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系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：
PXI模塊化儀器相對(duì)于GPIB、VXI、RS232等儀器而言，具有速度快、體積小、易擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，因此在硬件方面以PXI模塊化儀器為主，選用常規(guī)信號(hào)源(SOURCE)和信號(hào)測(cè)量模塊(SENSOR),通過GPIB和RS232總線擴(kuò)展專用和自研設(shè)備。系統(tǒng)硬件原理圖見圖1。
由于PXI模塊較多，且為了今后的擴(kuò)展，選用了18槽的PXI-1045機(jī)箱；為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)平臺(tái)的集成度，選用了PXI-8187零槽嵌入式控制器，摒棄了以往系統(tǒng)中利用MXI-2將工控機(jī)作為主控器的方式，PXI-8187帶有GPIB接口，可以方便的擴(kuò)展GPIB總線設(shè)備。部分儀器資源和部件需要串口通訊，故選用PXI-8421擴(kuò)展4個(gè)串口。
1. 信號(hào)采集
6 1/2數(shù)字萬用表PXI-4070 和5 1/2數(shù)字萬用表PXI-4060作為常用的測(cè)試模塊，用于測(cè)量電壓、電阻和電流具有優(yōu)勢(shì)，可以測(cè)量0-300V的電壓，0-1A的電流，0-100M歐的電阻；
示波器PXI-5112（2通道8位分辨率，100MHz帶寬）和模擬輸入PXI-6070E（16路單端輸入/8路差分輸入，12位分辨率，1.25M采樣率）配合使用，可以滿足常用的連續(xù)波和單點(diǎn)電壓信號(hào)的采集，PXI-6070E在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，前端連接了兩塊SCXI-1125，用于信號(hào)的調(diào)理（10Khz或4Hz的低通濾波、衰減）。PXI-6070E還用于控制器與SCXI機(jī)箱之間的通訊。
高速DIO PXI-6534可以采集和輸出高低速離散量。特殊和復(fù)雜信號(hào)的采集處理采用GPIB設(shè)備和RS232自研設(shè)備，如頻譜分析儀。
2. 信號(hào)輸出
函數(shù)發(fā)生器PXI-5421（16位分辨率，100MS/s采樣率，帶寬43MHz）和高速模擬輸出PXI-6733（8路輸出，16位分辨率，更新率1MHz）配合使用，可以滿足常用的連續(xù)波和單點(diǎn)電壓信號(hào)的輸出；SCXI-1124用于隔離模擬電壓和電流的輸出。
特殊和復(fù)雜信號(hào)輸出采用GPIB設(shè)備和RS232自研設(shè)備，如交直流電源、射頻信號(hào)源、大氣數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)、模擬器等。
3. 信號(hào)路由
由于大部分機(jī)載電子設(shè)備的信號(hào)數(shù)量很多，不可能將所有信號(hào)同時(shí)直接連接到資源上，必須經(jīng)過繼電器矩陣進(jìn)行切換，繼電器必須具有足夠快的響應(yīng)時(shí)間，能通斷較大的信號(hào)，因此我們選用兩塊繼電器矩陣模塊SCXI-1129和附件SCXI-1333、SCXI-1339，組合成合適的繼電器矩陣（最大通斷能力150VDC/1A，150Vrms/250mA）。在信號(hào)的連接、斷開過程中，為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑的自動(dòng)選擇和安全保護(hù)（避免源于源相連），我們重新編寫了繼電器矩陣驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際使用中取得了滿意的結(jié)果。
4. 資源接口和適配器
資源接口是所有資源接口的集合，每個(gè)部件根據(jù)需要通過適配器連接部分資源。一個(gè)或多個(gè)UUT共用一個(gè)適配器，因此測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)UUT的信號(hào)情況，可以配置一個(gè)或多個(gè)適配器。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：
CVI是在標(biāo)準(zhǔn)C語言（ansi C）的基礎(chǔ)上增加了儀器控制和工具函數(shù)庫的虛擬儀器開發(fā)軟件，提供了很多實(shí)用的例程，具有友好的圖形用戶界面，并且C語言是大家都比較熟悉和易于使用的開發(fā)環(huán)境，因此選用CVI可以加快測(cè)試程序(TP)的開發(fā)。系統(tǒng)軟件原理見圖2。
為了方便和規(guī)范TP的編寫,TP開發(fā)管理軟件根據(jù)輸入的測(cè)試信息自動(dòng)生成測(cè)試程序代碼框架和儀器操作代碼，測(cè)試程序編寫完成后編譯生成動(dòng)態(tài)庫，由測(cè)試程序執(zhí)行管理軟件調(diào)用和管理測(cè)試程序。
測(cè)試程序開發(fā)過程中，儀器操作和虛擬儀器界面的開發(fā)是兩個(gè)重點(diǎn)。
1. IVI儀器驅(qū)動(dòng)的開發(fā)和使用
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圖3 磁傳感的虛擬儀器界面 |
儀器驅(qū)動(dòng)的用途是對(duì)儀器進(jìn)行程控，簡(jiǎn)化測(cè)試程序開發(fā)人員對(duì)儀器的操作。傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動(dòng)與儀器耦合太緊密，儀器發(fā)生變化，驅(qū)動(dòng)也要重新編寫，進(jìn)而使用此驅(qū)動(dòng)的測(cè)試程序也要重新編寫和編譯。VXI PnP儀器驅(qū)動(dòng)使用虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)(VISA),實(shí)現(xiàn)了同一儀器在不同總線間的互換，IVI（可互換虛擬儀器）驅(qū)動(dòng)采用了類驅(qū)動(dòng)的概念，實(shí)現(xiàn)了同一類儀器之間的互換，同時(shí)增加了儀器仿真和狀態(tài)緩存的特性，提高了TP開發(fā)調(diào)試的效率，CVI提供了方便的IVI驅(qū)動(dòng)開發(fā)工具，因此開發(fā)測(cè)試程序過程中選用IVI驅(qū)動(dòng)來控制儀器。
由于目前IVI驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)只發(fā)布了8大類儀器的類驅(qū)動(dòng)，為了保證非IVI標(biāo)準(zhǔn)的儀器在一定范圍具有可互換和仿真功能，我們借鑒了標(biāo)準(zhǔn)IVI驅(qū)動(dòng)的機(jī)制，開發(fā)了自定義IVI驅(qū)動(dòng)。利用IVI驅(qū)動(dòng)，我們成功實(shí)現(xiàn)了NI公司的PXI-4070卡式萬用表與Agilent公司的HP34401 GPIB臺(tái)式萬用表之間的互換，實(shí)現(xiàn)了不同公司生產(chǎn)的單相交流電源和三相交流電源之間的互換。
IVI驅(qū)動(dòng)采用邏輯名和XML配置文件機(jī)制，在硬件資源描述發(fā)生變化時(shí)，只需更改配置文件，不需要更改和重新編譯測(cè)試程序，就能保證測(cè)試程序的正常運(yùn)行。如果不采用IVI驅(qū)動(dòng)，就必須更改所有用到函數(shù)發(fā)生器的測(cè)試程序，將很大程度上延誤工程進(jìn)展。
此外，利用IVI驅(qū)動(dòng)的仿真功能，使得測(cè)試程序開發(fā)人員可在自己沒有安裝任何硬件的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真調(diào)試，提高了平臺(tái)的使用效率和測(cè)試程序開發(fā)效率。
2. 虛擬儀器界面的開發(fā)
虛擬儀器界面提供人機(jī)接口，可以讓操作員根據(jù)需要施加信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)。CVI提供了開發(fā)虛擬儀器界面的用戶接口資源文件(*.uir)和各種控制和顯示控件，用于模擬實(shí)際儀器界面。目前NI LabVIEW、CVI和HP VEE是最為出色和方便易用的虛擬儀器界面開發(fā)軟件。圖3是其中一個(gè)TPS的虛擬儀器界面。
此例中，打開激勵(lì)開關(guān)時(shí)，PXI-6733連續(xù)輸出RMS1.5V，頻率400Hz的正弦波作為磁傳感器的激勵(lì)，用波形顯示控件顯示輸出的信號(hào)；用PXI-6070E的三路模擬輸入通道同時(shí)采集磁傳器輸出的三路航向信號(hào)（最大幅度小于100mv，頻率為800Hz），顯示在同一個(gè)波形顯示控件中，利用算法計(jì)算出角度，顯示在表盤控件中。由于增加了信號(hào)調(diào)理板SCXI-1125和端子板SCXI-1313,將PXI-6070E的測(cè)試范圍擴(kuò)展到2.5mv-300V，從而精確的測(cè)量了磁傳感器輸出的小信號(hào)，計(jì)算出精確的角度。
應(yīng)用成果：
采用NI PXI模塊、CVI、IVI工具、MAX管理軟件，以及第三方的設(shè)備，我們成功構(gòu)建了多套通用、開放的航空機(jī)載電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。利用這些系統(tǒng)成功開發(fā)了多機(jī)型、總數(shù)量達(dá)三百多種的TPS，通過這些TPS，用戶實(shí)現(xiàn)了UUT快速定檢、維修，相對(duì)于用傳統(tǒng)儀器搭建測(cè)試臺(tái)的方式，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在效率和質(zhì)量上有了很大提高，為機(jī)載電子設(shè)備提供了有力保障。自動(dòng)測(cè)試TP運(yùn)行示例見圖4。
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圖4 自動(dòng)測(cè)試IP運(yùn)行示例 |
小結(jié)：
憑借PXI模塊和虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以及多總線設(shè)備互補(bǔ)的功能，實(shí)現(xiàn)了利用有限的資源，測(cè)試上百種部件，同時(shí)使系統(tǒng)的體積變小，測(cè)試速度加快，易于擴(kuò)展，同類儀器可以互換。
虛擬儀器技術(shù)是一種觀念和技術(shù)上的創(chuàng)新，在自動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。 | 
