基于PXI总线的某装备自动测试系统设计与实现

1引言

本文针对国产某系列型号装备的测试任务，设计了一套基于PXI平台的自动测试系统。PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，具备优良的机械、电气特性，拥有良好的软件规范，当前在工业领域应用已经比较广泛。为了达到自动、高效、可靠的目标，该系统的软件和硬件结构均采用模块化设计原则，同时保证了系统的可扩展性，便于被测对象型号的扩充以及系统集成。硬件系统采用了三层结构设计，便于利用一套PXI平台能够测试更多的被测对象型号。软件系统利用虚拟仪器技术，分层设计，通过插件式管理，完成多型号对象间的快速切换测量和人机交互管理。

2系统硬件方案

由于被测对象型号比较多，为了使测试系统能够兼容众多类型被测对象，在硬件系统方案的设计上需要尽量提高系统的复用性。

硬件系统上采用了三层结构设计，分别是PXI总线设备层、转接控制接口层、信号调理适配层。如图1所示：

PXI总线设备层包括：
⑴一块PXI主控制器（ADLINK公司的PXI-3710控制器）。
PXI-3710控制器内部嵌入了Intel基于Socket370架构的Pentium3CPU和815E芯片组，支持NT、Linux和VxWorks等操作系统。
⑵一块数据采集卡（ADLINK公司的PXI-2501采集卡）。
PXI2501数据采集卡具有4路12位D/A输出通道，最高速率可达到1MS/s，内建有8K的FIFO输出缓存；8路12位A/D采样通道，最高速率达400KS/s，有2K的FIFO输入缓存。另外还具有24位可编程的数字输入/输出通道。
⑶一块矩阵继电器（ADLINK公司的PXI-7921继电器模块）。
PXI7921矩阵继电器工作于24通道×2线多路复用模式。
⑷一块PXI数字万用表（Signametrics公司的SMX-2042数字多功能万用表）。

转接控制接口层的功能是连接PXI总线设备的各种I/O端口到外部设备，在PXI平台和外部设备之间添加一层转接层，目的是使系统具有通用性和可扩展性，便于以后外部设备的型号更换、升级以及便于维修等。对于各个类型的被测对象而言，通过转接控制接口层可以共享PXI平台的各种设备，把不同的对象业务需求统一到一个系统平台上，提高了测试系统的灵活性。

其中，继电器矩阵的公共端（正负极）与数字万用表相连，通过控制继电器模块可以切换不同通道的信号进入数字万用表进行测量。工作方式如图2所示：

另外，接口层还起到了隔离和保护PXI设备层的作用，例如采集卡的输入输出通道需要光电隔离保护，模拟通道还需要添加滤波电路。

信号调理适配层的主要功能是按照各个测试对象的不同需求，从转接接口层接入需要的信号以及对信号特性进行恰当的变换，同时完成对被测对象待测信号的调理、转接等。

例如，数据采集卡PXI2501设备经过转接接口出来的4路模拟输出信号需要进行电压和功率的放大后才能驱动负载。其数字输出通道也需要经过光隔、功率放大后才能驱动负载，如图3所示：

对于一类部件的特性的判定过程，首先通过多功能PXI模块产生相关的激励信号（多为正弦或方波信号），适当的调理、隔离后加给待测导弹部件，同时采集待测部件上的输出信号（可能是一路或多路，数字信号或模拟信号），然后对采集到的信号进行处理分析，从而得出该导弹部件的工作状态以及可能存在的故障。

在实际测试过程中，由于不同的被测对象部件所需要的激励信号数量不同，前后部件的测试具有关联性；反馈信号包括A/D采集、数字信号读取、万用表测量信号（电压、电流、频率等）等等，一个待测部件的反馈信号往往是包括一种或几种信号的综合，一种信号中又可能是多路并发信号。故这部分的操作需要并行控制，在软件设计上需要分配不同的任务进行处理。

3系统软件方案

系统软件部分采用NI公司的LabWindows/CVI7.0作为开发环境，由于CVI支持WindowsSDK，拥有功能强大的函数库和GUI模板，提供了各种组件包支持，可以很方便的实现软件设计者的设计思路。
测试系统软件如图4所示。

如图4所示，软件的整体模块共分为两大部分：测试操作模块和信息处理模块，前者包括对PXI系列板卡的操作以及实现对被测对象的测量；后者包括故障诊断与维修帮助、测试信息查询、数据库模块操作、报表模块操作、显示交互模块等。

测试操作模块共分3层：业务测试模块层、测试任务库接口层、PXI设备任务库层。

其中，业务测试模块层包含了系统自检模块以及各个型号设备的测试模块，每个模块都包含多个测试流程。在业务测试模块层中，每个测试模块的一个流程可以理解为一个原子测试单元。对于测试任务库接口而言，其上层的测试模块都可以理解为由若干个基本测试单元的集合，测试任务库接口层就可以“同等”的对待不同测试模块的业务需求。只要扩充测试任务库的功能，就可以灵活的处理甚至扩充各个测试模块的需求。

一类典型的基本测试单元的测试流程如图5所示。