基于PXI总线的综合测试设备设计与实现

收稿日期：2023-08-02

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.05.012

摘  要：综合测试设备在被测控制器产品的生产过程中起着关键作用，可以提供总装后的整机调试、环境适应性试验、交付验收试验以及故障排查等功能。该设备采用PXI主控机箱和专用功能模块作为核心硬件平台，并使用LabVIEW语言开发测试软件。通过系统自检和功能测试，测试设备可以对被测产品进行全面的测试，并生成稳定可靠的测试结果。通过对测试结果的分析和生成综合测试报告，可以确保被测产品达到预期的功能性能要求。

关键词：测试设备；PXI总线；模块化；LabView；功能测试；系统自检

中图分类号：TN79；TP23  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2024）05-0054-05

Design and Implementation of Integrated Test Equipment Based on PXI Bus

WANG Yajing

（Beijing Aerospace Xinli Technology Co.， Ltd.， Beijing  100143， China）

Abstract： The integrated test equipment plays a crucial role in the production process of the tested controller products， which can provide functions such as overall system debugging， environmental adaptability test， delivery acceptance test， and troubleshooting. This equipment utilizes a PXI master computer and dedicated functional modules as the core hardware platform， and uses the LabVIEW language to develop test software. Through system self-check and functional test， the test equipment can perform comprehensive test of the tested products and generate the stable and reliable test results. By analyzing the test results and generating comprehensive test reports， it ensures that the tested products meet the expected functional and performance requirements.

Keywords： test equipment; PXI bus; modularity; LabView; functional test; system self-check

0  引  言

在現代飞行系统中，控制器扮演重要角色，其功能和性能几乎定义了系统运行的稳定性和可靠性。然而，控制器的生产并非简而易行的，这个过程包含了多个测试阶段，以确保其以最优状态进入日常运行。科技的进步使得模块化和集成化度达到了空前的高度，这使得武器系统的控制器更加复杂。测试这些控制器的单项功能成为一项挑战：既耗时又烦琐，部分功能甚至无法通过手动方式进行检测。同时，单项测试需要不断切换测试工装，不但浪费了大量的人力和时间，也会由于复杂的操作造成测试结果稳定性下降[1-3]。

因此，目前迫切需要一个控制器综合测试系统。这样的系统需要能够自动化地完成对控制器全方位的功能测试，并生成稳定、可靠的测试结果。通过对这些结果进行深入分析和生成综合测试报告，可以为保持控制器的出厂功能性能提供坚实保障。这不仅优化了生产流程，节省了人力和时间成本，更有助于确保每一个出厂的控制器都能达到预期性能，从而提高整个飞行系统的可靠性和效率。

1  系统总体设计

1.1  系统需求

对于被测控制器产品生产，综合测试设备承担关键作用，其应用包括总装后的整机调试、环境适应性试验、交付验收试验以及故障排查等环节[4]。在产品调试过程中，测试设备负责向产品投入激励信号，并收录其相应的输出信号。此外，测试设备所提供的自动测试功能，能够针对各项测试任务进行翔实的逐项检测，并能实时展示测试结果。测试数据在完成后被存入数据库，用户可以通过数据查询界面访问此数据，并进行打印[5，6]。

为了确保测试设备能够兼容所有预设的测试项目，并满足在产品调试、试验、验收以及故障排查等方面的具体要求，对综合测试设备设计提出以下具体需求：

1）用户登录：用户启动测试软件时，系统应要求用户输入账户信息；若是新用户，则应引导其注册新账户以便使用。

2）系统自检：测试设备应自动进行系统自检，以确保设备在对目标产品进行电源供给的过程中的安全性。

3）功能测试：测试设备应能对每个测试项目进行自动化测试，一旦发现故障，应立即中止测试并断开设备对被测产品的电源供给。

4）程序在线升级：测试设备将嵌入式程序

发送给被测控制器产品，使被测产品在免开盖的情况下实现程序在线升级。

5）数据处理：测试设备应提供测试数据的评估、展示、存储，以及历史数据的查询和打印功能。

1.2  总体方案

基于上述系统需求，本文提出以下系统设计方案：采用PXI主控机箱加专用功能模块作为核心硬件平台，并使用LabVIEW語言开发测试软件。如图1所示，该方案的工作原理是，在主机上运行测试软件，并通过PXI总线驱动各个专用功能模块，以生成被测产品所需的信号激励，并完成对被测产品输出信号的采集和测量。软件模块负责测试数据的计算、分析和判读，并通过显示器将详细的测试结果展示出来，从而实现对被测产品的全面测试[7-9]。

测试设备具备两种可切换的工作模式：系统自检和功能测试。在系统自检模式下，将测试设备通过测试电缆连接自检口，测试软件发出控制信号，实现对测试设备的自检；在功能测试模式下测试设备与被测产品互联，测试软件发出的控制信号，测试设备提供被测产品所需的外部信号，测试软件读取和处理被测产品的测试结果，实现对被测产品的功能测试。

为满足被测产品的测试需求，测试设备具备以下接口功能：16路四线制电阻测试回路、4路无源开关量信号输出、2路无源开关量信号输入、16路有源开关量输出、12路有源开关量输入以及1路1553B总线接口通信功能。

2  硬件设计与实现

2.1  硬件总体设计

综合测试设备由一台19寸8U高的标准机箱组成，包括机柜前面板和后面板。机箱前面板包括标牌、测试电源、显示屏、键鼠和USB接口，如图2所示；后面板包括机柜电源、测试接口和自检接口，如图3所示。

显示器、打印机和键鼠通过标准接口与PXI主控机箱连接，而专用功能模块则集成在主控机箱内部。信号调理箱用于连接被测产品和测试设备，其内部包含自检电路和测试电路。此外，还有8根测试电缆，用于在系统自检和功能测试过程中传送控制指令和测试数据。

在设备连接完成后，用户可通过显示器选择工作模式。测试设备将自动对被测控制器的全部功能进行测试，并具备被测控制器产品程序的升级功能。无须打开被测产品，用户可以通过本系统在线将程序下载到被测产品中，实现升级操作，保证了被测产品的稳定性和封装性。

图2  设备机箱前面板

图3  设备机箱后面板

2.2  PXI主控机箱组成

本系统采用了PXI主控机箱作为核心设备，其中包括PXI控制器和机箱，如图4所示。PXI主控机箱型号为PXIe-1084，具有17个可扩展插槽，提供了丰富的扩展能力。控制器采用了PXIe-8840型号，安装在机箱的扩展插槽内。控制器通过PCI通信协议，提供232接口和485接口，用于与程控电源通信。这样的设计配置不仅确保了系统的可靠性和稳定性，还为系统提供了强大的通信能力和灵活的扩展性。

图4  PXI测试主控机箱

2.3  专用功能模块

专用功能模块安装在机箱的扩展插槽内。专用功能模块包括PXI-4065数字多用表模块、1553B通信模块、PXI-RY01矩阵开关模块、PXI-32IC数字输入检测模块各1块，以及2块PXI-HCK0301继电器控制模块。

PXI-4065数字多用表模块是一种具有6 1/2精度和300V测量范围的数字多用表。它提供了交流和直流电压、电流测量以及2线和4线电阻测量接口，用于进行电阻、电压和电流的测量。

1553B通信模块包含了一块1553B总线通信卡（BC）和两个耦合器。该模块实现了BC和RT之间的数据交互。1553B总线通信卡是一种单通道多功能板卡，具有16Mx16b SDRAM数据存储区，可缓冲32条消息中断。

PXI-RY01模块是一种4线制16选1通道选通设备，其动作时间小于2 ms，能够承受1A 28VDC的负载。

PXI-HCK0301模块具有32路无源触点输出，其动作时间小于2 ms，释放时间小于4 ms，负载1A 28VDC；可用于输出开关量的通断状态。

以上这些专用功能模块组合在一起，为系统提供了丰富的测试和控制能力。它们在测量、通信、电路切换等不同方面起到重要的作用，为测试设备提供了灵活和全面的功能支持。

2.4  硬件工作原理

在测试过程中，主控机箱通过上位机软件控制电源和专用功能模块。上位机软件通过PCI总线向专用功能模块发送自检指令，专用功能模块通过信号调理箱的自检电路进行自检。

自检完成后，上位机软件通过PXI总线发送测试指令给专用功能模块。专用功能模块使用数字多用表模块读取限流电阻的电阻值。

为了实现主控机箱与被测设备之间的通信，采用了1553B模块。主控机箱通过1553B模块将嵌入式程序发送给被测设备，实现被测设备程序的在线升级。主控机箱还通过1553B发送开出信号控制指令给被测设备，并对开出信号进行采集和判读。

PXI-RY01矩阵开关用于根据所选通的电阻和电压输入，通过信号调理箱来控制多用表与被测设备之间的测试通道切换；PXI-HCK0301继电器测试模块接收主控机箱的控制指令，实现对被测设备数字量输入和输出的控制；PXI32IC数字输入检测模块用于检测数字量输入信号，并将检测结果发送到控制机箱，完成数字量输入和输出信号的测试。

最后，控制机箱的上位机软件收到测试结果后，对测试结果进行判断，并输出测试结果报表。

3  软件设计

3.1  软件总体设计

测试软件对测试设备的功能实现与性能的提升起到载体的作用，在整个测试设备的研制过程中，测试软件设计占据了重要的地位[10]。测试软件采用了三层架构，包括应用层、业务层和接口层，如图5所示。

图5  软件设计架构

在应用层，用户与软件进行交互。这一层包括了菜单栏、工具栏、参数设置、测试信息、结果显示和状态栏等组件，用于提供友好的用户界面和操作方式。

业务层负责实现软件的具体功能和业务逻辑。这一层包括了用户登录、系统自检、功能测试、程序在线升级和数据处理，在实现软件的功能和业务逻辑方面起着关键的作用，3.2节中将进一步展开介绍。

接口层主要负责与外部系统、设备或文件进行交互。本地文件接口包括配置文件接口和文本文件接口，用于读取、编辑和存储本地文件的配置信息和文本内容；硬件接口包括与专用功能模块进行通信的接口，用于与各种硬件设备进行数据交互；通信接口则涉及1553B通信接口，用于与被测设备之间的数据传输。

通过这样的软件架构，实现了功能的模块化分层，提高了软件的可维护性和扩展性，同时也提供了灵活的接口，与其他系统、设备和文件进行无缝集成。

3.2  软件功能设计

3.2.1  用户登录

启动测试软件，需输入用户名和密码；对于新用户，需要先进行注册才能登录测试软件。登录成功后，系统自动进入自检部分，用户登录子模块如图6所示。

3.2.2  系统自检

选择自检功能，并点击开始自检，软件开始执行自检操作。在自检过程中，如果某个功能自检结果不正确，相应的自检信息会以红色显示，并弹出提示框询问用户是否继续自检，用户可以随时停止自检以进行硬件维护。自检完成后，自检结果会被保存，如图7所示。

3.2.3  功能测试

选择功能测试，用户需要填写测试信息，包括被测产品编号、型号、测试地点、测试阶段等；其他信息，如测试人和测试时间，系统会自动获取，如图8所示。填写完成后，开始进行功能测试。功能测试开始后，系统按照顺序进行电阻测试功能测试、无源开关量输出功能测试、无源开关量输入功能测试、有源开关量输出功能测试和有源开关量输入功能测试。在测试过程中，如果出现不合格项，系统会弹出提示窗口询问用户是否继续测试，用户可以选择停止测试。测试完成后，测试结果会保存在数据库和本地文件夹中。

3.2.4  程序在线升级

用户选择本地升级程序，并通过1553B通信方式将程序下载到被测控制器的FLASH中；然后，测试系统读取被测控制器上FLASH中的程序，并与本地程序进行数据校验；校验通过后，判定DSP程序升级成功。程序的校验方法包括对比DSP型号、DSP内部数据区、FLASH参数区和FLASH程序区，只有当所有对比一致时，校验才会通过。

3.2.5  数据处理

功能测试完成后，测试结果会保存在数据库和本地文件夹中。在数据处理界面，查看历史数据列表，所有系统自检和功能测试均在测试列表中；查看各条测试记录，应记录被测产品编号、型号、测试地点、測试阶段、测试人员和测试时间等信息；测试记录可以报表形式打印和导出。

4  试验结果与分析

测试设备研制完成后进行了系统测试以验证其是否达到了预期的系统需求，系统测试流程如图9所示，系统测试情况如表1所示。

通过上述系统测试表明，基于PXI总线的综合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、试验、验收以及故障排查等方面的测试要求。

图9  系统测试流程

表1  系统测试情况

系统需求 测试情况 结论

用户登录 使用正确用户名和密码登录软件，可进行测试；使用错误用户名或密码无法登录 合格

系统自检 接自检电缆进行自检，拔下电缆会出现异常并可选择继续或停止自检 合格

功能测试 使用功能测试电缆连接被测产品，执行功能测试操作并查看测试结果，拔下电缆会出现异常并可选择继续或停止测试 合格

程序在线升级 选择正确或错误的程序版本进行加载，测试过程中会表现出相应结果 合格

数据处理 查看历史数据列表，覆盖所有测试记录，可以报表形式打印和导出所有测试记录 合格

5  结  论

基于PXI总线的综合测试设备的设计与实现为被测控制器产品的生产提供了有效的测试解决方案。该设备能够自动化地完成对控制器的全方位功能测试，并生成稳定可靠的测试结果。通过对测试结果的分析和生成综合测试报告，可以为保持控制器的出厂功能性能提供坚实保障。这不仅优化了生产流程，节省了人力和时间成本，更有助于提高整个飞行系统的可靠性和效率。未来，可以进一步完善和优化该综合测试设备，以满足不断发展的控制器产品测试需求。

参考文献：

[1] 席文群，李静，柳尚光.基于PXI的雷达频综组件自动测试系统设计 [J].现代雷达，2018，40（9）：77-80.

[2] 龚潺，张丹，桑小冲，等.基于PXI的卫星地面测试信号采集控制系统 [J].电子测量技术，2015，38（3）：129-132.

[3] 朱利文，于雷，金传喜.测试总线的发展与展望 [J].现代防御技术，2019，47（1）：151-161.

[4] 冯志刚，张百川.基于LabVIEW的飞机供电系统状态监控系统 [J].仪表技术与传感器，2022（5）：66-70+87.

[5] 陈超.基于PXI总线的空间站对接机构自动测试系统硬件平台设计 [J].载人航天，2018，24（5）：679-683.

[6] 白宏义，李锦明，郭淳.基于PXI的LVDS高速通信板卡设计 [J].仪表技术与传感器，2020（5）：33-36.

[7] Mohammad Z S，Mehdi K，Abolfazl V. A real-time LabVIEW-based emulator for various types of electrical loads [J].Electrical Engineering，2022，104（6）：4367-4378.

[8] LU P，FAN Y，PAN W，et al. Design of loading test bench for precision ball screw based on LabVIEW+PXI [J/OL].Journal of Physics：Conference Series，2020，1449：012072[2023-04-07].https：//iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1449/1/012072

[9] 徐华中，黄丽萍.基于LabVIEW和DSP串口的多通道电机参数采集系统 [J].电子测量技术，2011，34（4）：66-69.

[10] 王茜，蔺佳哲，谢楠.基于LabVIEW的某型导弹电爆管引信测试仪的设计 [J].航空兵器，2016（3）：66-70.

作者简介：王亚京（1990—），男，汉族，河北石家庄人，高级工程师，硕士，研究方向：测控技术与仪器。