复杂类测试设备的便携式、通用化设计

冯小彤

摘 要本文简要描述了某个测试项目的硬件测试资源需求，通过实例介绍了某个测试项目在测试资源的集成、矩阵式切换采集、便携式机箱三个方面的便携式设计。通过设备接口定义，结构零部件，功能板卡、电器开关、接插件的选型，软件编程模式等设计实现了复杂类测试设备的通用化设计。

【关键词】复杂类测试设备 便携式设计 通用化设计

1 硬件测试资源

本测试项目硬件资源需求如下：

（1）ARINC429数字信号：输出12路，输入4路；

（2）RS422A数字信号：输出8路，输入8路；

（3）直流模拟量（0～10V）：14位以上 ，输出10路；

（4）直流模拟量（0～60mV）：误差小于30uV，输出2路；

（5）电流源：0～20mA电流源，输出1路；

（6）交流模拟量：400Hz正弦， 0.56V～5.6V，精度±0.4%，输出3路；

（7）交流模拟量：±10V范围内一个固定值，随着转速频率在0～100Hz变化），输出2路；

（8）LVDT传感器：有效值为3.5V±0.15%VAC，1800±2Hz，輸出1路；

（9）电阻信号：10.00Ω～1000.00Ω，输出11路；

（10）离散量：输出80路；

（11）离散量：输入5路；

（12）LVDS视频信号：输出6路；

（13）LVDS视频信号：输入2路；

（14）电源：直流28V DC （≥8A）1路，交流36V/400Hz （≥2A）1路，直流10V DC （≥500mA）。

2 设备的便携式设计

设备主要从以下几个方面设计，来满足便携式的要求：测试资源的集成、矩阵式切换采集、便携式机箱设计。

2.1 测试资源的集成

（1）LVDS 视频输出信号：本测试项目中要求提供6路LVDS视频输出信号，并且主控计算机能够控制6路LVDS信号的单独开启和关断。通常设计需要6路VGA视频源、6个视频转换器将VGA信号转换为LVDS信号，另外通过离散量逻辑电路板对信号进行切换，实现独立控制。而本项目中设计一块视频输出卡，通过RS232端口与主控计算机通讯，实现了6路LVDS信号的单独开启和关断，解决了需要大量测试资源的问题，板卡工作原理见图1。

（2）LVDS 视频输入信号：本测试项目中要求有4路LVDS视频输入信号，通过逻辑关系能够选择4路中的1路信号输出。通常设计需要4个LVDS视频转换器，另外通过离散量逻辑电路对信号进行切换，实现独立控制。本项目中设计一块视频输入卡通过离散量的逻辑控制实现了4路LVDS信号的逻辑输入选择，板卡工作原理见图2。

（3）电源：定制了一台4路输出电源，这4台电源相互独立，安装在同一个模块中。每一路输出电压都有独立的过流、短路保护功能，每一路都有LED指示灯显示电源是否输出；通过RS232接口能够程控每一路电源的输出，整体电源高度为2U。本项目中将4种不同种类的电源集成到一个模块中，减少电源的占用空间；

（4）对于常规类ARINC429、RS422A、直流模拟量、离散量类等信号选用多通道类板卡，减少同类信号的板卡数量，例如：选用了1块16通道的ARINC429板卡，替代了2块8通道板卡的方案。

2.2 矩阵式切换采集

对于有些要求多个通道输出，而硬件资源有限的信号，采用矩阵式开关采集或输出的方式解决。

（1）本项目要求提供11路输出电阻，每一路都要求连续可调。如果采用2通道的输出电阻卡，则共计需要6块电阻卡才能满足测试要求。本设备中采用了一块2通道的输出电阻卡和一块高密度开关卡的方式解决了此问题，节约了板卡资源。多路输出电阻工作原理图见图3。

（2）设备输出的11路电阻在输出给被测产品前，需要设备进行闭环测量，通常需要11路硬件测量资源通道，并且测量需要4线制采集方式。本设备采用了一块万用表板卡和一块4×40的2线矩阵开关卡实现11路输出电阻的采集测量。采集测量的工作原理图见图4。

2.3 便携式机箱的设计

为了方便运输，本设备定制了一体化的6U三防机箱。本机箱功能特点如下：

（1）19英寸、6U标准框架结构，适用于各种标准仪器安装，本设备选用18槽PXIe机箱和一个2U

高固定电源组件安装在标准框架结构上；

（2）一体化显示输入组件：安装于机架的前端，收起状态，可以锁定；打开以后，键盘/触摸板部分可以向下翻开，显示器可以调整一定的角度；

（3）减震性能为20～2000Hz衰减2倍；

（4）箱体两侧安装4个抬环，便于设备的搬运；

（5）箱体前后面安装有保护盖，设备使用能够轻易的拆下，设备不使用时能够轻易可靠的盖上。

机箱内部各个硬件资源的连接关系见图5。

3 设备的通用化设计

本项目主要从以下几个方面开展了通用化设计工作：设备接口定义，结构零部件，功能板卡、电器开关、接插件的选型，软件编程模式等。

3.1 设备接口定义

对于本测试设备，采用海量接插件的接口形式，每个接插件有260个管脚，每一个接插件都是按照标准定义来定义的，例如：第1个海量接插件全部是数字量信号，其信号包括：ARINC429、RS422A等；第2个海量接插件全部是模拟量信号；第3个海量接插件上半区全是电源信号，下半区全是备份信号区域等。每一个管脚也是按照标准定义来定义的，例如：第1个海量接插件0～32管脚是ARINC429信号的输入管脚、第3个海量接插件的1～6管脚是直流28V电源输入管脚等。

3.2 结构零部件

设备内部结构模式在经过一段时间的其它多个设备验证后，其结构模式基本固定下来，例如：将显示输入组件、海量接插件、适配箱、转接箱等做为标准结构模式，从而减少结构零部件的种类和数量，降低了设计工作量。结构零部件见图6。

3.3 功能板卡、电器开关、接插件的选型

经过对多个厂家和型号的对比，另外经过长时间的其它设备验证后，确定下来以后所使用的种类和型号，从而减少这些器件的种类。

3.4 软件编程模式

使用的项目开发软件具有以下功能和特性：

（1）编程模式是固定的，通过配置接口文件或编写固定的测试程序集，就能完成测试项目；

（2）编写的程序易于后续人员维护；

（3） 底层板卡驱动是独立的，更换底层板卡型号，顶层测试程序不需要变更；

（4）符合IEEE 1641[1]和IEEE 1671[2]等对通用设备要求的标准；

（5）能够满足实时性要求高的测试项目。

4 小结

复杂类测试设备的便携式、通用化设计在以下几方面具有重要意义：

（1）方便产品的移动测试、提高设备利用率；

（2）体现测试设备标准化的统一、简化、协调、优化的理念；

（3）对促进技术成熟、降低成本、缩短研制周期、简化维修等具有重要意义。

参考文献

[1]IEEE 1671-2010 IEEE Standard for Automatic Test Markup Language（ATML） for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML.

[2]IEEE 716-1995 IEEE Standard Test Language for All Systems-Common/Abbreviated Test Language for All Systems（C/ATLAS）.

作者单位

太原航空仪表有限公司 山西省太原市 030006