VXI虚拟仪器自动测试系统

方案综述:

前言

    海军舰艇上装备的通信声纳，模块化电路板数量多、结构复杂、元器件多，使用中故障率相对较高。目前，其故障诊断一般采用人工方法在样机上直接测试将故障定位到电路板级，操作复杂，所需时间长，而且由于经费所限，不可能将每块有故障的电路板都按报废处理。因此，将电路板的故障定位到功能器件级是部队装备维修管理的重点工作。VXI总线技术被称为面向21世纪的测量技术，它成功地实现了虚拟仪器的构想，达到了自动数据采集测试系统开放式结构的目标。因此，我们采用虚拟仪器技术，开发了通信声纳通用电路板VXI测试诊断系统，以缩短测试诊断时间，提高测试诊断效率，减少装备维修费用。

硬件系统设计

    1．硬件系统方案选择

    一方面，GPIB技术经过多年发展比较成熟，其优越性是通用性、易扩展性；另一方面，目前国内外已流行更加先进的VXI“即插即用”总线系统，其突出优点是传输速率高，即插即用，方便灵活。因此，在系统的硬件设计时，我们综合利用两种总线系统的优势，按照以VXI卡式仪器为主，GPIB程控分立仪器为辅的原则，以全面提高系统的通用性、自动化程度为指导思想，设汁系统硬件的组成结构。目前，系统硬件主体框架选用Tektronix公司的C尺寸VXI主机箱，内置0槽控制计算机作为系统的控制器。VXI机箱中插入五个VXI即插即用卡式模块：TektronixTVS641四通道示波器、RACMJ151任意波形产生器、TektonixVX4820数字测试模块、TektronixVX4380矩阵开关、TektronixVX4101多用表模块。GPB程控分立仪器ELGARAT8000A程控直流电源通过GPIB总线与O槽控制器中的GPIB接口卡相连，实现与系统的通信。另外，我们自行开发了通用标准接口和利用每块被测电路板的适配器，用于被测对象与测试系统的联接。

    2．通用标准接口和接口适配器的设计

    通用标准接口是各测试功能模块与接口适配器之间的连接器，它们共同构成测试模块与电路板之间的桥梁。通用标准接口实现下列功能：1.连接器功能；2.部分信号产生功能；3.简单的控制功能；4.声光指示功能。
    接口适配器完成标准接口与待测试板之间的连接，通过它把待测试板需要的激励信号从标准接口加到待试板，也把待测试板的响应信号回馈到标准接口。接口适配板不能互换，每一种电路板都有自己专用的适配。

软件系统设计

    软件是虚拟仪器测试诊断系统的关键。美国NI公司的虚拟仪器开发平台Labwindows/CVI，是一个基于ANSI C的、交互式C语言集成开发平台，这对具有C语言编程经验的用户来说，使用起来更为方便。因此，我们选择CVI作为软件平台，以简化程序开发，提高编程速度。

    在软件系统的设计中，考虑到面向部队方便使用的总体原则，创建了全中文操作界面，菜单及所有的面板均采用中文显示方式，并给出各项操作的中文帮助和提示。测试人员只需利用计算机的键盘和鼠标，通过操作直观易懂的中文界面虚拟面板，就可完成复杂的测试诊断任务；另外，充分发挥计算机的优势，分析、保存原始数据资料，为日后的装备检修提供第一手资料。

    1.软件系统构成

    软件系统包含以下几部分内容：系统测试管理软件；系统自检、校验软件；被测电路板测试诊断数据库；系统测试诊断数据库；系统测试诊断程序集；被测电路板测试诊断报告。

    系统测试管理软件提供一个友好的中文操作界面，用于管理整个测试系统执行测试诊断任务。

    系统自检、校验软件用于对整个测试诊断系统进行自检和校验。

    被测件测试诊断数据库为输入模块，用于输入被测件的物理信息（作为测试诊断的标准值）、测试诊断要求规范、被测电路板的电路图等有关测试诊断信息，以便对不同的被测电路板自动选择正确的测试诊断方案。
    系统测试诊断数据库包括电源与信号源信息库、测试设备设置信息库、性能测试数据库、参数超差降格数据库、自动诊断数据库、专家辅助诊断数据库等。
    系统测试诊断程序集提供被测件的测试和诊断流程，根据测试诊断数据库中被测电路板的有关信息，控制相应的激励源和测试设备，完成对被测电路板的测试诊断和结果显示。

    被测电路板测试诊断报告根据测试诊断程序执行的结果，输出被测电路板的有关测试诊断结果信息。

    2.软件系统功能

    系统软件设计有性能测试、故障诊断、辅助诊断、信息显示等主要功能。

    性能测试按照数据库已建立的信息对被测件的标准性能指标进行自动测量、数据运算，并与允许范围比较，对性能指标合格与否作出判断。
    故障诊断功能执行测试诊断程序集中的相应测试诊断程序，采集故障数据，根据故障诊断数据中的诊断信息，对被测电路板实施故障自动查找，判断出故障区域。
    专家辅助诊断功能主要针对部分单体被测件，借助人工辅助探头，利用专家诊断知识库，采用人机对话方式，对被测电路板故障更精确定位。

    信息显示功能提供被测件的电原理图、印制板图等。利用提供的信息显示功能，在相应的图册上指导用户测试诊断的过程，测试的部位，故障元件的部位、名称、帮助用户快速查找修复故障。

    3.软件开发中的有关问题

    （1）测试结果的表示

    根据以往装备使用经验和电子测试的相关理论，即使被测电路的性能指标测试结果与标准数据库中的标准指标不相符，也可能并不存在故障，而且在对装备性能要求不是很高或者是战时、训练时间紧迫的情况下，该装备仍可使用，即“降格使用”。我们开发的该测试系统同时面向部队和维修单位，既要满足平时维修使用中测试准确度高的要求，又要满足战时、训时测试时间短、效率高的要求。为此，将测试结果设计为三档，即合格、降格、不合格，分别用绿色、黄色、红色指示灯表示。故障诊断和辅助诊断中的测试结果表示都进行了同样的设计。

    （2）测试安全性方案

    在测试诊断过程中，需要考虑有关安全性和方便易用性的要求。为了不影响整个测试诊断程序的完整运行，考虑将下面的问题设计为由时间控件控制的中断事件：

    a.当用户选定了被测电路板，需要选用正确的与之配套的适配器。虽然已在各适配器上标明其对应的电路板，但考虑到有的用户仍会因各种原因插错适配器，从而可能毁坏被测电路板和测试模块，所以在软件设计时再次考虑这个问题，将它设计为一个中断来处理。软件方面将标准通用接口上用于插接适配器的插座上留出n位，用作适配器的判别编码。软件方面，预先在测试系统中存储每块适配器的编码，同时创建一个时间控件，查询是否满足其所控事件发生的条件。当用户按照操作提示插人适配器后，标准通用接口将相应的编码送人I/O模块，测试系统采集到编码并与预先存储的编码相比较。时间控件不停查询的条件就是“所采集的编码与预存的编码不一致”。当查询到该条件时，启动时间控件所控制的事件——给出操作错误提示“对不起，您插错了适配器!”，提示用户重新插入正确的适配器，同时采取相应的措施保护被测电路板和测试模块。

    b.用户在测试过程中可能会因各种原因随时从标准通用接口上插人或拔下被测电路板（比方说，用户可能拔下电路板以确认某个器件的标值），这种动作很可能会损坏被测电路板和测试模块，所以程序设计必须做到：在被测电路板被拔下前要断开电源和信号，在被测电路板被插入后再加上电源和信号。为此，硬件设计时在标准通用接口上留有信息编码位，对被测电路板的插入和拔出给出不同的信息编码。在测试软件中，通过一介时间控件来控制对被测电路板上信号和电源的通断。具体实现方法与上述（1）类似。

    （3）虚拟功能模块的开发方法
    对于提供了仪器驱动程序的模块，其虚拟仪器模块的开发可直接应用它的驱动程序中的相关函数，进行一定的逻辑组合，实现特定的功能。比如说，TVS641四通道示波器可用于进行波形测试、电压测试、频率测试，这些功能都可以做成相应的虚拟功能模块。
    对于没有提供仪器驱动程序的模块，可以有两种处理方法，一种是自行开发其仪器驱动程序，但开发时间较长。因此，在时间紧、任务重的情况下，可采用另一种方法——用VISA语言使测试模块执行它的底层仪器命令，并将这些命令进行逻辑组合，用以实现测试模块的待定功能。系统中所用的GPIB分立仪器AT8000直流程控电源，其虚拟仪器模块即用此方法开发。这种方法的优点是直观、快速，但也使应用程序显得复杂、繁琐，适合于测试中只用到仪器模块部分功能的情况。

结束语

    适应军用ATE的发展趋势，本文提出了一种采用虚拟仪器技术、以LabWindows/CVI为软件开发平台、用VXI模块和GPIB仪器共同组成的舰载声纳用电路板测试诊断系统的设计开发方案，在此基础上，可进一步开发通用电路板VXI测试诊断系统，向军用ATE标准化方向努力。