什么是PXI總線？怎樣設(shè)計一個基于PXI總線的導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備虛擬計量檢定系統(tǒng)？

1. 引言

導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備集光學(xué)、精密機械、電子技術(shù)于一體，是導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)力變化等因素，造成設(shè)備使用精度和主要性能指標(biāo)發(fā)生變化，直接影響導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)精度和武器作戰(zhàn)效能。因此，必須對瞄準(zhǔn)設(shè)備進行定期檢定和使用前復(fù)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(fù)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(shè)計思想，設(shè)計并實現(xiàn)一種新型的導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)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(dāng)增加部分硬件接口和編制相應(yīng)的軟件就能實現(xiàn)其他型號瞄準(zhǔn)設(shè)備的檢測。實現(xiàn)了伴隨計量保障和靠前計量保障任務(wù)，應(yīng)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(dá)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(yīng)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(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備被測設(shè)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(shè)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(xué)檢測設(shè)備和電子檢測設(shè)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(shè)備和光學(xué)檢測設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)設(shè)備實施檢定，而對每臺不同的設(shè)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(shè)計時采用了層次化設(shè)計方法，并遵循了規(guī)范化、模塊化的設(shè)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(zhǔn)設(shè)備檢定模塊。軟件設(shè)計中，對每種型號的武器裝備均設(shè)計了檢定程序、初始化和自檢、數(shù)據(jù)庫查詢、幫助指導(dǎo)等功能模塊。對每個檢定程序模塊又分別設(shè)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(yīng)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(zhǔn)設(shè)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(shè)備被測點與相應(yīng)的測試模塊的信號通道，被測電子設(shè)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(dāng)需要檢測同一點位的多個不同狀態(tài)指標(biāo)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(yīng)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(zhǔn)電子設(shè)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(yīng)。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(shè)備檢測精度高、功能齊全，能完成各種信號的采集和處理。