基于PXI总线的导弹引控自动测试系统设计

摘 要： 针对某型导弹引控系统现有测试设备测试仪器分散、连接复杂、自动化程度低、耗费高等问题，提出一种基于PXI总线技术的自动测试系统（ATS）设计，实现测试系统的自动化、模块化及通用化，降低测试系统的规模，节约研发成本。描述了测试系统的结构和组成，给出了测试系统的硬件设计及软件设计。重点介绍模块化仪器的选择、电源模块的设计及软件的测试流程。经论证，系统设计合理、测试准确、自动化程度高，满足测试需求。

关键词： PXI总线； 自动测试系统； 虚拟仪器； 电源模块

中图分类号： TN911⁃34； TP336 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2014）20⁃0087⁃04

Design of automatic test system for missile detonating control system based on PXI bus

JIANG Jing⁃wei， LI Guo⁃lin， LU Cui⁃hua

（Navel Aeronautical and Astronautical University， Yantai 264001， China）

Abstract： Aiming at the problems of scattered test equipment， complex connection， low⁃level automation and high cost of the existing test equipment for a certain type of missile， an automatic test system （ATS） based on PXI bus technology was designed to achieve the test system automation， modularity and general utilization， which reduced the size of the test system and saved development cost. The structure， composition， hardware design and software design of the test system are described in this paper. The selection of modular instruments， the design of power module and the testing process of software are introduced. The system demonstration indicates that the design of the developed ATS is reasonable， and its testing accuracy and automation level are high， which can meet the test requirements.

Keywords： PXI bus； automatic testing system； virtual instrument； power module

0 引 言

科学技术在不断发展并应用于现代导弹中，使现代导弹的组成、结构及内部组件越来越复杂，特别是导弹引控系统，给导弹引控系统的测试带来一定的难度，具体表现在测试信号种类多、测试量大，被测信号有模拟量信号、串口信号、时序信号、脉冲信号、开关量信号、射频信号。现有的测试设备自动化程度低，测试步骤繁琐，测试仪器分散，连接复杂，耗费资源高，不利于保障部队官兵作战及日常训练。实战训练中，测试时间紧、战场环境复杂，这就要求测试系统能够实现自动化、快速化，有一定的抗干扰能力，能在复杂环境下工作[1]。因此，研制人员需求少、工作强度低、测试时间短、信息化程度高的自动化测试设备，具有重要的军事、经济意义。

PXI测试系统规范由美国国家仪器公司（NI）在1997年推出[2] ， PXI总线技术综合了PCI、CompactPCI坚固的插卡结构、VME总线、VXI总线和GPIB总线的优点，与其他总线技术相比，特点是模块化、小型化、高性能和高集成化，正是这些特点使PXI总线技术迅速在各个领域内发展成为应用最广泛的测试平台[3]。本文以虚拟仪器技术及PXI总线技术为技术支持，完成某型导弹引控系统自动测试系统的设计。

1 测试系统硬件设计

自动测试系统（ATS）包含人机接口单元、测试资源、相应的接口设备、开关系统、电源系统5部分。人机接口单元主要包括程序开发环境、测试程序软件、主控制器、显示器、打印设备等，测试资源部分包括测试激励设备、测试量采集设备等，接口设备包括测试接口适配器、被测件专用适配器等[4]。其硬件组成主要由5部分构成：激励设备、主控制器、检测设备、测试信号接口装置和开关装置[5]。把激励设备、检测设备及主控制器归为测试设备硬件部分，把信号接口装置和开关装置归为接口适配器部分。

1.1 自动测试设备硬件部分设计

自动测试设备部分设计的主要工作是提供各被测件（UUT）测试需求的测试资源以及系统自身运行测试所需的资源。在本系统中，选择基于PXI总线技术生产的货架产品，组建自动测试系统。被测信号有模拟量信号、串口信号、时序信号、脉冲信号、开关量信号、射频信号，可采用的PXI模块有：射频（RF）信号发生器、高速A/D卡、继电器阵列、数字I/O卡、D/A转换卡（任意波形发生器）、485通信卡、数字万用表等，这些模块插在PXI机箱内的安装槽内，通过PXI总线与PXI控制器连接，同时，各个模块通过适配器与被测对象相连接，在PXI控制器的管理下，多个模块可共同完成对某一个被测对象的测试，而每个模块又可参与多个测试项目，系统的组成非常灵活，设备利用率和集成度很高，其硬件组成如图1所示。

图1 测试系统硬件结构图

根据测试信号参数特性选择相应规格的PXI模块。选择型号为PXI⁃1065的机箱，其主要参数为18槽交流3U PXI Express，包含9个PXI插槽，4个PXIe插槽，5个混合插槽，带宽高达3 GB/s；选择PXIe⁃8133为嵌入式控制器，处理器为四核、1.73 GHz，运行Windows XP系统；矢量网络分析仪型号为PXIe⁃5665，主频高达14 GHz；RF信号发生器选择PXIe⁃5673E，其主频率3.3 GHz；高速AD卡选择14位、传输速率为100 MB/s的PXI⁃5412；选择16通道、可通过最大电流值为5 A的继电器阵列；数字I/O选择160通道DIO的PXI⁃7813R；485通信卡选择4端口、数字隔离的串行接口的PXI⁃8433/4；选择主频8 GHz，型号PXI⁃5695的可编程衰减器，拥有达+24 dBm最大输出功率和； 60 dB总增益矩；阵开关选择PXI⁃2529，拥有128交叉点，可以进行1 A切换2 A传输；选择分辨率为6.5位的PXI⁃4065数字万用表。现有测试设备的过载测试台由于需要手动操作，不能实现自动化操作，需要重新设计，以完成自动调平、校准以及同时测试4个过载开关的功能。冲击器平台亦需重新设计，以实现自动完成冲击、复位功能。此外，还需设计电源模块，实现在测试过程中对各UUT进行供电。

1.2 接口适配器部分设计

接口适配器（TUA）是自动测试设备（ATE）与被测单元（UUT）之间的信号传输中心[6]。接口适配器是自动测试系统设计中非常重要的一部分，也是自动测试系统硬件部分需要设计人员人工设计的那部分，很多激励信号、控制信号还有被测信号在此汇集。接口适配器主要有两个作用，一是对信号进行机械连接，二是对信号进行电气连接。在机械连接方面，适配器接口分别与UUT测试接口及PXI仪器接口通过测试电缆相连，大量线路都置于适配器内，增加了系统的集成度，缩短了系统的展开及撤收时间，提高测试效率；在电气连接方面，测试系统产生的激励信号、控制信号和UUT产生的被测信号要经过适配器内部的根据需要设计的电路来传输和滤波、限幅等信号处理。此外适配器箱内还集成了电源模块，向适配器和UUT系统供电。

1.3 电源模块部分设计

经过对测试系统中各UUT的分析，需要以下8个独立电压的供电，分别是+5 V，-5 V，+3.3 V，+1.2 V，

+2.5 V，+15 V，+50 V。购置AC⁃DC电源模块将输入的220 V/50 Hz市电转换为直流±5 V，-15 V和有电流过流保护电路的+15 V的输出，然后通过电源电路将±5 V、±15 V电压转换成系统需要的电压。下面以+50 V和+3.3 V为例，介绍详细的电路设计。

1.3.1 50 V电源电路设计

50 V电路由MC34063A系列DC⁃DC变换器及部分外围电路构成。MC34063AD内部集成温度自动补偿的基准电压发生器、比较器、占空比可控限流回路振荡器、RS触发器和大电流开关电路等。其输入电压范围为2.5～40 V，本电路中选用15 V电压作为输入，而输出电压根据外围电路的器件选择而有所不同，本系统设计的电路在20～60 V可调，如图2所示。MC34063AD的FB脚为比较器反相输入端，也是输出电压取样端，所以调节外部电阻比值，可调节输出电压，输出电压计算式如下：

[Vout=1.25×（1+RadjR4）]

BUV26为NPN型开关功率管，开关动作时间短，可工作在高率转换状态，这样满足MC34063A的工作频率，BA159为快速恢复整流管，使开关电压稳定在所需的电压上。

图2 50 V供电电路

1.3.2 3.3 V电源电路

3.3 V电源分模拟3.3 V和数字3.3 V，采用的供电芯片为美国线性技术（Linear Technology Corporation）公司生产的3.3 V稳定电压输出芯片LT1086⁃3.3 V，输入电压为5 V，输出最大电流可达1.5 A。LT1086⁃3.3 V对外围电路要求简单，甚至可以不需要任何外部元件即可输出既定电压。图3为3.3 V供电电路，在整个硬件设计中模拟地与数字地通过一个0 Ω电阻GND_R1单点连接在一起。

图3 3.3 V供电电路

2 测试软件设计

软件在很大程度上决定自动测试系统的测试流程，所以软件决定了测试系统测试性能的高低。NI公司开发的LabVIEW开发环境是一个图形化的编程语言[7]， LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称[8]， 它基于虚拟仪器技术，可以灵活地增加和修改自动测试系统的测试功能，可以很方便地调整设计参数[9]，这样测试系统的硬件规模将大大降低，测试成本也随之降低，而且图形化的开发环境使开发人员不必将精力放在软件的细节上，没有经过计算机专业学习的人员也可以便捷的搭建自己的测试系统。目前LabVIEW开发环境主要应用在数据采集与仪器控制、数据分析、数据表达、测试测量及监控等领域[10]。

2.1 测试软件的功能与结构

本系统软件的设计采用自顶向下的程序设计方法，因为自顶向下、逐层分解的思想可以有效地控制软件实现的复杂性，并通过逐级抽象、简化每层与较低层次之间的关系，使得每次分解都比较容易理解，并容易确定分解后各成分的功能及相互关系。根据测试需求，为实现测试系统的测试功能，测试软件可分为仪器驱动模块、测试流程模块、数据处理模块、数据管理模块和故障诊断模块这5个功能模块。其中仪器驱动模块由硬件接口库和硬件设备驱动组成，测试流程模块由仪器类、解释器和测试序列组成，数据管理模块由结果显示、结果记录、结果输出、结果比较和结果查询组成，数据处理模块由通用数据处理和专用数据处理组成，故障诊断模块由诊断模型和诊断过程组成。如图4所示。

图4 软件功能结构图

2.2 软件测试流程

用户进入测试系统后首先进行登录系统，登陆成功后进入测试主界面，进行适配器识别，识别成功系统进行设备自检，自检不通过将退出测试系统，自检通过后根据测试需要手动选择进行自动测试或进行分步测试，自动测试识别被检对象后自动施加激励、采集测试数据、显示测试结果并判断是否正常，如测试数据不正常则根据测试结果与正常值作比较来判断故障部位，测试结果分别显示在测试结果表和故障诊断结果表中，最后自动保存测试结果。分步测试根据需要选择测试项目后根据界面提示进行相应操作，开始单个项目的测试，显示测试结果完成故障定位，最后保存测试结果，结束测试。如图5所示。

3 结 语

PXI总线技术综合了以往5种测试总线的优点，包括PCI、CompactPCI坚固的插卡结构、VME总线、VXI总线和GPIB总线，实现了计算机技术与测控技术的完美结合。

该测试系统以PXI总线技术为核心技术，应用成熟的硬件和软件技术，实现了信号处理的准确性及硬件扩展的便利性，系统在设计中依据模块化设计的原则，各层和各模块之问相对独立，使得系统在进行扩展和维护时，无需对所有模块进行修改。

图5 软件测试流程图

测试系统人员需求少、工作强度低、测试时间短、信息化程度高，将提高部队装备自动化、信息化水平，提高测试精度和可靠性，减少人力资源需求，降低工作强度，有利于提高部队的保障能力及作战能力。按照本方案设计的测试系统可以满足测试需求。

参考文献

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[10] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.2程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.