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)計進行了詳細的說明
　　
　　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)適配器就直接進入PXI測試資源，以及進入PXI測試資源的哪一種功能測試模塊，確保進入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)換才能進入板卡的信號，其轉(zhuǎn)換電路盡量選用無源器件，因為有源器件受環(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現(xiàn)。這種方法效率低，軟件的可靠性、可擴充性差，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，實現(xiàn)實時處理，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，程序先按測試項目庫中檢測項目的先后順序確定檢測項目，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。由于檢測系統(tǒng)使用多路開關(guān)，開關(guān)導(dǎo)通速度遠低于軟件執(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。