一种航空电子控制器测试设备的设计与实现

丁璐

（中国航发西安动力控制科技有限公司，陕西西安，710077）

0 引言

随着航空技术的迅速发展，系统结构日益复杂，航空电子控制器向数字化、综合化、自动化、智能化的方向快速发[1]。对于上述航空电子控制器，不仅需要在设计阶段进行周密、完备设计，更需要进行完整、细致测试，确保交付产品工作正常、可靠。一般而言，测试工作包括调试后验收测试、环境应力筛选试验测试、环境适应性试验测试、交付验收试验测试、以及军检验收测试。

另一方面，由于航空电子控制器的结构日益复杂，功能日益强大，随之而来的是装备的维修难度越来越大，“木桶－短板效应”现象越来越明显，甚至可以说，已经成为提高装备完好率和飞机出勤率的主要瓶颈之一[2]。从提高电子控制器维修效率，降低维修难度的角度来看，也迫切需要能够尽可能真实模拟实际应用环境，并具备故障诊断、功能完善的测试设备。

本文针对某航空电子控制器实际测试需求，提出了一种基于C#语言开发+数据库技术应用的方法，设计出一种多功能航空测试设备，满足了该航空电子控制器在产品调试、环境试验、交付试验、军检验收、故障排除中的测试要求，数据库对产品数据进行存储，方便对比查看，提高了测试效率，节约了人力资源。

1 系统总体设计

■1.1 系统功能需求

某航空测试设备主要用于被测产品的调试后验收测试、环境应力筛选试验测试、环境适应性试验测试、交付验收试验测试、军检验收测试、以及故障排除。当进行产品调试时，测试设备提供激励信号，向被测产品发出传感器信号。产品进行项目试验时，测试设备应能提供一键启动功能，一键启动后，测试设备自动运行，中途不需要人为干预，在测试成功后，自动从产品侧拷贝数据到数据库并保存数据，对数据进行判断，并将判断结果显示出来，将关键数据插入到验收表格中，进行打印。

为确保测试设备测试项目的完整，保证测试设备能满足系统在试验、验收、排故等方面的既定要求，本文对所设计的测试设备提出如下需求：

（1）在被测产品与测试设备通过调理箱交联的情况下，能够记录被测产品关键数据，并可将关键数据插入到验收表格中；

（2）能够对测试设备自身功能进行自检，自检通过后显示自检结果；

（3）可对测试项目进行一键开始，针对测试中的故障进行提示，等测试完成后保存、判断测试数据；

（4）能够对测试结果进行记录、分析、判断、显示并存储。

■1.2 系统设计方案

基于上述系统需求，本文提出的系统设计方案如下：以工控机+PCI卡为硬件平台核心，采用C#语言开发控制逻辑及界面显示，其工作原理：运行在工控机上的测试软件，通过PCI总线驱动各测试板卡，由硬件产生被测产品所需的信号激励，完成被测产品所输出信号的采集和测量，由软件实现数据的计算、分析和处理，利用工控机显示器来模拟传统仪器的控制画面，并形象直观地显示测试结果，从而实现被测产品的各项测试。

测试设备有两种可切换工作模式：自检模式和工作模式。当测试设备在自检模式，测试设备将与被测产品之间的交联信号进行切断处理，对切断信号进行输出、采集，并在内部将监控结果进行对比、确认。当切换到工作模式，测试设备根据仿真曲线发出传感器等实时信号，与被测产品进行信号交联。并且在工作模式下，测试设备软件与被测产品进行配合，由测试设备提供被测产品测试所需的外部信号，从被测产品读取测试结果并处理，实现被测产品的一键测试。

为满足被测产品的测试需求，测试设备具备下列接口功能：提供12路0—10V模拟量输出信号；提供16路离散量输出；提供16路离散量采集；提供6路RS232总线通讯。

2 系统硬件设计及实现

■2.1 硬件总体设计

测试设备由一台19英寸42U高的标准机柜组成。机柜前面板包括：标牌、工控机电源开关、显示屏、USB口、VGA口。其硬件架构如图1所示。

图1 硬件架构

当处于工作模式时，测试设备与被测产品进行信号交联，在整个硬件系统中，工控机是核心，当测试设备处于工作模式时，测试设备通过显示器操作画面按键，工控机通过调理箱与被测产品直接进行信号交互。

■2.2 调理箱设计

信号调理箱完成模拟信号的转接、幅值调整、信号变换，数字信号的整形和电平转换，电源激励的隔离和变换，提供模拟负载等功能，使得测试设备输出信号与测试产品信号电气特性一致。调理箱自检主要完成板卡的输入输出是否正常，通过上位软件发出命令，通过串口给ARM处理器，ARM处理器输出控制模拟开关芯片，进行电路的切换，将采集的数据回传给板卡或ARM处理器（ARM处理器反馈信号给上位机软件）满足自检功能。调整对板卡输出的电压通过调整电路达到设备技术指标要求。产品供电回路增加产品供电电流检测供电电流功能，可以判断产品初次上电是否正常，并且将数据显示到人机界面上。

3 软件设计

■3.1 总体设计思想

测试软件的设计是实现系统所有检测功能的重要保证，同时也是提高测试设备性能的载体，在整个测试设备的研制中占有很重要的地位[3]。在实际开发中，系统实现软件开发的重点是系统集成架构的开发。通过集成架构，可以把选择的项目设计成一个有机的整体，整个软件系统总体结构图如图2所示。操作系统为美国Microsoft公司的Windows7 Professional，数据库使用SqlServer保存配置信息，使用Visual Stdio 2017 开发工具进行开发。Visual Stdio 2017可以直接打开并处理 C＃、 C ++ 、 Ruby 、 Go 等一系列语言的任何文件，提供一种能以简易的方式编译、处理低级存储器、仅产生少量的机器码以及不需要任何运行环境支持便能运行的编程语言。主要用于定制化开发测试、测量与控制系统，它提供的编程语言大大提高了开发人员的工作效率。

■3.2 测试设备软件

测试设备软件是软件系统中具有相对独立功能的软件实体，合理的划分各分组件，有利于整个项目的复用和实现，以及提高测试系统的配置管理。组件分配越细致，其专业程度就越高；粒度越小，组件越易于复用，但管理组件等代价将增大。划分组件时应从功能模块的完整性、高内聚和低耦合性等方面出发。依据重用原则、闭包原则、单人组件原则、消息传递原则，将测试设备组件划分如图3所示。

图2 软件系统总体结构图

图3 测试设备组件划分

其中用户管理组件主要完成用户身份的验证、用户的增加、删除、修改、查询等功能。可通过不同的用户身份进入不同的系统测试操作方式。比如，测试，维护，管理等都有不同的操作权限。

产品标定组件完成被测产品的信号检测功能，实时显示其结果进行维护调整。

测试项目组件提供测试设备各种项目名称，点击开始试验按键后一键启动，自行分析判断整个试验过程中的数据，提高生产效率，并将测试结果保存到数据库中。

产品排故组件将被测产品的故障信息进行浮现，方便操作人员进行分析判断。

数据查看组件主要功能是保存测试数据并根据操作要求进行查看、打印测试数据。

■3.3 软件编程方法

用户交互操作界面层：采用标准Windows GUI风格，为用户提供统一、快捷的操作界面。可在线显示试验台和被测产品的状态参数量值，使操作者能够即时了解产品及设备的运行状态，具有完善的试验数据采集、数据处理、数据存储、生成报表及输出、存储数据回放等操作、全中文显示界面。

便携式测试计算终端：负责整个测控流程的定制、系统管理、数据处理、试验过程控制、网络通讯等功能。主要完成采样通道配置管理、标定与校验、设备自检、信号调理调整、工程单位转换、试验曲线生成和模拟输出、数据传输、数据存储和格式转换、网络传输等功能。该层是本软件平台的核心部分。

数据采集和通讯单元：这些软件模块和组件单元都是建立在Windows系统内核和数据采集设备基础上的，不同测试设备对应的硬件资源不同，因此需针对具体测试设备开发系统组件，并定义好调用接口。它们构成了系统的各个AI、DI、测量参数的采集和DO控制输出，以及通讯回路。这些模块以及设备通讯组件为整个PCI系统提供底层支持服务。

数据查看：通过建立数据库，提供整个测控系统软件的运行支持，对界面参数定义、控制参数调整、数采通道定义、数据存储格式，用户权限设定等进行在线配置，实现对计算机操作系统乃至硬件的访问和控制。

■3.4 系统测试流程

系统的整体测试流程如图4所示。

图4 整体测试流程图

测试系统上电后，首先进行测试设备自检测，如果自检通过，系统进行用户登录确认，通过登录后，系统进行测试主流程。完成登录后，根据用户选择测试设备可进入不同测试场景。如果用户选择测试项目中的各子项，测试设备将按预先设定好的测试流程完成系统一键测试。如果用户选择单项测试，可进一步选择单项测试。所有测试完成后，测试设备可根据用户选择，决定是否查看测试数据，生成测试报表。完成所有测试及显示后，被测产品下电，整个测试结束。

4 试验结果与分析

测试设备研制完成后进行了一系列试验以验证其是否达到了预期的功能性能要求。

（1）系统联试功能。测试设备通过调理箱将测试设备的信号输出。当外接被测设备，测试设备切换至工作模式，被测产品与测试设备能正常进行交联工作，并可通过测试设备监测关键数据的实时状态。

（2）一键启动功能。当测试设备与被测产品安装固定后，在测试设备上点击开始试验，开启一键测试模式，启动被测产品的自动测试，当测试完成后测试设备能将测试内容进行存储，并将测试结果按照预先设定格式生成试验报告。

（3）产品排故功能。测试设备针对整个测试过程中出现的故障问题，具备多种协助故障定位、排除手段。通过产品排故的执行计划，可对被测产品进行故障复位。通过测试设备降低了故障定位、排查的难度，加快了故障排除的进度。

（4）设备自检功能。测试设备上电后，自动进行设备自检。自检结束后，如果无故障，用户可进行下一步用户登录操作，如果自检不通过，用户不能登录，禁止用户进一步操作，禁止登录，有效的保证了整个操作的安全性。

通过上述试验证明，基于组件模型开发的多功能航空测试设备实现了预期的设计要求，能够满足被测产品在产品调试、交付试验、验收、故障排除中的测试要求。

5 结束语

本文从实际使用需求出发，基于组件模型和虚拟仪器技术的开发方法，研制出多功能航空测试设备。该测试设备已成功应用于某航空产品调试、试验、联调、排故等环节，实现了一机多用，避免了各个环节重复开发设备造成的浪费。

经过使用后证明，该测试设备的软/硬件设计合理、自动化程度高、工作稳定可靠、操作方便，能满足该航空电子控制器的多种测试需求。