基于Lab Windows/CVI7.1綜合檢測系統(tǒng)

基于Lab Windows/CVI7.1綜合檢測系統(tǒng)

采用Lab Windows/CVI虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建檢測系統(tǒng)平臺，介紹了基于PXI總線的某裝備通用檢測系統(tǒng)設(shè)計。對通用檢測系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的說明
　　
　　概述
　　
　　隨著開發(fā)生產(chǎn)的軍用裝備的種類和數(shù)量逐步增多，這幾年來大批量提交給用戶使用，有的裝備已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入了故障維修階段，用戶要求針對這些裝備開發(fā)一套故障綜合檢測系統(tǒng)，既要完成對裝備的檢測和故障診斷，又要滿足信息化要求，實(shí)現(xiàn)檢測診斷設(shè)備、修理設(shè)備和信息化設(shè)備的一體化。
　　檢測系統(tǒng)采用了先進(jìn)的PXI平臺，該平臺是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用量身定制的模塊化儀器平臺，基于機(jī)箱的體系結(jié)構(gòu)與高速、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCI總線結(jié)合，提供了對于其他體系結(jié)構(gòu)無與倫比的高性能。
　　軟件使用National Instrument公司的Lab Windows/CVI7.1．LabWindows/CVI是一個提高開發(fā)效率的測試測量ANSIC開發(fā)環(huán)境。
　　Lab WindowsCVI7.1具有功能強(qiáng)大的調(diào)試工具、DAQ助手、儀器I/O助手、簡化多線程的內(nèi)置庫、命令行編譯器等，簡化了開發(fā)過程。
　　
　　硬件設(shè)計
　　
　　測試需求
　　故障綜合檢測系統(tǒng)檢測裝備時所需的激勵信號、檢測信號類別和檢測信號特征如表1所示。根據(jù)信號類別及特征確定哪些信號需適配器轉(zhuǎn)換后再送到PXI測試資源，哪些信號經(jīng)適配器就直接進(jìn)入PXI測試資源，以及進(jìn)入PXI測試資源的哪一種功能測試模塊，確保進(jìn)入PXI測試資源的信號不超過功能模塊的測量范圍。
　　
　　
　　資源配置需求
　　根據(jù)測試需求分析的統(tǒng)計結(jié)果，信號適配器對故障綜合檢測系統(tǒng)的測試儀器資源配置需求如表2所示。測試系統(tǒng)利用多路開關(guān)擴(kuò)展功能模塊來滿足測試的需求，分時復(fù)用。而不是選購多塊同一種功能模塊，這樣有利于降低PXI測試資源的硬件成本。
　　
　　
　　信號適配器設(shè)計
　　為了使裝備的信號與檢測系統(tǒng)的檢測接口匹配，連接裝備與測試板卡之間設(shè)計了一個信號適配器，其測試連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。板卡能直接測量的信號就直接引入板卡，不經(jīng)任何轉(zhuǎn)換電路，提高故障綜合檢測系統(tǒng)的可靠性，需轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入板卡的信號，其轉(zhuǎn)換電路盡量選用無源器件，因?yàn)橛性雌骷墉h(huán)境參數(shù)的影響大，會增加測試結(jié)果的不確定性。硬件采用模塊化設(shè)計，系統(tǒng)各模塊相互獨(dú)立地工作，互不影響，互不干擾，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　信號適配器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由連接器接口、被測裝備接口、信號調(diào)理單元、激勵單元和負(fù)載單元組成。主要完成檢測平臺到被測裝備的信號連接和調(diào)理功能，包括資源分配、信號調(diào)理、信號激勵、模擬負(fù)載等。其中，測試接口占用測試資源的16個萬用表通道；激勵單元占用測試資源的16個隔離數(shù)字I/O通道；信號調(diào)理單元中有3塊適配卡，適配卡1和適配卡2為八通道電壓及10A以下電流激勵的信號調(diào)理單元，適配卡2具有3個大電流回路，用于系統(tǒng)電源、電瓶和50A以下大電流負(fù)載的激勵和信號調(diào)理，兩塊適配卡的結(jié)構(gòu)相同，可以直接互換。此外，設(shè)置一個專用萬用表通道，對不具備快速接口的裝備部件電流、電壓信號，分別用電流鉗和外引萬用表筆測量，也可擴(kuò)展到對壓力、溫度、流量等傳感器輸出的模擬信號檢測。
　　
　　
　　硬件的安全性、可靠性設(shè)計
　　為保護(hù)檢測系統(tǒng)的安全性，在信號適配器上增加電纜識別信號，每次檢測時，由軟件自動識別電纜連接正確與否及有無短路等，只有電纜連接信號被正確無誤地識別時，檢測系統(tǒng)才向裝備上電檢測。被檢測的裝備在運(yùn)行過程中需要模擬采樣信號時，由檢測系統(tǒng)的板卡隔離數(shù)字I/O PXI-6514輸出驅(qū)動控制適配器的模擬電路，給裝備反饋模擬的采樣信號。隔離數(shù)字I/O實(shí)現(xiàn)了信號的隔離，阻斷了信號的干擾，從而使得故障綜合檢測系統(tǒng)工作更安全、可靠。
　　
　　軟件設(shè)計
　　
　　軟件設(shè)計思路
　　軟件設(shè)計基于數(shù)據(jù)庫的軟件設(shè)計方法，以往的軟件設(shè)計是由軟件編程人員按測試流程逐步編程實(shí)現(xiàn)。這種方法效率低，軟件的可靠性、可擴(kuò)充性差，當(dāng)測試任務(wù)改變時，與流程有關(guān)的軟件需要從頭做起?；跀?shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)與主程序相結(jié)合的方法，先根據(jù)裝備寫出工作流程圖，然后根據(jù)流程圖用填表方式建立測試項(xiàng)目庫、測試參數(shù)庫、驅(qū)動通道庫、檢測通道庫，測試裝備的流程變化時，只需修改數(shù)據(jù)庫，主程序基本不變，從而方便快捷地完成測試系統(tǒng)軟件的組建工作。
　　在程序編寫中，應(yīng)用多線程技術(shù)使程序同時做多件事情，使操作變得十分方便。在測試過程中，程序一邊采集數(shù)據(jù)，一邊對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，軟件界面還要同步顯示檢測數(shù)據(jù)及檢測時相對應(yīng)的動畫等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理，互不影響。將多個應(yīng)用程序共同使用的功能子程序獨(dú)立成所有應(yīng)用程序都可以共享的動態(tài)鏈接庫，減少了主程序界面設(shè)計的工作量，不同的程序使用相同的動態(tài)鏈接庫，只需在內(nèi)存動態(tài)鏈接庫裝載一次，這樣就節(jié)省系統(tǒng)內(nèi)存。功能子程序設(shè)計中利用了DAQ開發(fā)助手，根據(jù)板卡的不同功能設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，自動生成所需的功能子程序，大大減少了程序開發(fā)的工作量。
主程序設(shè)計原理
　　系統(tǒng)軟件的測試流程圖如圖3所示，執(zhí)行檢測操作時，程序先按測試項(xiàng)目庫中檢測項(xiàng)目的先后順序確定檢測項(xiàng)目，通過關(guān)系連接到測試參數(shù)庫、驅(qū)動通道庫、檢測通道庫，確定該項(xiàng)目檢測時所需要的驅(qū)動信號、測試信號、技術(shù)指標(biāo)、使用的接口通道、操作要求提示等。當(dāng)每一個測試項(xiàng)目的各種屬性在數(shù)據(jù)庫中確定后，測試時先給出驅(qū)動激勵信號(測試需激勵時)，再給出測試激勵信號，即可控制檢測系統(tǒng)執(zhí)行測試操作，測試完成后分別復(fù)位測試激勵信號和激勵驅(qū)動信號(測試需激勵時)。然后根據(jù)檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)字段中的極限值比較，根據(jù)結(jié)果判斷當(dāng)前檢測的組件的質(zhì)量狀況，然后由數(shù)據(jù)庫的相關(guān)字段決定程序執(zhí)行的流程。
　　
　　
　　軟件的安全性、可靠性設(shè)計
　　檢測過程中若所檢測的組件有短路、過載等現(xiàn)象，系統(tǒng)自動停機(jī)。由于檢測系統(tǒng)使用多路開關(guān)，開關(guān)導(dǎo)通速度遠(yuǎn)低于軟件執(zhí)行速度，所以在開關(guān)通道切換時容易發(fā)生開關(guān)短路現(xiàn)象，可能造成強(qiáng)電信號與弱電信號混疊加到弱電信號處理模塊上而損壞模塊。因此我們是通過適當(dāng)?shù)能浖訒r來避免開關(guān)短路，這樣對開關(guān)速度不一致造成的信號通道間短路能起到保護(hù)作用。
　　
　　結(jié)束語
　　
　　檢測系統(tǒng)的信號適配器采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和組合化設(shè)計，采用了總線結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和“底板+插板”的結(jié)構(gòu)形式，以增加適配器的可靠性和可維護(hù)性。
　　基于數(shù)據(jù)庫的軟件設(shè)計方法對新開發(fā)的裝備有較好的移植性，只需更換數(shù)據(jù)庫，主程序基本不變。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)程序的工作流程不對時，只需根據(jù)裝備的實(shí)際工作流程更改數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)即可重新調(diào)試，從而方便快捷地完成測試系統(tǒng)軟件的組建工作。