馮小彤

摘 要本文簡(jiǎn)要描述了某個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的硬件測(cè)試資源需求，通過(guò)實(shí)例介紹了某個(gè)測(cè)試項(xiàng)目在測(cè)試資源的集成、矩陣式切換采集、便攜式機(jī)箱三個(gè)方面的便攜式設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)備接口定義，結(jié)構(gòu)零部件，功能板卡、電器開關(guān)、接插件的選型，軟件編程模式等設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜類測(cè)試設(shè)備的通用化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜類測(cè)試設(shè)備 便攜式設(shè)計(jì) 通用化設(shè)計(jì)

1 硬件測(cè)試資源

本測(cè)試項(xiàng)目硬件資源需求如下：

（1）ARINC429數(shù)字信號(hào)：輸出12路，輸入4路；

（2）RS422A數(shù)字信號(hào)：輸出8路，輸入8路；

（3）直流模擬量（0～10V）：14位以上 ，輸出10路；

（4）直流模擬量（0～60mV）：誤差小于30uV，輸出2路；

（5）電流源：0～20mA電流源，輸出1路；

（6）交流模擬量：400Hz正弦， 0.56V～5.6V，精度±0.4%，輸出3路；

（7）交流模擬量：±10V范圍內(nèi)一個(gè)固定值，隨著轉(zhuǎn)速頻率在0～100Hz變化），輸出2路；

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

（9）電阻信號(hào)：10.00Ω～1000.00Ω，輸出11路；

（10）離散量：輸出80路；

（11）離散量：輸入5路；

（12）LVDS視頻信號(hào)：輸出6路；

（13）LVDS視頻信號(hào)：輸入2路；

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

2 設(shè)備的便攜式設(shè)計(jì)

設(shè)備主要從以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)，來(lái)滿足便攜式的要求：測(cè)試資源的集成、矩陣式切換采集、便攜式機(jī)箱設(shè)計(jì)。

2.1 測(cè)試資源的集成

（1）LVDS 視頻輸出信號(hào)：本測(cè)試項(xiàng)目中要求提供6路LVDS視頻輸出信號(hào)，并且主控計(jì)算機(jī)能夠控制6路LVDS信號(hào)的單獨(dú)開啟和關(guān)斷。通常設(shè)計(jì)需要6路VGA視頻源、6個(gè)視頻轉(zhuǎn)換器將VGA信號(hào)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)，另外通過(guò)離散量邏輯電路板對(duì)信號(hào)進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。而本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)一塊視頻輸出卡，通過(guò)RS232端口與主控計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)了6路LVDS信號(hào)的單獨(dú)開啟和關(guān)斷，解決了需要大量測(cè)試資源的問(wèn)題，板卡工作原理見圖1。

（2）LVDS 視頻輸入信號(hào)：本測(cè)試項(xiàng)目中要求有4路LVDS視頻輸入信號(hào)，通過(guò)邏輯關(guān)系能夠選擇4路中的1路信號(hào)輸出。通常設(shè)計(jì)需要4個(gè)LVDS視頻轉(zhuǎn)換器，另外通過(guò)離散量邏輯電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制。本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)一塊視頻輸入卡通過(guò)離散量的邏輯控制實(shí)現(xiàn)了4路LVDS信號(hào)的邏輯輸入選擇，板卡工作原理見圖2。

（3）電源：定制了一臺(tái)4路輸出電源，這4臺(tái)電源相互獨(dú)立，安裝在同一個(gè)模塊中。每一路輸出電壓都有獨(dú)立的過(guò)流、短路保護(hù)功能，每一路都有LED指示燈顯示電源是否輸出；通過(guò)RS232接口能夠程控每一路電源的輸出，整體電源高度為2U。本項(xiàng)目中將4種不同種類的電源集成到一個(gè)模塊中，減少電源的占用空間；

（4）對(duì)于常規(guī)類ARINC429、RS422A、直流模擬量、離散量類等信號(hào)選用多通道類板卡，減少同類信號(hào)的板卡數(shù)量，例如：選用了1塊16通道的ARINC429板卡，替代了2塊8通道板卡的方案。

2.2 矩陣式切換采集

對(duì)于有些要求多個(gè)通道輸出，而硬件資源有限的信號(hào)，采用矩陣式開關(guān)采集或輸出的方式解決。

（1）本項(xiàng)目要求提供11路輸出電阻，每一路都要求連續(xù)可調(diào)。如果采用2通道的輸出電阻卡，則共計(jì)需要6塊電阻卡才能滿足測(cè)試要求。本設(shè)備中采用了一塊2通道的輸出電阻卡和一塊高密度開關(guān)卡的方式解決了此問(wèn)題，節(jié)約了板卡資源。多路輸出電阻工作原理圖見圖3。

（2）設(shè)備輸出的11路電阻在輸出給被測(cè)產(chǎn)品前，需要設(shè)備進(jìn)行閉環(huán)測(cè)量，通常需要11路硬件測(cè)量資源通道，并且測(cè)量需要4線制采集方式。本設(shè)備采用了一塊萬(wàn)用表板卡和一塊4×40的2線矩陣開關(guān)卡實(shí)現(xiàn)11路輸出電阻的采集測(cè)量。采集測(cè)量的工作原理圖見圖4。

2.3 便攜式機(jī)箱的設(shè)計(jì)

為了方便運(yùn)輸，本設(shè)備定制了一體化的6U三防機(jī)箱。本機(jī)箱功能特點(diǎn)如下：

（1）19英寸、6U標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)，適用于各種標(biāo)準(zhǔn)儀器安裝，本設(shè)備選用18槽PXIe機(jī)箱和一個(gè)2U

高固定電源組件安裝在標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)上；

（2）一體化顯示輸入組件：安裝于機(jī)架的前端，收起狀態(tài)，可以鎖定；打開以后，鍵盤/觸摸板部分可以向下翻開，顯示器可以調(diào)整一定的角度；

（3）減震性能為20～2000Hz衰減2倍；

（4）箱體兩側(cè)安裝4個(gè)抬環(huán)，便于設(shè)備的搬運(yùn)；

（5）箱體前后面安裝有保護(hù)蓋，設(shè)備使用能夠輕易的拆下，設(shè)備不使用時(shí)能夠輕易可靠的蓋上。

機(jī)箱內(nèi)部各個(gè)硬件資源的連接關(guān)系見圖5。

3 設(shè)備的通用化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要從以下幾個(gè)方面開展了通用化設(shè)計(jì)工作：設(shè)備接口定義，結(jié)構(gòu)零部件，功能板卡、電器開關(guān)、接插件的選型，軟件編程模式等。

3.1 設(shè)備接口定義

對(duì)于本測(cè)試設(shè)備，采用海量接插件的接口形式，每個(gè)接插件有260個(gè)管腳，每一個(gè)接插件都是按照標(biāo)準(zhǔn)定義來(lái)定義的，例如：第1個(gè)海量接插件全部是數(shù)字量信號(hào)，其信號(hào)包括：ARINC429、RS422A等；第2個(gè)海量接插件全部是模擬量信號(hào)；第3個(gè)海量接插件上半?yún)^(qū)全是電源信號(hào)，下半?yún)^(qū)全是備份信號(hào)區(qū)域等。每一個(gè)管腳也是按照標(biāo)準(zhǔn)定義來(lái)定義的，例如：第1個(gè)海量接插件0～32管腳是ARINC429信號(hào)的輸入管腳、第3個(gè)海量接插件的1～6管腳是直流28V電源輸入管腳等。

3.2 結(jié)構(gòu)零部件

設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的其它多個(gè)設(shè)備驗(yàn)證后，其結(jié)構(gòu)模式基本固定下來(lái)，例如：將顯示輸入組件、海量接插件、適配箱、轉(zhuǎn)接箱等做為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模式，從而減少結(jié)構(gòu)零部件的種類和數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)工作量。結(jié)構(gòu)零部件見圖6。

3.3 功能板卡、電器開關(guān)、接插件的選型

經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)廠家和型號(hào)的對(duì)比，另外經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的其它設(shè)備驗(yàn)證后，確定下來(lái)以后所使用的種類和型號(hào)，從而減少這些器件的種類。

3.4 軟件編程模式

使用的項(xiàng)目開發(fā)軟件具有以下功能和特性：

（1）編程模式是固定的，通過(guò)配置接口文件或編寫固定的測(cè)試程序集，就能完成測(cè)試項(xiàng)目；

（2）編寫的程序易于后續(xù)人員維護(hù)；

（3） 底層板卡驅(qū)動(dòng)是獨(dú)立的，更換底層板卡型號(hào)，頂層測(cè)試程序不需要變更；

（4）符合IEEE 1641[1]和IEEE 1671[2]等對(duì)通用設(shè)備要求的標(biāo)準(zhǔn)；

（5）能夠滿足實(shí)時(shí)性要求高的測(cè)試項(xiàng)目。

4 小結(jié)

復(fù)雜類測(cè)試設(shè)備的便攜式、通用化設(shè)計(jì)在以下幾方面具有重要意義：

（1）方便產(chǎn)品的移動(dòng)測(cè)試、提高設(shè)備利用率；

（2）體現(xiàn)測(cè)試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)、優(yōu)化的理念；

（3）對(duì)促進(jìn)技術(shù)成熟、降低成本、縮短研制周期、簡(jiǎn)化維修等具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[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）.

作者單位

太原航空儀表有限公司 山西省太原市 030006