基于LabWindows/CVI的某導引頭測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

許斯亮，張紅軍，葉勇進

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

0 引 言

導引頭是導彈系統(tǒng)的重要組成部分，其好壞直接關(guān)系到整個導彈系統(tǒng)品質(zhì)的優(yōu)劣；因此，對導引頭性能參數(shù)的測試變得非常重要。本文設(shè)計的某導引頭測試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)導引頭供電、主要性能參數(shù)的測試、模擬目標、模擬遙測艙接收數(shù)據(jù)、模擬飛行控制艙段與導引頭進行信息交換等功能，并且具有完善的保護功能，如過壓、過流、伺服機構(gòu)極限位置等自動保護功能，最大程度地保護導引頭不因測試故障被損壞。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

導引頭測試系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件包括供電電源組合、目標模擬器、測試平臺、控制及通信單元等[1]。計算機是測試系統(tǒng)的核心控制機構(gòu)，通過運行測試軟件，對測試流程進行自動控制，與被測導引頭進行通信，通過軟件人機交互界面手動設(shè)置或自動設(shè)置被測導引頭輸入信號，采集、解碼被測導引頭的輸出信號，實時顯示一些關(guān)鍵測試參數(shù)，存儲電源、遙測和飛控等信息。測試系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)組成原理框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

測試系統(tǒng)硬件平臺的搭建是模塊化的，依據(jù)功能的不同主要由基于PCI插槽的429板卡、GPIB板卡、A/D板卡、繼電器板卡、422/485板卡、專用調(diào)理單元、供電單元和目標模擬器組成。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件組成框圖

2.1.1 429板卡

ARINC429通信板卡選用33 MHz/32 bits PCI總線的4收4發(fā)ARINC429通信板卡，型號為北京神州飛航公司的AEC429-PCI4416，接口采用標準SCSI68連接器，物理尺寸為PCI短卡（174.63mm×106.68mm）。該板卡自身帶有96MB大小的SDRAM；具有4發(fā)4收的ARINC429通信功能；每路ARINC429發(fā)送帶有一組內(nèi)、外同步信號，占空比為50%，且觸發(fā)沿有上升沿、下降沿和無邊沿3種設(shè)置；ARINC429 通信速率 100 kb/s、50 kb/s、48 kb/s和12.5kb/s可設(shè)；在內(nèi)或外同步發(fā)送ARINC429數(shù)據(jù)幀包含字個數(shù)、字間隔、幀間隔、觸發(fā)數(shù)量和發(fā)送的總數(shù)據(jù)量均可設(shè)；ARINC429接收數(shù)據(jù)具有RAM刷新模式和FIFO模式，在FIFO模式下具有標號過濾功能；每路429接收FIFO帶有2M×32bit大小的緩存；支持添加時間標簽。在該測試系統(tǒng)中，使用429板卡的1路發(fā)送和4路接收通道，1路發(fā)送通道模擬飛控向?qū)б^發(fā)送信息，2路接收通道模擬遙測艙接收導引頭發(fā)出的遙測信息，2路發(fā)送通道模擬飛控接收導引頭發(fā)出的飛控信息。

2.1.2 GPIB板卡和供電單元

GPIB板卡選用Agilent公司的即插即用板卡PCI-82350B。測試系統(tǒng)的供電單元分為設(shè)備供電單元和產(chǎn)品供電單元，所有電源均選用Agilent公司的產(chǎn)品，包括一臺N5768A開關(guān)電源（80 V/19 A，1500W），兩臺N6673A開關(guān)電源（35V/60A，2000W），分別提供57V高壓電源、27V預熱電源、±28.5V準備電源、10V準備電源、15V準備電源、27V設(shè)備電源、12 V設(shè)備電源和5 V設(shè)備電源。在該測試系統(tǒng)中，GPIB板卡用來控制設(shè)備供電單元和產(chǎn)品供電單元的輸出參數(shù)、保護模式及顯示方式。

2.1.3 A/D板卡

A/D板卡選用符合PCI規(guī)范的即插即用板卡，分別是北京神州飛航公司具有大容量存儲器的AECAD-PCI-32M和NI公司的高速A/D采集卡DAQCard-6036E。

AECAD-PCI-32M具有以下特性：32通道單端或16通道差分模擬量輸入；16 bit分辨率和高達250kHz A/D 轉(zhuǎn)換速率；可編程增益有 1，2，4，8；A/D觸發(fā)模式分為內(nèi)部觸發(fā)和外部觸發(fā)兩種；板載32MB FIFO。在該測試系統(tǒng)中，AECAD-PCI-32M完成32路模擬量采集和存儲功能。

DAQCard-6036E具有以下特性：16路單端/8路差分；16位分辨率；5 mV采集精度；200 kSa/s采樣率；2路D/A輸出；1kSa/s的更新率；24路I/O；1MHz速率。在該測試系統(tǒng)中，DAQCard-6036E的8路A/D用于模擬信號的測量，2路D/A通道產(chǎn)生1 V 1 Hz低頻信號用來模擬外部干擾信號。

2.1.4 繼電器板卡

繼電器板卡采用研華繼電器卡PCI-1762，具有16路繼電器輸出，接觸功率為1A@30VDC，使用壽命達到5×105次。在該測試系統(tǒng)中，為了保護被測對象、更加安全地進行測試，通過計算機控制繼電器板卡，再由繼電器板卡控制供電開關(guān)的接通或斷開。

2.1.5 422/485板卡

422/485板卡采用研華PCI-1611U，具有4端口RS-422/485，提供了多種功能，如4個帶隔離保護的獨立RS-422/485端口，921.6 kb/s的高傳輸速率和浪涌保護，每個通道可以獨立設(shè)置成RS-422或RS-485。此外PCI-1611U還具有128byte FIFO的高性能芯片，能夠大大減輕CPU的負擔，使得工作更加穩(wěn)定。在該測試系統(tǒng)中，422/485板卡同時滿足同目標模擬器的422通信及與雷達車的485通信。

2.2 系統(tǒng)人機工程設(shè)計

導引頭測試系統(tǒng)的主體采用直角機柜，它是各硬件功能部件的綜合載體，機柜可以方便地在實驗室內(nèi)靈活移動，結(jié)構(gòu)牢固、簡潔大方、拆卸方便。根據(jù)設(shè)備組成，從下到上依次放置產(chǎn)品供電電源、設(shè)備供電電源、專用調(diào)理單元、計算機、顯示器和目標模擬器，電壓/電流檢測單元放在顯示器的后部，操作臺在離地面大約15U（1U=44.45mm）的高度，符合人體工學特征，操作方便。整個系統(tǒng)硬件布局力求符合人機工程學原理，使操作便捷，觀察記錄方便，各種接插件均具有防插錯機械結(jié)構(gòu)，整體布局美觀大方，簡潔緊湊，同時具有足夠的承載能力。

3 軟件設(shè)計

3.1 開發(fā)環(huán)境

測試系統(tǒng)軟件是在Windows XP環(huán)境下采用NI公司的LabWindows/CVI 8.0進行開發(fā)。LabWindows/CVI廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件開發(fā)工具。LabWindows/CVI集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，還內(nèi)置了便于應用的TCP/IP和ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)，是一個功能強大且靈活的軟件[2-3]。利用它可以方便的建立自己的虛擬儀器，其便捷美觀的圖形化界面使得編程和使用過程都非常生動有趣。

3.2 軟件功能設(shè)計

測試系統(tǒng)軟件設(shè)計采用了結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，整個測試系統(tǒng)由頂向下分層分塊，每個模塊完成一項基本功能，并遵循上層模塊調(diào)用下層模塊、同層模塊不能相互調(diào)用的原則[4]。從功能模塊可分為：429通信模塊、導引頭模擬量測試模塊、RS-422通信模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。每一個模塊下又可分為若干個測試項目功能子模塊，因而在每一種模式下的各種測試項目功能模塊就形成了下一層的各個子模塊。系統(tǒng)工作主流程圖如圖3所示。

3.2.1 429通信模塊設(shè)計

ARINC429總線是一對單向、差分耦合、雙絞屏蔽線，每條線上的信號電壓范圍為-5～5V。一條線稱為A（或+），而另一條線稱為B（或-），線路上的碼型為雙極性歸零碼。兩條線路的差分信號的邏輯關(guān)系有3種：當A-B的差分電壓為7.25～11 V 時，表示邏輯1；當A-B的差分電壓為-0.5～0.5V 時，表示NULL；當A-B的差分電壓為-11～-7.25 V 時，表示邏輯0[5]。ARINC429字由32個數(shù)據(jù)位組成，分為5個基本區(qū)域，分別為 Parity、SSM、DATA、SDI、LABEL。Parity：字的第32位,校驗位；SSM：字的第30位和第31位，符號位。DATA：字的第11位到第29位，數(shù)據(jù)位，某些場合將SDI也作為了數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的格式有多種，如BCD、BNR和離散數(shù)據(jù)等；SDI：第9位和第10位，目的/源接收標示；LABEL：字的第1位到第8位，區(qū)別數(shù)據(jù)類型和相關(guān)參數(shù)[6-7]。

圖3 系統(tǒng)工作主流程圖

測試系統(tǒng)使用1路發(fā)送通道模擬飛控向?qū)б^下發(fā)飛行任務，4路接收通道采用板卡的RAM或FIFO方式接收來自導引頭的數(shù)據(jù)，其中2路接收飛控數(shù)據(jù)，2路接收遙測數(shù)據(jù)。因為飛行任務、飛控數(shù)據(jù)及遙測數(shù)據(jù)的標號是規(guī)定的有限個數(shù)據(jù)，在429板卡設(shè)置中選擇了相應標號過濾功能，只在程序檢測到標號為飛行任務、飛控及遙測數(shù)據(jù)對應的標號時才發(fā)送或接收數(shù)據(jù)以提高通信效率。429通信模塊主要完成向?qū)б^下飛行任務以及接收來自導引頭的飛控和遙測數(shù)據(jù)，分為通信設(shè)置、發(fā)送和接收子模塊兩個子模塊。通信設(shè)置子模塊對板卡進行波特率、數(shù)據(jù)位、數(shù)據(jù)是否轉(zhuǎn)換、校驗位、S/D值使能、觸發(fā)模式、觸發(fā)長度、定時發(fā)送數(shù)據(jù)量、發(fā)送延時、數(shù)據(jù)幀長度、中斷設(shè)置、邊沿觸發(fā)設(shè)置、字間間隔、同步周期、時間標簽、允許接收過濾以及接收方式等功能的設(shè)置。發(fā)送和接收子模塊進行板卡上的數(shù)據(jù)發(fā)送和讀取操作，手動發(fā)送飛行任務，自動接收遙測和飛控數(shù)據(jù)并解碼顯示。429發(fā)送和接收模塊流程圖分別如圖4和圖5所示。

3.2.2 模擬量測試模塊設(shè)計

模擬量信號包括導引頭的模擬量信號和供電單元的電壓電流信號，分別用兩塊A/D卡采集。導引頭的模擬量信號采用NI公司的高速A/D卡DAQCard-6036E掃描采集，實時高效地將導引頭的模擬量測試結(jié)果顯示在界面供用戶參考。供電單元的電壓電流信號采用北京神州飛航公司具有大容量存儲器的A/D卡AECAD-PCI-32M采集，每500ms采集一次電壓和電流信號對電源進行監(jiān)測，如果電源參數(shù)超出預設(shè)范圍，立刻切斷控制電源接通的繼電器，保護被測對象和測試設(shè)備。

圖4 429發(fā)送模塊流程圖

圖5 429接收模塊流程圖

4 結(jié)束語

測試系統(tǒng)研制成功后，已投入到某導引頭研制階段的實驗中使用。實踐證明，該測試系統(tǒng)性能良好，測量精度高，提高了測試的效率和可靠性,有效地保障了某導引頭研制階段的測試工作，取得了良好的效果。

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