摘要：結(jié)合航天測(cè)量船特點(diǎn)，為了提高設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷效率，提升應(yīng)急處置能力。在此采用基于虛擬儀器技術(shù)的方法，提出了測(cè)試平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)思想以及軟硬件設(shè)計(jì)。針對(duì)種類繁多的測(cè)控設(shè)備，測(cè)試系統(tǒng)具有高度智能化和廣泛通用性的特點(diǎn)，可完全應(yīng)用于全測(cè)控網(wǎng)設(shè)備，夯實(shí)了測(cè)量船執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)。測(cè)試系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)交互界面，使整個(gè)測(cè)試過(guò)程操作方便，獲得較好的實(shí)際應(yīng)用效果，拓展了任務(wù)準(zhǔn)備的可操作性。
關(guān)鍵詞：航天測(cè)量船；測(cè)控設(shè)備；虛擬儀器；測(cè)試平臺(tái)
O 引言
航天測(cè)量船的各種測(cè)控設(shè)備是影響其綜合測(cè)量精度的主要因素，其工作的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。但由于測(cè)控設(shè)備種類繁多、各類保養(yǎng)維護(hù)手段多種不一、周期長(zhǎng)短不同，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷帶來(lái)了很大的困難，也嚴(yán)重制約了設(shè)備的應(yīng)急處置能力。
針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于虛擬儀器技術(shù)的航天測(cè)量船通用測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)智能化測(cè)試可以靈活便捷地實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備在脫機(jī)條件下進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、故障診斷以及備件檢測(cè)等多項(xiàng)功能；同時(shí)，該平臺(tái)還可以通過(guò)升級(jí)接口適配器和測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)全測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試兼容性。
1 總體設(shè)計(jì)
測(cè)試平臺(tái)以虛擬儀器技術(shù)為核心，所有的外部待檢板都掛在總線上，計(jì)算機(jī)通過(guò)總線發(fā)出各種控制信息給邏輯控制線路，用協(xié)議中規(guī)定好的命令來(lái)啟用檢測(cè)、改變工作方式等。整個(gè)測(cè)試平臺(tái)由接口適配器、矩陣掃描卡、DAQ板、信號(hào)源、工控機(jī)、虛擬測(cè)量設(shè)備、顯示器以及打印機(jī)組成，完成對(duì)慣性導(dǎo)航設(shè)備48種線路板的測(cè)試，測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
待檢線路板包括3類測(cè)試內(nèi)容：通過(guò)插座傳輸?shù)臄?shù)字信息，板上模擬信號(hào)測(cè)試，RS 232／422／485遠(yuǎn)程通信信號(hào)。
以航天測(cè)量船上的某型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定回路板為例，該線路板主要完成對(duì)陀螺儀敏感輸出信號(hào)的解調(diào)、濾波、校正后輸出。該板的輸入信號(hào)主要是f=12 kHz、幅值相對(duì)變動(dòng)的的交流電壓信號(hào)。輸出信號(hào)為f=2．5 kHz，U=48 V方波和f=2．5 kHz，U=48 V三角波。
當(dāng)待檢線路板通過(guò)接口適配器接入測(cè)試平臺(tái)，選擇對(duì)應(yīng)任務(wù)測(cè)試模塊。測(cè)試程序發(fā)出程控信號(hào)控制信號(hào)源及矩陣掃描卡提供給待檢板輸入信號(hào)，并對(duì)返回信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣值與標(biāo)準(zhǔn)返回信號(hào)進(jìn)行比對(duì)分析，判斷電路是否工作正常以及狀態(tài)，測(cè)試流程如圖2所示。
2 測(cè)試平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)
2．1 接口適配器
接口適配器通過(guò)專用接口來(lái)實(shí)現(xiàn)不同種類的板卡識(shí)別和通信。接口適配器分為上行設(shè)備接口和下行接口2部分。上行設(shè)備接口分別對(duì)應(yīng)不同待檢線路板的專用接口。下行接口負(fù)責(zé)將上行設(shè)備接口的全部信號(hào)送入矩陣掃描卡，并返回矩陣掃描卡需傳送至上行設(shè)備接口的信號(hào)。
對(duì)上行設(shè)備所有接口的信號(hào)進(jìn)行分析、整理，將所有信號(hào)分為復(fù)用信號(hào)和專用信號(hào)2類，各待檢線路板所共用的信號(hào)按各自的功能劃分，連接主配線板相應(yīng)的復(fù)用信號(hào)通道，其專用信號(hào)則分別連接主配線板的專用信號(hào)通道。通過(guò)對(duì)信號(hào)的分類管理，待檢設(shè)備接口適配器有效地解決了設(shè)備接口的兼容問(wèn)題，良好地拓展了測(cè)試平臺(tái)的應(yīng)用范圍。
2．2 矩陣掃描卡
由于慣性導(dǎo)航設(shè)備需要測(cè)試的線路板種類多，在測(cè)試過(guò)程中需要不斷地切換測(cè)試通道來(lái)為待檢線路板輸入對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)，提供正常的工作環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)測(cè)試。測(cè)試通道切換的快速準(zhǔn)確直接影響測(cè)試能否正常進(jìn)行。因此，本測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)矩陣掃描卡來(lái)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的選通和切換工作。
矩陣掃描卡主要由繼電器組成，配有單片機(jī)、地址總線接口、數(shù)據(jù)信號(hào)輸入／輸出通道接口、控制總線接口、通用GPIB／RS 232接口、虛擬測(cè)量端接口以及電源接口。內(nèi)部電路通過(guò)地址譯碼控制相應(yīng)的繼電器吸合，完成信號(hào)選通／切換，矩陣掃描卡信號(hào)流程如圖3所示。
在測(cè)試系統(tǒng)中，只需將所有檢測(cè)信號(hào)依次接到矩陣掃描卡的信號(hào)輸入通道，通過(guò)向地址端寫(xiě)入相應(yīng)的地址來(lái)改變測(cè)量通道，便可完成測(cè)試工作。類似的，從待檢板返回測(cè)量信號(hào)同樣經(jīng)過(guò)矩陣掃描卡邏輯選通后進(jìn)入虛擬測(cè)量設(shè)備，使用虛擬測(cè)試工具對(duì)返回信號(hào)進(jìn)行分析、評(píng)判，判讀相應(yīng)的指標(biāo)是否符合要求。
2．3 DAQ板
通過(guò)DAQ(date acquisition)數(shù)據(jù)采集板卡對(duì)矩陣掃描卡返回信號(hào)進(jìn)行采集，NI提供的數(shù)據(jù)采集卡支持多種總線類型，DAQ卡包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I／O、觸發(fā)采集和定時(shí)I／O功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)返回信號(hào)全方位采集，經(jīng)過(guò)采集后信號(hào)輸出給測(cè)試軟件分析處理完成測(cè)試結(jié)果。本測(cè)試平臺(tái)選用PCI- 6221NI-DAQmx設(shè)備。
2．4 信號(hào)源
信號(hào)源為測(cè)試平臺(tái)提供合適的工作環(huán)境，針對(duì)不同的線路板提供相應(yīng)的信號(hào)源及時(shí)序信號(hào)。測(cè)試平臺(tái)選用多功能信號(hào)源，通過(guò)虛擬儀器RS 232／422／GP2B端口對(duì)信號(hào)源進(jìn)行程控，根據(jù)不同待檢板控制信號(hào)源輸出不同信號(hào)。
3 軟件設(shè)計(jì)
虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)中，硬件解決了信號(hào)的輸入和輸出，而軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)返回信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出以及人機(jī)交互等功能。
通過(guò)對(duì)待檢線路板信號(hào)走向的分析整理，應(yīng)用Labview對(duì)每一待檢板進(jìn)行測(cè)試程序的編寫(xiě)，在實(shí)際使用時(shí)可以做到對(duì)應(yīng)某塊線路板調(diào)用相應(yīng)測(cè)試程序即可完成測(cè)試功能。測(cè)試平臺(tái)軟件整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示。
測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)軟件部分分為檢測(cè)系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)慣性導(dǎo)航設(shè)備的各線路板進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)生被測(cè)線路板信息和測(cè)試結(jié)果，還可以對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印和保存。查詢系統(tǒng)可以查詢已測(cè)線路板測(cè)試的結(jié)果，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印。軟件的數(shù)據(jù)流程圖如圖4(b)所示。
軟件實(shí)現(xiàn)的3個(gè)主要模塊分別功能如下：
模塊1：模擬通道，實(shí)現(xiàn)采樣模擬數(shù)據(jù)的顯示、分析、存儲(chǔ)功能。
模塊2：存盤數(shù)據(jù)讀取，實(shí)現(xiàn)測(cè)試項(xiàng)目指標(biāo)參數(shù)讀取功能。
模塊3：數(shù)字I／O，實(shí)現(xiàn)輸出、采集數(shù)字信號(hào)功能。
4 結(jié)語(yǔ)
在此闡述了航天測(cè)量船通用測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)原理、軟件設(shè)計(jì)框圖進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)利用虛擬儀器技術(shù)，配合待檢設(shè)備接口適配器、矩陣掃描卡等硬件電路的使用，可完成對(duì)全測(cè)控系統(tǒng)備件的測(cè)試工作。系統(tǒng)具有可靠性高、配置靈活、綜合化程度高的特點(diǎn)，利用LabVIEW開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面使得操作人員的使用極為方便。
