飛行器電氣接口自動測試系統(tǒng)設(shè)計

潘文斌

摘要：本文介紹了一種飛行器電氣接口自動測試系統(tǒng)的設(shè)計方案，該系統(tǒng)以研華工控機作為控制計算機，通過計算機串口和網(wǎng)口將被測對象、控制計算機和測試單元有機相連，使用 LabWindows CVI軟件開發(fā)環(huán)境，最終實現(xiàn)了飛行器電氣接口的自動測試。

關(guān)鍵詞：電氣接口；自動測試系統(tǒng)；線纜測試儀；LabWindows CVI軟件開發(fā)環(huán)境

引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代飛行器核心部件均采用計算機處理技術(shù)，飛行器內(nèi)部各部件、以及飛行器與發(fā)射平臺之間傳輸?shù)男盘柌粌H有傳統(tǒng)的模擬信號，而且還有各種形式的串、并行數(shù)字信號，電氣接口非常復雜。以某飛行器為例，電氣接口的測試需要完成859個測試節(jié)點兩兩之間低壓導通、高壓絕緣、回路阻抗的測試以及5路供電電源的電壓精度、啟動延時時間、滿載情況下電壓特性和紋波等的測試。若采用手工測試方法不僅工作量大，耗費時間長，而且故障難以精確定位，不能實現(xiàn)對飛行器電氣接口的快速評估和準確檢測。針對此問題，作者開發(fā)了飛行器電氣接口自動測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)功能強大，具有線纜低壓導通、阻抗、高壓絕緣及電源電壓值、紋波、過沖電壓及啟動延時測試功能，并可對測試數(shù)據(jù)進行事后分析和處理，包括數(shù)字和結(jié)果圖形化顯示、自動生成接線表等。測試系統(tǒng)還具有較好的通用性，對適配器單元改裝后可完成各種航模、無人機等飛行器或發(fā)射平臺的電氣接口測試工作。

1系統(tǒng)概述

該測試系統(tǒng)以Signature CHC線纜測試儀和若干二次儀表為測試單元，工控機作為控制計算機，通過串口、RS232口和網(wǎng)口將被測對象、控制計算機和測試部件有機相連，在 LabWindows CVI軟件開發(fā)環(huán)境進行軟件開發(fā)，實現(xiàn)了飛控艙電氣接口的自動測試。

測試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.1功能劃分及模塊集成

測試系統(tǒng)可劃分為如下幾個單元：

計算機控制單元，包括對各測試儀器設(shè)備的控制、測試任務的規(guī)劃和下達、測試數(shù)據(jù)的處理等；

線纜測試單元，包括一基本模塊、一擴展模塊、16根電纜，完成線纜測試功能；

電源性能測試單元，包括示波器、萬用表、電子負載、切換模塊，完成電源特性測試功能；

適配器單元，實現(xiàn)被測對象到測試儀器的轉(zhuǎn)接，將接入的被測對象分別引入不同的測試單元；

控制柜單元，包括控制前面板、后面板等組成，完成測試數(shù)據(jù)的顯示功能。

測試系統(tǒng)的模塊組成如圖2所示。

1.2系統(tǒng)特點

該測試系統(tǒng)具有以下特點：

1.2.1系統(tǒng)采用工控機作為控制計算機，利用軟件編程可實現(xiàn)自動測試和連續(xù)測試，當測試開始后，不需要進行復雜操作便可自動快速的完成多個測試項目；

1.2.2應用LabWindows CVI軟件開發(fā)環(huán)境進行軟件開發(fā)，測試界面友好，測試過程清晰明了；

1.2.3根據(jù)所測試的數(shù)據(jù)，測試系統(tǒng)可以自動生成被測件的接線關(guān)系圖形和接線表，圖表結(jié)合，測試者可以方便的校對和檢查錯誤。

1.2.4具有較好的通用性，通過改裝或更換適配器單元就可以完成各種航模、無人機等飛行器或發(fā)射平臺的電氣接口測試工作。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1線纜測試單元設(shè)計

線纜測試儀單元完成被測件的低壓導通、阻抗、高壓絕緣測試，根據(jù)功能需求和技術(shù)要求選用CIRRIS公司的Signature CHC線纜測試儀，測試儀控制臺計算機通過串口與Signature CHC線纜測試儀相連完成測試功能。

Signature CHC線纜測試系統(tǒng)具有以下功能：

2.1.1提供的低壓導通測試，可以對線纜網(wǎng)絡(luò)連接的正確性，包括線路所連接的電阻、電容、二極管等元器件的連接關(guān)系的正確性進行可靠的測試；

2.1.2 提供直流1500V、交流1000V的高壓，可以對被測產(chǎn)品進行絕緣、耐壓測試；系統(tǒng)可以進行精密電阻測試、測試精度達到毫歐級。

2.2電源測試單元功能設(shè)計

電源測試單元完成對飛控艙電源的電壓精度、啟動延時時間、滿載情況下電壓特性和紋波等表征電源組件工作正常與否的參數(shù)的測試。電源測試單元硬件選型和設(shè)計如下：

2.2.1選用泰克TDS3014B示波器完成電源紋波電壓、啟動延時時間、過沖電壓測試。系統(tǒng)采用基于網(wǎng)口的示波器的遠程控制技術(shù)，實現(xiàn)了控制計算機對泰克TDS3014B示波器的信號傳輸與控制；

2.2.2選用優(yōu)立德UT-805萬用表完成電源電壓值測試。萬用表和控制計算機采用串口通訊的方式連接，在測試過程中控制計算機對萬用表的控制字進行編排，控制萬用表完成電源電壓值自動測試。

2.2.3選用ELTO SL-200電子負載提供電源負載；

2.2.4使用電源切換單元完成被測通道的切換，實現(xiàn)5路直流電壓的測試。電源切換單元板卡電路板是一塊通用的標準ISA總線驅(qū)動電路板，主要由ISA總線接口電路、繼電器控制電路、繼電器開關(guān)電路等電路組成。

繼電器控制電路中包括數(shù)據(jù)鎖存電路、繼電器驅(qū)動電路，使用了兩組74LS273和ULN2803對各繼電器的狀態(tài)進行控制，用來選擇控制輸入的信號類型，由此確定對不同輸入信號采取不同處理方法(繼電器控制位寫1時，繼電器處于常開狀態(tài)，繼電器控制位寫0時，繼電器處于常閉狀態(tài))。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1軟件描述

測試系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)管理、接口板驅(qū)動、線纜測試、電源性能測試、自動測試、實時數(shù)據(jù)處理、專家知識庫七大部分功能模塊組成。

整個軟件平臺完成測試系統(tǒng)的資源管理、線纜測試、電源性能測試、自動測試、探針測試、實時顯示、實時存儲、實時報警、專家自學習等任務，屬于在線實時應用軟件。

軟件開發(fā)環(huán)境為Windows2000操作系統(tǒng)，采用LabWindowsCVI為軟件開發(fā)環(huán)境。

3.2軟件模塊設(shè)計

3.2.1系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊由系統(tǒng)自檢子模塊、系統(tǒng)測試項目創(chuàng)建子模塊、系統(tǒng)資源配置子模塊、多任務調(diào)度管理子模塊組成，主要負責測試任務的規(guī)劃，資源配置、以及對其它功能模塊的組織與調(diào)度。操作員根據(jù)窗口界面的提示信息鍵入相應參數(shù)和設(shè)置，系統(tǒng)管理模塊將據(jù)此分別執(zhí)行不同的功能選項。用戶通過用戶接口調(diào)用該模塊可以對系統(tǒng)硬件資源及軟件進行方便、安全、可靠的配置，并具有自檢測的功能。多任務調(diào)度管理模塊的功能是完成對測試設(shè)備在測試過程中的測試控制、測試數(shù)據(jù)實時存儲、測試數(shù)據(jù)的實時顯示、實時報警多個任務的調(diào)度管理。系統(tǒng)在WINDOWS下采用多線程機制，實現(xiàn)通過對任務的合理劃分從而盡量保證系統(tǒng)實時性能不受影響。

3.2.2接口板驅(qū)動模塊

接口板驅(qū)動模塊是本應用軟件與硬件設(shè)備直接具有接口關(guān)系的基礎(chǔ)支持模塊,該模塊通過正確、高效的驅(qū)動接口硬件，來保證測試的數(shù)據(jù)可靠、高速。

3.2.3測試控制模塊

選擇測試界面菜單中的“線纜測試”項，將啟動線纜測試軟件，該軟件包括自學習子模塊、測試子模塊、探針測試子模塊、自動生成接線表子模塊等。線纜測試模塊軟件主界面如圖4所示。

3.2.4實時數(shù)據(jù)處理模塊

實時數(shù)據(jù)處理模塊由測試數(shù)據(jù)實時獲取子模塊、實時顯示子模塊、實時存盤子模塊及實時報警子模塊組成，主要負責系統(tǒng)測試過程中信息的實時處理。

（1）數(shù)據(jù)實時獲取模塊在接口板驅(qū)動的基礎(chǔ)上，按照用戶設(shè)置的工作模式實時獲取測試數(shù)據(jù)；

（2）實時顯示模塊主要完成測試過程中將測試信息以數(shù)字、圖形、虛擬儀器等多種方式進行實時顯示，讓測試人員能直觀、實時的看到測試的信息；

（3）實時存盤模塊主要完成對實時測試數(shù)據(jù)的存儲，為滿足系統(tǒng)的實時性要求，使系統(tǒng)在實時存盤過程中不影響數(shù)據(jù)獲取和顯示，本系統(tǒng)設(shè)計開辟多個緩沖區(qū)交替使用來存放測試數(shù)據(jù)。測試任務結(jié)束后，將所有測試數(shù)據(jù)分別以二進制方式或文本方式存儲，以便用戶進行事后處理分析；

（4）實時報警模塊在測試的過程中實現(xiàn)對測試對象特性的實時監(jiān)控，當測試到的信息超出該測試對象的正確特性值時，實時報警模塊將給出報警通知。

3.2.5事后數(shù)據(jù)處理模塊

事后數(shù)據(jù)處理模塊主要實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的回放功能，并能根據(jù)測試資源配置、測試任務規(guī)劃，分析測試數(shù)據(jù)信息，自動生成結(jié)論報表和該測試組件的接線表，均以WORD表格形式表現(xiàn)供用戶分析、比較。

3.2.6專家知識自學習模塊

自學習包括簡單學習和復雜學習，選擇學習類型后設(shè)置導通R和開路R的參數(shù)，點擊“學習連接的器件”按鈕，就可以進行自學習，生成自學習測試程序。

導通R和開路R的參數(shù)設(shè)置規(guī)則如下：

（1）簡單學習的設(shè)定：回路中只有線連接的產(chǎn)品。導通電阻R設(shè)定：在被測產(chǎn)品中，回路中的連接電阻小于這個設(shè)置值，系統(tǒng)就認為是正常的線路連接。默認值為5Ω，設(shè)定范圍0.1-100KΩ；開路電阻 R 設(shè)定：在被測產(chǎn)品中，回路中的連接電阻大于這個設(shè)置值，系統(tǒng)就認為是開路。

（2）復雜學習的設(shè)定：測試回路中除了線連接之外，還包含有電阻、電容、二極器、雙鉸線等元器件的產(chǎn)品。導通電阻R設(shè)定：當回路中的阻值大于這個設(shè)定值，小于“開路電阻R”的設(shè)定值時，系統(tǒng)就認為是元器件，作為元器件生成；當回路中的阻值小于這個設(shè)定值時，系統(tǒng)就認為是正常的線連接，作為導線回路生成；開路電阻R設(shè)定：在被測產(chǎn)品中，回路中的連接電阻大于這個設(shè)置值，系統(tǒng)就認為是開路。

4系統(tǒng)應用

該測試系統(tǒng)能準確、快速的進行飛行器電氣接口自動測試。測試系統(tǒng)測試單發(fā)產(chǎn)品測試時間不超過180秒，測試準確率達到100%。測試系統(tǒng)具有故障定位功能，可對被測件發(fā)生的虛焊、漏焊及短路、斷路等故障精確定位，對故障排查具有指導意義。

該測試系統(tǒng)具有良好的通用性，不同型號飛行器通過更改適配器單元接口即可進行電氣接口測試。

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