基于PXI總線的瞄準設備檢定系統(tǒng)

??????? 1. 引言

　　導彈瞄準設備集光學、精密機械、電子技術于一體，是導彈武器系統(tǒng)中的一個重要組成部分。，它的工作性能和使用精度直接影響了導彈的橫向命中精度。在使用、運輸、儲存過程中，由于振動、沖擊、溫度變化及內(nèi)部應力變化等因素，造成設備使用精度和主要性能指標發(fā)生變化，直接影響導彈瞄準精度和武器作戰(zhàn)效能。因此，必須對瞄準設備進行定期檢定和使用前復檢。目前配備的傳統(tǒng)計量檢定系統(tǒng)大多體積龐大，操作復雜，自動化程度低、通用性差、無法實現(xiàn)伴隨計量保障和靠前計量保障。

?????? 本文基于PXI總線和虛擬儀器的設計思想，設計并實現(xiàn)一種新型的導彈瞄準設備虛擬計量檢定系統(tǒng)，對系統(tǒng)的硬件組成、檢測原理和系統(tǒng)軟件進行了論述。而且具有良好的通用性、擴展性，通過適當增加部分硬件接口和編制相應的軟件就能實現(xiàn)其他型號瞄準設備的檢測。實現(xiàn)了伴隨計量保障和靠前計量保障任務，應用前景十分廣闊。

　　2. PXI總線簡介

　　PXI(PCI eXtension for Instrumentation)總線是美國國家儀器公司(National Instrumentation，NI)于1997年發(fā)布的模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是將高速PCI總線和Compact PCI模塊結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)越性能集于一身。PXI總線具有32/64位數(shù)據(jù)傳輸能力以及分別高達132MB/s和264MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度，另外，還支持PCI-PCI橋路擴展和即插即用。并增加了專門的系統(tǒng)參考時鐘、觸發(fā)總線、星形觸發(fā)線和模塊間的局部總線，以此來滿足高精確度的定時、同步與數(shù)據(jù)通信要求。

　　PXI除使用嵌入式計算機，還可通過MXI-3接口，擴展PXI的系統(tǒng)控制，包括外接PC控制、多機箱擴展和更長的距離控制，擴大了PXI的應用范圍，不但可以在一個PXI機架上插入8塊插卡(1個系統(tǒng)模塊和7個儀器模塊 )，而且可以通過擴展接口MXI-3，以星形或菊花鏈連接多個PXI機箱。為了滿足測控模塊的需要，PXI總線不但提供了33MHz的系統(tǒng)時鐘，還提供了10MHz的TTL參考時鐘信號、TTL觸發(fā)總線和12引腳的局部總線，使得同步、觸發(fā)和時鐘等功能的信號線均可以直接從PXI總線上獲得，而不需要繁多的連線電纜。

　　PXI以容易承受的價格提供了其他價格昂貴測試平臺(如VXI)上高精度儀器才具有的同步、定時特性。PXI模塊儀器可以在不降低測量精度并節(jié)約研制經(jīng)費的情況下，提供高性能的測試、測量和數(shù)據(jù)采集。

　　3. 系統(tǒng)方案

　　3.1 系統(tǒng)硬件組成

　　根據(jù)導彈瞄準設備被測設備的特點和各種測試參數(shù)的要求，綜合各種因素，本系統(tǒng)選用美國NI公司的PXI產(chǎn)品作為系統(tǒng)采集設備來構(gòu)建檢定系統(tǒng)的硬件平臺，系統(tǒng)采用基于PXI總線的外控計算機方案，硬件部分由便攜工業(yè)計算機、光學檢測設備和電子檢測設備三大模塊組成，如圖1所示。

　　圖1　系統(tǒng)硬件組成

　　工業(yè)筆記本電腦是系統(tǒng)的主控部分，它經(jīng)由MXI-3控制套件連接PXI總線，通過其擴展槽中的各個功能卡及總線控制電子檢測設備和光學檢測設備，完成各信號的采集，并通過運用Visual Basic和Measurement Studio構(gòu)建的虛擬計量軟件系統(tǒng)，完成檢測數(shù)據(jù)的分析處理和結(jié)果顯示。

　　電子檢測設備主要由PXI模塊儀器、PCL720數(shù)字I/O模塊、信號轉(zhuǎn)接儀和其它附件、電纜組成，其中PXI模塊儀器包括PXI-1002機箱、MXI-3控制套件和PXI-6052E多功能數(shù)據(jù)采集模塊，NI-4060數(shù)字萬用表模塊。MXI-3控制套件連接主控計算機和PXI測試儀器，多功能數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字萬用表模塊完成信號的采集和處理，信號轉(zhuǎn)接儀完成專用接口和通用接口的轉(zhuǎn)接，并通過PCL720模塊控制多路輸入信號的通道分時選通。

　　3.2 系統(tǒng)軟件

　　在平臺系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，選擇了面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具Visual Basic 6.0加Measurement Studio 6.0標準軟件包和Visual C++ 6.0混合編程的方式。其中Visual Basic 6.0加Measurement Studio 6.0完成系統(tǒng)主程序編制，Visual C++ 6.0完成動態(tài)鏈接庫的編制。

　　計量檢定系統(tǒng)需對多種型號的瞄準設備實施檢定，而對每臺不同的設備進行檢定的方法和要

　　求各不相同。為使系統(tǒng)軟件具有良好的可靠性、易維護性及易擴展性，軟件編程設計時采用了層次化設計方法，并遵循了規(guī)范化、模塊化的設計原則，軟件系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。

　　圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)分為多個型號系列，每個型號系列中包含多個不同型號的瞄準設備檢定模塊。軟件設計中，對每種型號的武器裝備均設計了檢定程序、初始化和自檢、數(shù)據(jù)庫查詢、幫助指導等功能模塊。對每個檢定程序模塊又分別設計了I/O控制、數(shù)據(jù)庫調(diào)用、數(shù)據(jù)處理及分析、檢定結(jié)果顯示輸出、檢定表格生成、打印等子模塊。在模塊化的程序結(jié)構(gòu)中，每個程序模塊均是一個獨立的功能單元，如果需要對某個檢定項目進行修改，只需修改相應的程序模塊即可，而不會影響其他的程序模塊，而且，這種模塊結(jié)構(gòu)可以方便對檢定程序進行功能擴展及實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成 。

　　3.3 系統(tǒng)檢測原理

　　瞄準設備需要檢測的有電量和時頻兩類信號，系統(tǒng)工作時，主控計算機按照規(guī)定的檢測程序，控制信號轉(zhuǎn)接箱中的繼電器，依次接通設備被測點與相應的測試模塊的信號通道，被測電子設備的信號通過信號轉(zhuǎn)接箱上的專用接口和通用接口轉(zhuǎn)接到PXI機箱中的PXI-6052E數(shù)據(jù)采集模塊和NI-4060數(shù)字萬用表模塊進行采集，實時測量該被測點的工作狀態(tài)，測量數(shù)據(jù)通過MXI-3接口卡送入主控計算機進行處理，經(jīng)過軟件程序的分析計算和比較判斷，實時顯示檢測結(jié)果。當需要檢測同一點位的多個不同狀態(tài)指標時(電壓、電流、頻率)，可以控制信號轉(zhuǎn)接箱中的繼電器將信號分成多路，分別輸入到相應的測試模塊進行檢測;對于需要專用信號源提供外部信號進行檢測的瞄準電子設備，通過MXI-3控制器控制函數(shù)發(fā)生器模塊，向測試通道施加外部激勵信號，同時檢測該通道的信號響應。這種靈活的控制方式，使整個自動檢測變得非常簡便、可靠，實現(xiàn)了多點位、多通道、多狀態(tài)的實時檢測。

　　4. 結(jié)束語

　　該計量檢定系統(tǒng)體積小，方便攜帶，成本低。其硬件設備檢測精度高、功能齊全，能完成各種信號的采集和處理。