基于PXI总线的瞄准设备检定系统

1 引言

导弹瞄准设备集光学、精密机械、电子技术于一体，是导弹武器系统中的一个重要组成部分。它的工作性能和使用精度直接影响了导弹的横向命中精度。在使用、运输、储存过程中，由于振动、冲击、温度变化及内部应力变化等因素，造成设备使用精度和主要性能指标发生变化，直接影响导弹瞄准精度和武器作战效能。因此，必须对瞄准设备进行定期检定和使用前复检。目前配备的传统计量检定系统大多体积庞大，操作复杂，自动化程度低、通用性差、无法实现伴随计量保障和靠前计量保障。为此，本文基于PXI总线和虚拟仪器的设计思想，设计并实现一种新型的导弹瞄准设备虚拟计量检定系统，对系统的硬件组成、检测原理和系统软件进行了论述。

2 PXI总线简介

PXI（PCI eXtension for Instrumentation）总线是美国国家仪器公司（National Instrumentation，NI）于1997年发布的模块化仪器总线规范。其核心是将高速PCI总线和Compact PCI模块结构的所有优越性能集于一身。PXI总线具有32/64位数据传输能力以及分别高达132MB/s和264MB/s的数据传输速度，另外，还支持PCI-PCI桥路扩展和即插即用。并增加了专门的系统参考时钟、触发总线、星形触发线和模块间的局部总线，以此来满足高精确度的定时、同步与数据通信要求。

PXI除使用嵌入式计算机，还可通过MXI-3接口，扩展PXI的系统控制，包括外接PC控制、多机箱扩展和更长的距离控制，扩大了PXI的应用范围，不但可以在一个PXI机架上插入8块插卡（1个系统模块和7个仪器模块 ），而且可以通过扩展接口MXI-3，以星形或菊花链连接多个PXI机箱。为了满足测控模块的需要，PXI总线不但提供了33MHz的系统时钟，还提供了10MHz的TTL参考时钟信号、TTL触发总线和12引脚的局部总线，使得同步、触发和时钟等功能的信号线均可以直接从PXI总线上获得，而不需要繁多的连线电缆。

PXI以容易承受的价格提供了其他价格昂贵测试平台（如VXI）上高精度仪器才具有的同步、定时特性。PXI模块仪器可以在不降低测量精度并节约研制经费的情况下，提供高性能的测试、测量和数据采集。

3. 系统方案

3.1 系统硬件组成

根据导弹瞄准设备被测设备的特点和各种测试参数的要求，综合各种因素，本系统选用美国NI公司的PXI产品作为系统采集设备来构建检定系统的硬件平台，系统采用基于PXI总线的外控计算机方案，硬件部分由便携工业计算机、光学检测设备和电子检测设备三大模块组成，如图1所示。

图1 系统硬件组成

工业笔记本电脑是系统的主控部分，它经由MXI-3控制套件连接PXI总线，通过其扩展槽中的各个功能卡及总线控制电子检测设备和光学检测设备，完成各信号的采集，并通过运用Visual Basic和Measurement Studio构建的虚拟计量软件系统，完成检测数据的分析处理和结果显示。

电子检测设备主要由PXI模块仪器、PCL720数字I/O模块、信号转接仪和其它附件、电缆组成，其中PXI模块仪器包括PXI-1002机箱、MXI-3控制套件和PXI-6052E多功能数据采集模块，NI-4060数字万用表模块。MXI-3控制套件连接主控计算机和PXI测试仪器，多功能数据采集模块、数字万用表模块完成信号的采集和处理，信号转接仪完成专用接口和通用接口的转接，并通过PCL720模块控制多路输入信号的通道分时选通。

3.2 系统软件

在平台系统软件的开发过程中，选择了面向对象的开发工具Visual Basic 6.0加Measurement Studio 6.0标准软件包和Visual C++ 6.0混合编程的方式。其中Visual Basic 6.0加Measurement Studio 6.0完成系统主程序编制，Visual C++ 6.0完成动态链接库的编制。

计量检定系统需对多种型号的瞄准设备实施检定，而对每台不同的设备进行检定的方法和要

求各不相同。为使系统软件具有良好的可靠性、易维护性及易扩展性，软件编程设计时采用了层次化设计方法，并遵循了规范化、模块化的设计原则，软件系统模块结构如图2所示。

图2 软件功能结构图

系统分为多个型号系列，每个型号系列中包含多个不同型号的瞄准设备检定模块。软件设计中，对每种型号的武器装备均设计了检定程序、初始化和自检、数据库查询、帮助指导等功能模块。对每个检定程序模块又分别设计了I/O控制、数据库调用、数据处理及分析、检定结果显示输出、检定表格生成、打印等子模块。在模块化的程序结构中，每个程序模块均是一个独立的功能单元，如果需要对某个检定项目进行修改，只需修改相应的程序模块即可，而不会影响其他的程序模块，而且，这种模块结构可以方便对检定程序进行功能扩展及实现与其他系统的集成 。

3.3 系统检测原理

瞄准设备需要检测的有电量和时频两类信号，系统工作时，主控计算机按照规定的检测程序，控制信号转接箱中的继电器，依次接通设备被测点与相应的测试模块的信号通道，被测电子设备的信号通过信号转接箱上的专用接口和通用接口转接到PXI机箱中的PXI-6052E数据采集模块和NI-4060数字万用表模块进行采集，实时测量该被测点的工作状态，测量数据通过MXI-3接口卡送入主控计算机进行处理，经过软件程序的分析计算和比较判断，实时显示检测结果。当需要检测同一点位的多个不同状态指标时（电压、电流、频率），可以控制信号转接箱中的继电器将信号分成多路，分别输入到相应的测试模块进行检测；对于需要专用信号源提供外部信号进行检测的瞄准电子设备，通过MXI-3控制器控制函数发生器模块，向测试通道施加外部激励信号，同时检测该通道的信号响应。这种灵活的控制方式，使整个自动检测变得非常简便、可靠，实现了多点位、多通道、多状态的实时检测。

4 结束语

该计量检定系统体积小，方便携带，成本低。其硬件设备检测精度高、功能齐全，能完成各种信号的采集和处理。而且具有良好的通用性、扩展性，通过适当增加部分硬件接口和编制相应的软件就能实现其他型号瞄准设备的检测。实现了伴随计量保障和靠前计量保障任务，应用前景十分广阔。

参考文献：

1.周泓．虚拟仪器系统软件结构的设计．计算机自动测量与控制．No.1 2000
     2.刘君华．现代检测技术与测试系统设计．西安交通大学出版社．2001
     3.刘俊起．基于PXI总线技术的电于装备故障诊断系统．中国修船．No.5 2001
     4.刘亚．虚拟仪器的构建技术．计算机自动测量与控制．1999
     5.林正盛．浅谈虚拟仪器技术的演化与发展．微计算机信息．No.13 1997