通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

符建名，孔新兵，薛京華

1 引言

通信控制器是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的核心設(shè)備。通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)引入自動(dòng)化集成測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能與專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)、交互式電子信息化維修技術(shù)、嵌入式診斷測(cè)試技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，把通用測(cè)試儀器儀表的功能集成在一個(gè)設(shè)備中，用于通信控制器的主要技術(shù)指標(biāo)和功能的自動(dòng)化測(cè)試。通過(guò)測(cè)試結(jié)果判斷裝備的工作狀態(tài)，同時(shí)對(duì)存在的故障進(jìn)行分析，給出維修保障建議。

2 系統(tǒng)組成

2.1 硬件系統(tǒng)

通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)主要由主控計(jì)算機(jī)、綜合指標(biāo)測(cè)試單元、接口與信號(hào)切換控制單元、數(shù)據(jù)傳輸特性分析單元、數(shù)傳模擬終端及相關(guān)接口等組成。系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

（1）主控計(jì)算機(jī)：包含顯示器、鍵盤(pán)、串口、USB口等輸入輸出通信接口，實(shí)現(xiàn)與用戶(hù)、各測(cè)試模塊、被測(cè)設(shè)備之間的通信控制。負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試流程控制，對(duì)通信控制器的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。

（2）綜合指標(biāo)測(cè)試單元：綜合了數(shù)字示波器測(cè)試模塊、話(huà)路特性測(cè)試模塊、音頻信號(hào)分析儀模塊，完成對(duì)通信控制器各端口指標(biāo)、話(huà)路特性和數(shù)據(jù)傳輸特性的測(cè)試。

（3）接口與信號(hào)切換控制單元：提供對(duì)外的測(cè)試接口和各端口信號(hào)的測(cè)試切換。信號(hào)切換控制模塊完成通信控制器接口信號(hào)的切換與控制。

（4）數(shù)據(jù)傳輸特性分析單元：數(shù)據(jù)傳輸特性分析單元是一個(gè)獨(dú)立的測(cè)試單元，主要用于E1通道誤碼、頻偏和脈沖波形的測(cè)試。技術(shù)指標(biāo)符合ITU-T G.703要求。

（5）數(shù)傳模擬終端：模擬通信控制器各端口的通信協(xié)議，與被測(cè)通信控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)試通信控制器的數(shù)傳功能。

（6）電源模塊：實(shí)現(xiàn)交直流電壓的轉(zhuǎn)換和選擇，為內(nèi)部板卡提供電源。

2.2 接口與信號(hào)切換控制單元

通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)的接口與信號(hào)切換控制單元由接口電路、開(kāi)關(guān)矩陣電路、微處理控制電路等電路模塊組成。測(cè)試接口按標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試接口設(shè)計(jì)，136芯標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出接口可根據(jù)被測(cè)設(shè)備實(shí)際接口進(jìn)行選擇。對(duì)不同類(lèi)型的通信控制器設(shè)備，測(cè)試系統(tǒng)的主設(shè)備不變，通過(guò)不同的接線(xiàn)盒分接至不同類(lèi)型的設(shè)備。

（1）技術(shù)要求

◆完成136路信號(hào)線(xiàn)切換控制；

◆與主控計(jì)算機(jī)的通信，執(zhí)行主控計(jì)算機(jī)的控制指令；

◆與通信控制器指定端口的數(shù)據(jù)收發(fā)功能；

◆提供1個(gè)外部?jī)x器的擴(kuò)展接口；

◆執(zhí)行數(shù)傳測(cè)試流程控制；

◆執(zhí)行指標(biāo)測(cè)試流程控制。

（2）單元組成

接口與信號(hào)切換控制單元組成如圖2所示：

圖2 接口與信號(hào)切換控制單元組成框圖

2.3 綜合指標(biāo)測(cè)試單元

綜合指標(biāo)測(cè)試單元包括平衡信號(hào)通道、非平衡信號(hào)通道2個(gè)信號(hào)輸入輸出通道和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)UART串行控制接口。其中，平衡信號(hào)通道取代話(huà)路測(cè)試儀和音頻信號(hào)源的功能，完成通信控制器平衡接口指標(biāo)的測(cè)試；非平衡信號(hào)通道取代示波器和音頻信號(hào)源的功能，完成通信控制器非平衡接口指標(biāo)的測(cè)試。

在平衡通道，信號(hào)由信號(hào)輸入接口電路、平衡-非平衡轉(zhuǎn)換電路、峰值檢波電路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大調(diào)節(jié)電路、非平衡-平衡轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)輸出接口電路輸出。

在非平衡通道，信號(hào)由信號(hào)輸入接口電路、峰值檢波電路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大調(diào)節(jié)電路、信號(hào)輸出接口電路輸出。

（1）技術(shù)要求

1）平衡信號(hào)通道

◆信號(hào)頻率：1 020 Hz正弦信號(hào)；

◆信號(hào)幅值：輸入-10 dBm/600 Ω～0 dBm/600 Ω，輸出-3.5 dBm/600 Ω～0 dBm/600 Ω；

◆輸入輸出阻抗：600 Ω。

2）非平衡信號(hào)通道

◆輸出信號(hào)頻率：1 020 Hz正弦信號(hào)；

◆輸出信號(hào)幅值：2 mV～10 mV；

◆輸出阻抗：150 Ω；

◆輸入信號(hào)頻率：0 kb/s～115.2 kb/s；

◆輸入信號(hào)幅值：0 V～100 V；

◆輸入阻抗：高阻（＞10 kΩ）。

3）控制接口

◆標(biāo)準(zhǔn)串行（UART）接口；

◆速率：9.6 kb/s；

◆通信協(xié)議：Modebus RTU。

（2）單元組成

綜合指標(biāo)測(cè)試單元輸入/輸出接口電路、平衡/非平衡轉(zhuǎn)換電路、峰值檢波電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路等硬件電路和測(cè)試軟件組成。硬件組成如圖3所示。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸特性分析模塊

數(shù)據(jù)傳輸特性分析模塊是一個(gè)獨(dú)立的測(cè)試模塊，主要用于E1通道誤碼、頻偏和脈沖波形的測(cè)試。技術(shù)指標(biāo)符合ITU-T G.703的要求。

2.5 數(shù)傳模擬終端

數(shù)傳模擬終端通過(guò)通信控制器發(fā)送并接收對(duì)端的數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)本端的通信控制器的工作狀態(tài)和路由進(jìn)行設(shè)置。

兩個(gè)數(shù)傳模擬終端可設(shè)置互為主從的關(guān)系，作主的數(shù)傳模擬終端負(fù)責(zé)測(cè)試流程的控制，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判決。作從的數(shù)傳模擬終端按預(yù)定的程序發(fā)送數(shù)據(jù)給作主的通信控制器，同時(shí)接收作主的通信控制器發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)正確接收的概率發(fā)給作主的數(shù)傳模擬終端，以作為測(cè)試判決的依據(jù)。

圖3 綜合指標(biāo)測(cè)試單元框圖

3 工作原理

傳統(tǒng)的測(cè)試步驟是：

（1）按要求連接好儀器和被測(cè)設(shè)備；

（2）手動(dòng)把被測(cè)設(shè)備設(shè)置在某個(gè)工作狀態(tài)；

（3）手動(dòng)設(shè)置好一個(gè)或幾個(gè)儀器的工作狀態(tài)；

（4）通過(guò)儀器給被測(cè)設(shè)備施加一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)，再根據(jù)指標(biāo)要求，通過(guò)儀器測(cè)試被測(cè)設(shè)備的某個(gè)輸出信號(hào)；

（5）最后由儀器顯示或打印測(cè)試結(jié)果。

更先進(jìn)的儀器可綜合幾種儀器在一個(gè)設(shè)備中，并直接連接計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)配置儀器的工作狀態(tài)。但對(duì)被測(cè)設(shè)備始終需要手動(dòng)設(shè)置，對(duì)不同的指標(biāo)也需要一個(gè)一個(gè)地進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試。

通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)控協(xié)議，不需要手動(dòng)干預(yù)，直接設(shè)置通信控制器的工作狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)集成了話(huà)路特性測(cè)試儀、音頻信號(hào)分析儀、音頻信號(hào)發(fā)生器、示波器、數(shù)據(jù)傳輸特性分析儀等儀器功能于一體，可根據(jù)用戶(hù)的需求，一鍵完成全部指標(biāo)的測(cè)試。整個(gè)測(cè)試過(guò)程不需要手動(dòng)干預(yù)。系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試連接如圖4所示。

指標(biāo)測(cè)試過(guò)程：開(kāi)機(jī)進(jìn)入測(cè)試菜單后，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目的選擇，通過(guò)以太網(wǎng)接口對(duì)被測(cè)通信控制器進(jìn)行設(shè)置。

圖4 系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試連接圖

第一步，通過(guò)設(shè)置使通信控制器進(jìn)入第一個(gè)測(cè)試工作狀態(tài)（無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)狀態(tài)），系統(tǒng)依次對(duì)8個(gè)無(wú)線(xiàn)接口指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

第二步，通過(guò)設(shè)置通信控制器進(jìn)入第二個(gè)測(cè)試工作狀態(tài)（異步數(shù)據(jù)狀態(tài)），系統(tǒng)依次對(duì)8個(gè)異步接口指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

第三步，通過(guò)設(shè)置通信控制器進(jìn)入第三個(gè)測(cè)試工作狀態(tài)（二四線(xiàn)話(huà)音狀態(tài)），系統(tǒng)依次對(duì)8個(gè)二四線(xiàn)接口指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。如此，直至選擇的測(cè)試項(xiàng)目全部測(cè)試完成后，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)庫(kù)的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，把存在的故障定位至單元板并給出維修建議。

4 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)管理、自檢校準(zhǔn)、測(cè)試診斷、信息管理四大功能模塊組成。各功能模塊間通過(guò)軟總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并與操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和各類(lèi)庫(kù)文件交換信息。頂層采用統(tǒng)一的用戶(hù)操作界面，易于學(xué)習(xí)掌握和使用。

系統(tǒng)軟件框架如圖5所示：

圖5 系統(tǒng)軟件框架

測(cè)試診斷軟件是系統(tǒng)軟件的核心，包括數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試診斷系統(tǒng)軟件、接口指標(biāo)測(cè)試診斷系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。

（1）數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試診斷軟件

數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試診斷軟件系統(tǒng)由數(shù)傳測(cè)試模塊、RS-232串口通信處理模塊、網(wǎng)口通信處理模塊、通信控制器狀態(tài)設(shè)置控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試流程控制模塊組成。

數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試診斷軟件主要完成以下功能：

◆數(shù)傳模擬終端接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能；

◆對(duì)通信控制器的工作狀態(tài)設(shè)置和路由控制的功能；

◆數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試流程控制、測(cè)試結(jié)果判決與故障診斷的功能。

（2）接口指標(biāo)測(cè)試診斷軟件

接口指標(biāo)測(cè)試診斷軟件系統(tǒng)由通信控制器各接口指標(biāo)測(cè)試模塊和接口指標(biāo)測(cè)試流程控制模塊等功能模塊組成。

接口指標(biāo)測(cè)試診斷軟件主要完成以下功能：

◆對(duì)通信控制器的工作狀態(tài)設(shè)置的功能；

◆對(duì)綜合測(cè)試單元的設(shè)置與控制的功能；

◆接口指標(biāo)測(cè)試流程控制與測(cè)試接口判決與故障診斷的功能。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件

數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件系統(tǒng)由人機(jī)對(duì)話(huà)管理模塊、業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、文件輸入輸出模塊等功能模塊組成。數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件主要完成測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)、管理，測(cè)試報(bào)告的打印等功能。

5 系統(tǒng)特性

（1）通用性

測(cè)試接口采用標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出接口，軟件系統(tǒng)包含多種測(cè)試程序集，不同類(lèi)型的通信控制器可選擇不同的測(cè)試程序子集進(jìn)行測(cè)試。因此，自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)適用于各種不同類(lèi)型的通信控制器等數(shù)據(jù)鏈路交換設(shè)備的自動(dòng)測(cè)試與故障診斷。

（2）自動(dòng)化集成測(cè)試能力

通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)集成了數(shù)字示波器測(cè)試模塊、話(huà)路特性測(cè)試模塊、音頻信號(hào)分析儀模塊、數(shù)據(jù)傳輸分析儀模塊的功能，可一次性完成通信控制器各種類(lèi)型的接口指標(biāo)、話(huà)路特性和數(shù)據(jù)傳輸特性的測(cè)試。

（3）智能化診斷能力

通過(guò)對(duì)設(shè)備工作原理的解析和故障維修記錄的信息進(jìn)行收集，建立故障診斷庫(kù)，設(shè)計(jì)出基于故障庫(kù)的故障診斷軟件。故障診斷軟件將測(cè)試結(jié)果按照標(biāo)準(zhǔn)一一進(jìn)行判別，形成測(cè)試狀態(tài)表，再與故障庫(kù)中的狀態(tài)表進(jìn)行比對(duì)，給出維修建議。

（4）一鍵式的操作便捷性

通過(guò)高性能的軟件模擬設(shè)計(jì)和人性化的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)操作的便捷性。將各種通信控制器設(shè)備進(jìn)行菜單分類(lèi)，測(cè)試過(guò)程中只需要選定相應(yīng)的測(cè)試需求，界面將直接顯示測(cè)試結(jié)果并給出維修建議。對(duì)于支持身份讀取的設(shè)備，可進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)，支持用戶(hù)進(jìn)行身份信息或日期編號(hào)的查詢(xún)或打印。

（5）良好的機(jī)動(dòng)性能

通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)充分考慮環(huán)境的復(fù)雜性、操作的方便性等多方面因素，結(jié)構(gòu)外觀(guān)采用小型化、便攜式設(shè)計(jì)。因此具有節(jié)省時(shí)間、節(jié)省人力、節(jié)約成本、高效快捷等特點(diǎn)，適合通信控制器裝備保障日益精細(xì)化、快捷化的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技和國(guó)防建設(shè)水平的發(fā)展，通信設(shè)備的集成度、自動(dòng)化程度越來(lái)越高，這對(duì)裝備的日常使用、維護(hù)、保障和人員素質(zhì)等提出了更高的要求。通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)提出了一種通信控制器自動(dòng)化集成測(cè)試保障系統(tǒng)的技術(shù)，為通信控制器裝備保障提供了一種更加便捷、高效、智能的解決方案。

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