點，本研究從軟件和硬件兩方面討論了一種基于航空電子機(jī)載電子設(shè)備自動測試及調(diào)試系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)方法。

2測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計描述

2.1 測試系統(tǒng)的功能和硬件組成

該自動測試系統(tǒng)覆蓋了原有手動測試平臺的所有功能，為方便和完善測試還增加了新的特性，具體包括以下幾方面：

(1)測試系統(tǒng)的自檢測功能，包括軟件、硬件完整性自檢；

(2)測試的可選擇性，包括自動測試和手動調(diào)試測試，自動測試獨立模擬被測試電子設(shè)備工作狀況，按照設(shè)備正常工作流程進(jìn)行一遍或多遍測試；手動調(diào)試測試時可以根據(jù)測試項目單步驟重復(fù)測試，方便錯誤定位；

(3)檢測到產(chǎn)品故障時暫停檢測并報故障，人工干預(yù)后可選擇結(jié)束檢測或繼續(xù)檢測其他項目，同時有例行測試功能可以保證被測設(shè)備在某一狀態(tài)下進(jìn)行長時間的狀態(tài)監(jiān)測；

(4)每次自動測試結(jié)果保存為一個單獨文件，并提供打印輸出功能；

(5)詳盡的在線實時幫助輔助操作人員完成測試；

(6)測試系統(tǒng)可以同時測試4塊機(jī)載電子設(shè)備組件，有效地提高測試效率。

整個測試系統(tǒng)(包括被測機(jī)載設(shè)備)由3個部分組成，如圖1所示。



2.2測試系統(tǒng)主機(jī)和內(nèi)部數(shù)據(jù)采集卡

測試系統(tǒng)主機(jī)是整個系統(tǒng)最重要的硬件平臺。這里選用了ACME-EMP350便攜式工控機(jī)作為測試系統(tǒng)主機(jī)。該型號性能穩(wěn)定可靠，符合國軍標(biāo)，且主板有足夠的擴(kuò)展槽以備功能擴(kuò)展。屏幕15.1寸，采用奔4主板，其他性能參數(shù)均超過主流工控機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，完全能達(dá)到測試系統(tǒng)要求的穩(wěn)定性和易操作性。

在分析被測設(shè)備信號形式和數(shù)量之后，并考慮同時測試4個設(shè)備，選擇數(shù)據(jù)采集卡的類型如下：開關(guān)量輸入輸出卡2塊，A／D，D／A卡各1塊。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計和提高可靠性，數(shù)據(jù)采集卡選用NI公司和研華公司的成熟產(chǎn)品。

2.3轉(zhuǎn)接機(jī)箱和信號調(diào)理控制卡

測試主機(jī)與被測設(shè)備之間由轉(zhuǎn)接機(jī)箱相連，主要起到信號調(diào)理和控制的作用。轉(zhuǎn)接機(jī)箱內(nèi)部包括調(diào)理控制卡、開關(guān)電源、采集卡的適配器等，它們都通過D型連接器及電纜與主機(jī)采集卡互連。調(diào)理控制卡所需的+5 V和+28 V電源由轉(zhuǎn)接機(jī)箱中的開關(guān)電源提供，其也為被測設(shè)備的正常工作供電。

信號調(diào)理控制卡負(fù)責(zé)系統(tǒng)的自檢和測試狀態(tài)的切換。測試系統(tǒng)采用軟件控制的方式對信號調(diào)理控制卡進(jìn)行信號調(diào)控，這樣能夠在不同狀況下達(dá)到測試的目的。由于數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號特性和被測航電設(shè)備的要求不完全相同，需要加入信號調(diào)理控制卡使采集卡輸出信號特性與被測航電設(shè)備匹配，比如模擬信號的幅度，數(shù)字量信號的電平值等。信號調(diào)理控制卡主要采用運放放大模擬信號以及繼電器實現(xiàn)信號切換，功能實現(xiàn)簡單，不再贅述。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計描述

3.1軟件設(shè)計思想

在測試軟件的開發(fā)中，對應(yīng)的開發(fā)平臺有專門為虛擬儀器設(shè)計的軟件LabView和Labwindows／CVI，VEE等，也有通用的軟件開發(fā)工具VC++，VB等。專用的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺優(yōu)點在于開發(fā)周期短，缺點在于圖形化的編程語言給開發(fā)者的自主性比較小，底層支持不夠。而VC++開發(fā)比較通用，對底層的支持比較好，技術(shù)較為成熟，對于上層各種模塊的實現(xiàn)方案也較多，因此采用VC++編程。

測試系統(tǒng)上層軟件要求有簡單易用的圖形化測試界面，還要具備自動測試、手動調(diào)試測試、例行測試，以及測試結(jié)果打印、錯誤報告提示、系統(tǒng)自檢測等功能。對應(yīng)于不同的功能最好建立不同的功能模塊，這樣有助于測試通用性和移植性，對于將來擴(kuò)展應(yīng)用也非常有利。另外，將具體測試對象及代碼功能進(jìn)行封裝，也有利于測試系統(tǒng)的維護(hù)。當(dāng)然，應(yīng)用程序必須對錯誤操作有良好的錯誤提示處理，這樣能夠有效地增加軟件的容錯性和可靠性。

3.2軟件整體構(gòu)架

測試軟件設(shè)計采用分層結(jié)構(gòu)，下層為上層提供服務(wù)，上層通過函數(shù)的形式接口使用下層來完成本身的功能，每一層的變更不影響其他層的正常工作。針對測試的要求以及設(shè)計理念，測試系統(tǒng)軟件分成以下幾個部分：硬件層，物理接口層，硬件驅(qū)動層，軟件支持層，用戶應(yīng)用層。同時，每一層次當(dāng)中有其對應(yīng)的模塊化處理，從而保證軟件系統(tǒng)的健壯性和易用性。整個軟件設(shè)計的層次關(guān)系如圖2所示。