基于LabVIEW的航空裝備通用測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是數(shù)字技術(shù)及各種大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，我國航空電子裝備發(fā)生了巨大變化，組成結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越強(qiáng)大，技術(shù)含量越來越高，可靠性也有明顯提高，隨之裝備的三級卻修理難度越來越大，“木桶-短板-效應(yīng)”現(xiàn)象越來越明顯，甚至可以說，已經(jīng)成為提高裝備完好率和飛機(jī)出勤率的主要瓶頸之一。

為了適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭對后勤的綜合保障能力要求，針對維修工作中原有測試設(shè)備的可視性、可操作性差，被測對象的接口定義、信號各不相同的特點(diǎn)，我們研制開發(fā)了基于LabvIEW的航空裝備通用測試系統(tǒng)。

基于LabVIEW的航空裝備通用測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是，通過整合測試資源，實(shí)現(xiàn)測試資源的復(fù)用，使得在硬件資源一定的情況下，通過更改軟件和連接關(guān)系，就能實(shí)現(xiàn)多種被測對象的測試。

1 被測對象

航空裝備的可更換單元(Line Replace Unit，LRU)在內(nèi)場進(jìn)行維修時，需要檢測其功能好壞，由于不同的LRU接口定義不同，需要相應(yīng)的適配器將其連入系統(tǒng)測試。同樣，在進(jìn)一步檢測LRU中的印制電路板(Printed Circuit Board，PCB)時，由于PCB的類型和接口針腳數(shù)不盡相同，同樣需要相應(yīng)的接口適配器將其連入系統(tǒng)，以便分析測試。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由硬件平臺、軟件平臺和附件等組成。系統(tǒng)組成如圖1所示。

硬件平臺主要包括：測控計(jì)算機(jī)、接口適配器、連接線纜等。

軟件平臺負(fù)責(zé)控制測試過程的激勵模擬和數(shù)據(jù)采集，以及運(yùn)用采集結(jié)果對故障進(jìn)行推理，從而完成對被測對象的故障定位隔離。測試程序采用LabVIEW圖形化編程語言。

附件主要有電纜、工作臺、打印機(jī)等。

3 硬件設(shè)計(jì)

航空裝備通用測試系統(tǒng)是在工控機(jī)PCI總線的基礎(chǔ)上，通過軟件實(shí)現(xiàn)對PCI總線板卡的統(tǒng)一調(diào)度和控制，產(chǎn)生仿真所需的激勵通過接口適配器加載至被測對象的端子上，同時獲取相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。通過軟件分析判斷，完成故障定位。通過對LRU和PCB的逐步測試，航空裝備通用測試系統(tǒng)可將故障定位在芯片級。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 測控計(jì)算機(jī)

測控計(jì)算機(jī)由工控機(jī)主機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)等外圍設(shè)備組成。工控機(jī)主機(jī)內(nèi)含有基于LabVIEW的板卡(以下簡稱板卡)，提供模擬量輸入、輸出，離散量輸入、輸出、串行輸入、輸出，并行輸入、輸出等測試用激勵源。測控計(jì)算機(jī)是整個航空裝備通用測試系統(tǒng)的控制中心。

3.2 接口適配器

接口適配器主要完成被測對象和板卡之間的電氣、機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)理、匹配和轉(zhuǎn)接。必須根據(jù)被測對象的實(shí)際情況自行研制。不同的被測對象必須通過相應(yīng)的適配器才能接入系統(tǒng)進(jìn)行檢測。同時，適配器母板要預(yù)留足夠的空間，以備后期擴(kuò)展。

電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動接口，主要用來完成被測對象和板卡之間電平的相互轉(zhuǎn)換。

離散量接收發(fā)送接口，主要是用來完成離散量信號的測試。

模擬量接收發(fā)送接口，主要是用來完成模擬量信號的測試。

預(yù)留測試資源接口，后期擴(kuò)展開發(fā)備用。

測試孔，連接面板測試孔，將被測對象上的主要信號接出以供測試用。

3.3 鏈接線纜

外部連接線纜主要功能是為被測對象連接到適配器提供電氣、機(jī)械的連接。連接線纜的制作應(yīng)當(dāng)符合國軍標(biāo)的有關(guān)要求，連接線纜插頭應(yīng)具備防差錯功能。

4 軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)用軟件是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。在充分分析航空裝備維修需求的基礎(chǔ)上，采用層次化、模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)。系統(tǒng)軟件具有良好的可視化人機(jī)界面，使用方便。

4. 1 操作系統(tǒng)與軟件開發(fā)環(huán)境

操作系統(tǒng)選用Windows XP。

開發(fā)環(huán)境：LabVIEW(laboratoiy vinual instrumentengineeing workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺)，是一種用圖標(biāo)代替文本進(jìn)行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)的文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流方向，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。

LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)開發(fā)者構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。

與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理等。LabVIEW標(biāo)志顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

4.2 軟件結(jié)構(gòu)

LabVIEW包含大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示與存儲等。針對一個被測對象，編寫相應(yīng)的測試程序，完成對被測對象的檢測和故障診斷并輸出結(jié)果。航空裝備通用測試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.2 LabVIEW程序設(shè)計(jì)

航空裝備通用測試系統(tǒng)的測試程序按照LRU和PCB進(jìn)行分配，一個LRU或者一個PCB對應(yīng)一個測試程序。

每一個測試程序有四個獨(dú)立的功能模塊，但他們都是獨(dú)立的VI，沒有構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，所以要將他們整合起來，實(shí)現(xiàn)函數(shù)的調(diào)用，其框圖如圖4所示。

針對LRU的測試是對整個可更換單元的功能性測試。一個簡單的航空裝備LRU測試系統(tǒng)如圖5所示。

針對PCB的測試是在前期LRU測試的基礎(chǔ)上，對電路板的電氣信號測試。一個簡單的航空裝備PCB測試系統(tǒng)如圖6所示。

5 結(jié)束語

基于LabVIEW的航空裝備通用測試系統(tǒng)的硬件和軟件通用性好，二次開發(fā)成本低，開發(fā)周期短。能滿足三級維修保障需求。對降低維修費(fèi)用、提高裝備的完好率具有十分重要的意義，軍事和經(jīng)濟(jì)效益也十分明顯。