基于LabWindows/CVI 的引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

謝 冰 鄭 賓

(中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 太原 030051)

0 引 言

引信作為導(dǎo)彈的重要組成部分，其性能的好壞直接影響導(dǎo)彈的總體戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，因此在研制過(guò)程中和投入生產(chǎn)后對(duì)引信產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試是非常必要的。目前，引信測(cè)試大多采用的是人工測(cè)試的方法，由于引信參數(shù)繁多，信號(hào)復(fù)雜，該方法在使用的過(guò)程中需要很大的工作量，且過(guò)于繁瑣，從而引起了較大的測(cè)量誤差。鑒于此，本系統(tǒng)基于虛擬儀器的測(cè)試?yán)砟?，以Labwindows/CⅥ為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)研制出穩(wěn)定性高、人機(jī)界面友好、操作簡(jiǎn)便的引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

1 測(cè)試原理

根據(jù)引信產(chǎn)品的要求，引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要由測(cè)控計(jì)算機(jī)、產(chǎn)品供電單元、信號(hào)調(diào)理單元和目標(biāo)模擬器單元、通用儀器控制單元(示波器、萬(wàn)用表、計(jì)數(shù)器)等組成。引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理如圖1 所示。

圖1 引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試原理框圖

該測(cè)試系統(tǒng)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制下完成，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的要求，操作控制系統(tǒng)首先指定產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自檢。在自檢正常后，操作控制系統(tǒng)按照操作指令通過(guò)測(cè)控單元及接口可完成對(duì)引信產(chǎn)品綜合性能的光信號(hào)和電信號(hào)的測(cè)量。其中，計(jì)算機(jī)和引信產(chǎn)品間的通信由RS422 通信接口卡來(lái)完成的;模擬信號(hào)產(chǎn)生模塊、光電參數(shù)測(cè)量模塊是通過(guò)NI 公司的PXI－6251 高速數(shù)據(jù)采集卡、橫河DL系列示波器和Agilent 53131A 計(jì)數(shù)器處理完成的;電源單元測(cè)量模塊和接口阻值測(cè)量模塊是通過(guò)Agilent 34410A 數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)完成的;Agilent 34110A 數(shù)字萬(wàn)用表、Agilent 53131A 計(jì)數(shù)器和DL 系列示波器通過(guò)一塊GPIB 接口來(lái)進(jìn)行控制;目標(biāo)模擬器單元主要包括殼體、4 路光接收耦合系統(tǒng)、4 路光發(fā)射準(zhǔn)直系統(tǒng)、4 路光開(kāi)關(guān)和光纖控制器，其中光纖控制器控制4 路光開(kāi)關(guān)的打開(kāi)和關(guān)閉用以實(shí)現(xiàn)激光引信產(chǎn)品與測(cè)試設(shè)備的光電連接。

2 硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)的硬件選用NI 公司的PXI 總線工控機(jī)、PXI－8431/2串行接口卡、PXI－6251 A/D 卡、GPIB 接口卡、橫河DL850 型示波器、Aglient 34410A 六位半數(shù)字萬(wàn)用表、Aglient 53131A 型計(jì)數(shù)器、多模光開(kāi)關(guān)、朝陽(yáng)線性一體化電源。硬件單元包括直流電源控制模塊，電壓、電流、接口電阻采集模塊，數(shù)字脈沖信號(hào)采集模塊，高速信號(hào)采集，噪聲信號(hào)測(cè)量模塊。工控機(jī)通過(guò)PXI－6251 的I/O 口繼電器開(kāi)關(guān)陣列，把相應(yīng)的測(cè)試項(xiàng)目切換到萬(wàn)用表、計(jì)數(shù)器、示波器上，利用LabWindows/CVI 提供的GPIB/GPIB488.2 函數(shù)庫(kù)控制3 臺(tái)通用儀器來(lái)完成對(duì)電壓、電流、接口阻值、數(shù)字脈沖信號(hào)、高速信號(hào)和噪聲信號(hào)的測(cè)試。引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.1 直流電源控制模塊

該模塊由接口板、電壓信號(hào)調(diào)理模塊、繼電器控制模塊、朝陽(yáng)線性一體化電源等組成，為系統(tǒng)正常工作提供電源電壓及產(chǎn)品供電電流的檢測(cè)。該單元根據(jù)系統(tǒng)供電要求，通過(guò)PXI－6251 的I/O 接口控制繼電器開(kāi)關(guān)陣列，按要求為引信產(chǎn)品提供+27 V 電源、+20 V 電源、+5 V 電源及+15～+32 V 可調(diào)的直流電源。

2.2 電壓、電流、接口電阻采集模塊

該采集模塊主要完成對(duì)引信產(chǎn)品的電壓、電流、接口靜態(tài)電阻的精確測(cè)試，通過(guò)利用PXI－6251 的I/O 口來(lái)控制繼電器開(kāi)關(guān)陣列，由數(shù)字萬(wàn)用表(agilent34410A)來(lái)測(cè)量，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB 總線讀取數(shù)字萬(wàn)用表中的測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)采集測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示、數(shù)據(jù)分析和保存。

2.3 數(shù)字脈沖信號(hào)采集模塊

此模塊完成對(duì)數(shù)字信號(hào)的精確測(cè)試，包括測(cè)試項(xiàng)目中的自炸時(shí)間、小目標(biāo)發(fā)射時(shí)鐘、I 象限發(fā)射基準(zhǔn)UCLK1、可變延時(shí)。利用PXI－6251 的I/O 口來(lái)控制繼電器開(kāi)關(guān)陣列，由計(jì)數(shù)器(agilent34410A)來(lái)測(cè)量，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB 總線讀取計(jì)數(shù)器中的測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)采集測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示、數(shù)據(jù)分析和保存。

圖2 引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.4 高速信號(hào)和噪聲信號(hào)測(cè)量模塊

高速信號(hào)和噪聲信號(hào)測(cè)量模塊利用橫河公司的DL 系列示波器來(lái)測(cè)量，包括執(zhí)行級(jí)信號(hào)1、點(diǎn)火信號(hào)、自炸信號(hào)、引信開(kāi)啟信號(hào)、主通道接收噪聲、輔助通道接收噪聲、觸發(fā)信號(hào)、主通道遙測(cè)信號(hào)、輔助通道遙測(cè)信號(hào)、目標(biāo)識(shí)別信號(hào)、點(diǎn)火信號(hào)2 等信號(hào)的采集測(cè)量，主控計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線讀取示波器中的測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)采集測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示、數(shù)據(jù)分析和保存。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)及軟件組成

系統(tǒng)軟件基于虛擬儀器原理，以LabWindows/CVI 為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。LabWindows/CVI 適用于各種測(cè)試、控制、故障分析及信息處理軟件的開(kāi)發(fā)，尤其是大型、復(fù)雜的測(cè)試軟件。系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)登錄模塊、系統(tǒng)自檢測(cè)模塊、電源控制模塊、儀器控制模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、報(bào)表生成打印模塊等。其中登錄模塊用于校驗(yàn)屏幕輸入的用戶(hù)名及密碼，判斷相應(yīng)用戶(hù)的訪問(wèn)權(quán)限;系統(tǒng)自檢測(cè)模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源、計(jì)數(shù)器、萬(wàn)用表、示波器的開(kāi)機(jī)自檢;電源控制模塊主要為系統(tǒng)各部分提供相應(yīng)電壓;儀器控制模塊通過(guò)LabWindows/CVI 提供了GPIB/GPIB488.2 函數(shù)庫(kù)對(duì)計(jì)數(shù)器、萬(wàn)用表、示波器進(jìn)行控制，完成相應(yīng)的測(cè)試;數(shù)據(jù)庫(kù)模塊利用數(shù)據(jù)庫(kù)接口工具包SQL Toolkit 完成測(cè)試結(jié)果的查詢(xún)與存儲(chǔ);報(bào)表打印模塊完成相應(yīng)測(cè)試報(bào)表的打印。測(cè)試系統(tǒng)軟件的流程圖如圖4 所示。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)軟件的流程圖

3.2 測(cè)試軟件功能介紹

引信綜合測(cè)試系統(tǒng)的主要功能是完成引信+ 5 V、+20 V、+27 V 電源和+27 V_執(zhí)行電源的電壓、電流，探測(cè)器偏壓，接收電源的電壓，自炸時(shí)間，延遲時(shí)間，時(shí)鐘信號(hào)，主通道遙測(cè)信號(hào)和參考通道遙測(cè)信號(hào)，目標(biāo)識(shí)別信號(hào)，近炸延時(shí)啟動(dòng)信號(hào)，執(zhí)行級(jí)信號(hào)，自炸信號(hào)等相關(guān)項(xiàng)目的測(cè)試。該軟件控制整個(gè)系統(tǒng)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、處理和分析，并生成測(cè)試報(bào)表。測(cè)試軟件主界面共包括五部分:測(cè)試項(xiàng)目選擇區(qū)、電源及輸出狀態(tài)顯示區(qū)、測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試結(jié)果顯示區(qū)、操作及狀態(tài)信息顯示區(qū)和測(cè)試結(jié)果顏色說(shuō)明區(qū)。測(cè)試項(xiàng)目選擇區(qū)包括一些在測(cè)試中常用到的測(cè)試功能按鈕，包括:阻值檢測(cè)、初測(cè)、復(fù)測(cè)、最終測(cè)試、復(fù)位、手動(dòng)測(cè)試、查詢(xún)數(shù)據(jù)、退出系統(tǒng)等;電源及輸出狀態(tài)顯示區(qū)用來(lái)顯示測(cè)試當(dāng)中+27 V 電壓、+20 V 電壓、+5 V 電壓、+27 V_ZX 電壓、ES 信號(hào)、ALOG 信號(hào)、光路1、光路2、光路3、光路4 的開(kāi)啟與否狀態(tài);測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試結(jié)果顯示區(qū)用于顯示測(cè)試的項(xiàng)目名稱(chēng)及對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果;操作及狀態(tài)信息顯示區(qū)實(shí)時(shí)顯示測(cè)試中系統(tǒng)動(dòng)作的步驟及狀態(tài);測(cè)試結(jié)果顏色說(shuō)明區(qū)提示了測(cè)試結(jié)果的顏色代表含義。測(cè)試系統(tǒng)的軟件主界面如圖4 所示。

圖4 引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主界面

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

以電壓、電流采集模塊的測(cè)試結(jié)果為例，如表1 所示。主控計(jì)算機(jī)通過(guò)PXI－6251 的I/O 口控制繼電器開(kāi)關(guān)陣列來(lái)獲取引信產(chǎn)品的被測(cè)信號(hào)，利用LabWindows/CVI 提供的 GPIB/GPIB488.2 函數(shù)庫(kù)控制數(shù)字萬(wàn)用表(agilent34410A)來(lái)完成對(duì)+5 V 電流、+20 V 電流、接收電源電壓、探測(cè)器偏壓等項(xiàng)目的測(cè)量，主控計(jì)算機(jī)從GPIB 總線中讀取數(shù)字萬(wàn)用表中的測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)采集測(cè)試結(jié)果進(jìn)行顯示。從表1 中可以看出，在初測(cè)、復(fù)測(cè)、最終測(cè)試等試驗(yàn)中各參數(shù)的測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確且重測(cè)的一致性好。

表1 為電壓、電流采集模塊的測(cè)試結(jié)果

5 結(jié) 論

本引信自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已交付引信研制單位使用，實(shí)際運(yùn)行表明該系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定、人機(jī)界面友好且操作簡(jiǎn)便。完全滿(mǎn)足了引信自動(dòng)測(cè)試的需要。

［1］劉雷強(qiáng)，鄭賓，趙小龍.基于虛擬儀器的繼電器測(cè)試裝置研究［J］.電子測(cè)試，2012(5):49-51.

［2］孫曉云，郭立煒，孫會(huì)琴.基于LabWindowS/CⅥ的虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005:125-147.

［3］李明輝，劉連生，曲培樹(shù).基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究［J］.電子測(cè)試，2008(3):15-17.

［4］王超.基于LabWindows/CVI 的舵機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)研制［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010，16(3):9-11.

［5］顧友華.基于LabWindows/CVI 的虛擬的綜合測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)［D］.西安:西北工業(yè)大學(xué)，2004:51-53.

［6］玲芝.現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)及虛擬儀器［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004:38-40.

［7］金英蓮.基于LabWindows/CVI 的虛擬測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)［J］.測(cè)控技術(shù)，2004，26(2):5-7.

［8］馬虎，郭海松.基于LabWindows/CVI 與數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)試軟件設(shè)計(jì)［J］.測(cè)控技術(shù)，2006，25(2):51-53.