基于嵌入式计算机的电气产品测试系统的设计与实现

杨冉

摘要：针对涡轮发动机电气产品的测试需求，基于嵌入式计算机平台，研发了一套测试系统，并采用该系统对电气产品性能进行了检测，检测结果表明，系统功能完整、工作可靠，可应用于相关电气产品的性能测试。

【关键词】嵌入式计算机 电气 测试系统

1 引言

电气产品是涡轮发动机的重要组成部分，电气产品出厂检验及交付验收时，需要采用专用测试系統对产品性能进行检测，本文对测试系统软硬件进行设计并通过试验对测试系统功能进行验证。

2 需求分析

根据涡轮发动机电气产品功能，其测试系统需具备以下测试功能：

（1）自检功能；

（2）电气产品电路检测功能；

（3）电气产品稳压点检测功能；

（4）电气产品隔离电路检测功能。

3 测试系统硬件设计

测试系统硬件原理框图如图1所示，其原理如下：测试系统主控制器与人机交互界而之问通过Modbus通讯协议交换数据，主控制器的输出模块控制测试系统内部的继电器吸合，对被测产品发出相应测试信号。被测产品输出的模拟量信号经测试系统内部信号调理模块变换为标准电压信号后，通过主控制器的输入模块进行采集。测试系统中的电源为测试系统和被测产品供电。

3.1 主控制器设计

测试系统的主控制器采用倍福公司生产的CX1020嵌入式计算机系统，该系统配备有1GHz的CUP，结合了工业PC和硬件PLC环境，适用于中等规模的控制任务，并可根据测试系统测试需求对控制器进行模块化配置。

3.2 人机交互界面硬件设计

测试系统的人机交互界而采用和泉公司生产的10.1寸可编程触摸屏，该触摸屏实现了测试系统功能的对外展示，测试系统所有测试功能均可通过触摸屏幕切换不同功能按钮实现。

3.3 高精度测量控制模块设计

主控制器的EtherCAT端子模块为测量提供了电流、电压、温度、压力、频率、位置测量等多种输入输出端子模块，可以视测试系统需求进行选用。

3.4 电路设计

测试系统采用模块化设计，各模块问使用导线连接，主控制器和人机交互界而之问的通讯通过网线实现，下而分别介绍测试系统各测试功能设计方案。

3.4.1 自检电路设计

测试系统需要对内部电源电压进行测试。测试系统内部包括四路直流电压为测试系统和被测产品供电。四路信号通过信号调理模块变换为OV-10V电压，主控制器模拟量输入模块分别采集这四路电压信号，通过转换公式得到电源输出电压值。

3.4.2 电路检测功能设计

测试系统需要对被测电气产品自检电路、起动控制时序电路，转速电路完好性进行检测。测试系统通过主控制器的数字量输出模块输出高电平控制被测产品内部不同继电器吸合，发出相应信号，如被测产品电路正常，则返回相应电流、电压和数字量信号，经测试系统信号调理模块变换为标准信号后由主控制器相应模块进行采集。

3.4.3 稳压点检测功能设计

测试系统需要对被测电气产品调压模块完好性进行检测。测试系统通过主控制器的模拟量输出模块输出OV- 5v直流电压，控制可调电源调压，由主控制器采集稳压点电压值。

3.4.4 隔离电路检测功能设计

测试系统需要对被测电气产品隔离电路完好性进行检测。被测产品内部配备了隔离变压器，测试系统通过主控制器的模拟量输出模块输出电压，通过频压转换模块变换为频率信号输入隔离变压器，隔离变压器输出连接测试系统主控制器的模拟量输入模块，如模拟量输出模块可以采集到电压值，则说明该隔离变压器性能完好。

4 测试系统软件设计

测试系统所采用的软件分为主控制器软件和人机交互界而软件两部分。

4.1 主控制器软件设计

主控制器软件采用TwinCAT自动化软件、ST编程语言进行编写，使主控制器成为一个功能强大的PLC，并根据任务所需时问周期不同，进行多任务操作。主控制器程序结构图如图2。

4.2 人机交互界面软件设计

测试系统的人机交互界而软件采用和泉显示器专用编程软件进行编程，根据图2程序结构需求，共分为系统主界而、系统自检界而、起动功能测试界而、调压测试界而、隔离电路测试界而五部分。在系统主程序界而点击按钮即可进入相应子界而。5系统测试及结论

测试系统完成研发后，使用该系统对20台涡轮发动机电气产品进行了性能检测，20台产品的测试结果均与产品出厂测试结果一致，证明本测试系统软硬件匹配良好，对被测产品的性能测试完整、有效，圆满完成了测试系统的设计与研发工作，可应用于相关电气产品的性能检测。

参考文献

[1]中立琴，马彩文，田新峰，倍福Beckhoff在步进电机控制中的应用[J].现代电子技术，2008 （21）：127-129.

[2]施大发，基于EtherCAT的高性能伺服电机组的现场总线控制系统研究[J].制造自动化，2011 （02）：138-140.endprint