基于LabVIEW的航空裝備通用測(cè)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(guó)航空電子裝備發(fā)生了巨大變化，組成結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)越強(qiáng)大，技術(shù)含量越來(lái)越高，可靠性也有明顯提高，隨之裝備的三級(jí)卻修理難度越來(lái)越大，“木桶-短板-效應(yīng)”現(xiàn)象越來(lái)越明顯，甚至可以說(shuō)，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(zhēng)對(duì)后勤的綜合保障能力要求，針對(duì)維修工作中原有測(cè)試設(shè)備的可視性、可操作性差，被測(cè)對(duì)象的接口定義、信號(hào)各不相同的特點(diǎn)，我們研制開(kāi)發(fā)了基于LabvIEW的航空裝備通用測(cè)試系統(tǒng)。

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

1 被測(cè)對(duì)象

航空裝備的可更換單元(Line Replace Unit，LRU)在內(nèi)場(chǎng)進(jìn)行維修時(shí)，需要檢測(cè)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(cè)試。同樣，在進(jìn)一步檢測(cè)LRU中的印制電路板(Printed Circuit Board，PCB)時(shí)，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(cè)試。

2 系統(tǒng)組成

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

硬件平臺(tái)主要包括：測(cè)控計(jì)算機(jī)、接口適配器、連接線纜等。

軟件平臺(tái)負(fù)責(zé)控制測(cè)試過(guò)程的激勵(lì)模擬和數(shù)據(jù)采集，以及運(yùn)用采集結(jié)果對(duì)故障進(jìn)行推理，從而完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的故障定位隔離。測(cè)試程序采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言。

附件主要有電纜、工作臺(tái)、打印機(jī)等。

3 硬件設(shè)計(jì)

航空裝備通用測(cè)試系統(tǒng)是在工控機(jī)PCI總線的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lì)通過(guò)接口適配器加載至被測(cè)對(duì)象的端子上，同時(shí)獲取相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。通過(guò)軟件分析判斷，完成故障定位。通過(guò)對(duì)LRU和PCB的逐步測(cè)試，航空裝備通用測(cè)試系統(tǒng)可將故障定位在芯片級(jí)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 測(cè)控計(jì)算機(jī)

測(cè)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(jiǎn)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(cè)試用激勵(lì)源。測(cè)控計(jì)算機(jī)是整個(gè)航空裝備通用測(cè)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(cè)對(duì)象和板卡之間的電氣、機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理、匹配和轉(zhuǎn)接。必須根據(jù)被測(cè)對(duì)象的實(shí)際情況自行研制。不同的被測(cè)對(duì)象必須通過(guò)相應(yīng)的適配器才能接入系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，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(dòng)接口，主要用來(lái)完成被測(cè)對(duì)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(lái)完成離散量信號(hào)的測(cè)試。

模擬量接收發(fā)送接口，主要是用來(lái)完成模擬量信號(hào)的測(cè)試。

預(yù)留測(cè)試資源接口，后期擴(kuò)展開(kāi)發(fā)備用。

測(cè)試孔，連接面板測(cè)試孔，將被測(cè)對(duì)象上的主要信號(hào)接出以供測(cè)試用。

3.3 鏈接線纜

外部連接線纜主要功能是為被測(cè)對(duì)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(guó)軍標(biāo)的有關(guān)要求，連接線纜插頭應(yīng)具備防差錯(cuò)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(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境

操作系統(tǒng)選用Windows XP。

開(kāi)發(fā)環(huán)境：LabVIEW(laboratoiy vinual instrumentengineeing workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái))，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(yǔ)言。傳統(tǒng)的文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)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(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)開(kāi)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(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，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(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)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(chǔ)，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(dòng)畫(huà)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(chǔ)等。針對(duì)一個(gè)被測(cè)對(duì)象，編寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試程序，完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)和故障診斷并輸出結(jié)果。航空裝備通用測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試程序按照LRU和PCB進(jìn)行分配，一個(gè)LRU或者一個(gè)PCB對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試程序。

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

針對(duì)LRU的測(cè)試是對(duì)整個(gè)可更換單元的功能性測(cè)試。一個(gè)簡(jiǎn)單的航空裝備LRU測(cè)試系統(tǒng)如圖5所示。

針對(duì)PCB的測(cè)試是在前期LRU測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)電路板的電氣信號(hào)測(cè)試。一個(gè)簡(jiǎn)單的航空裝備PCB測(cè)試系統(tǒng)如圖6所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于LabVIEW的航空裝備通用測(cè)試系統(tǒng)的硬件和軟件通用性好，二次開(kāi)發(fā)成本低，開(kāi)發(fā)周期短。能滿足三級(jí)維修保障需求。對(duì)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。