基于Lab Windows/CVI7.1綜合檢測系統

采用Lab Windows/CVI虛擬儀器技術構建檢測系統平臺，介紹了基于PXI總線的某裝備通用檢測系統設計。對通用檢測系統的硬件組成和軟件設計進行了詳細的說明
　　
　　概述
　　
　　隨著開發生產的軍用裝備的種類和數量逐步增多，這幾年來大批量提交給用戶使用，有的裝備已經陸續進入了故障維修階段，用戶要求針對這些裝備開發一套故障綜合檢測系統，既要完成對裝備的檢測和故障診斷，又要滿足信息化要求，實現檢測診斷設備、修理設備和信息化設備的一體化。
　　檢測系統采用了先進的PXI平臺，該平臺是一種專為工業數據采集與自動化應用量身定制的模塊化儀器平臺，基于機箱的體系結構與高速、工業標準的PCI總線結合，提供了對于其他體系結構無與倫比的高性能。
　　軟件使用National Instrument公司的Lab Windows/CVI7.1．LabWindows/CVI是一個提高開發效率的測試測量ANSIC開發環境。
　　Lab WindowsCVI7.1具有功能強大的調試工具、DAQ助手、儀器I/O助手、簡化多線程的內置庫、命令行編譯器等，簡化了開發過程。
　　
　　硬件設計
　　
　　測試需求
　　故障綜合檢測系統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。根據信號類別及特征確定哪些信號需適配器轉換后再送到PXI測試資源，哪些信號經適配器就直接進入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
　　根據測試需求分析的統計結果，信號適配器對故障綜合檢測系統的測試儀器資源配置需求如表2所示。測試系統利用多路開關擴展功能模塊來滿足測試的需求，分時復用。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。
　　
　　
　　信號適配器設計
　　為了使裝備的信號與檢測系統的檢測接口匹配，連接裝備與測試板卡之間設計了一個信號適配器，其測試連接結構示意圖如圖1所示。板卡能直接測量的信號就直接引入板卡，不經任何轉換電路，提高故障綜合檢測系統的可靠性，需轉換才能進入板卡的信號，其轉換電路盡量選用無源器件，因為有源器件受環境參數的影響大，會增加測試結果的不確定性。硬件采用模塊化設計，系統各模塊相互獨立地工作，互不影響，互不干擾，有效地提高了系統的可靠性。
　　
　　信號適配器電路結構如圖2所示。主要由連接器接口、被測裝備接口、信號調理單元、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理功能，包括資源分配、信號調理、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個隔離數字I/O通道；信號調理單元中有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理單元，適配卡2具有3個大電流回路，用于系統電源、電瓶和50A以下大電流負載的激勵和信號調理，兩塊適配卡的結構相同，可以直接互換。此外，設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、可靠性設計
　　為保護檢測系統的安全性，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，由檢測系統的板卡隔離數字I/O PXI-6514輸出驅動控制適配器的模擬電路，給裝備反饋模擬的采樣信號。隔離數字I/O實現了信號的隔離，阻斷了信號的干擾，從而使得故障綜合檢測系統工作更安全、可靠。
　　
　　軟件設計
　　
　　軟件設計思路
　　軟件設計基于數據庫的軟件設計方法，以往的軟件設計是由軟件編程人員按測試流程逐步編程實現。這種方法效率低，軟件的可靠性、可擴充性差，當測試任務改變時，與流程有關的軟件需要從頭做起?；跀祿斓能浖到y，采用數據庫技術與主程序相結合的方法，先根據裝備寫出工作流程圖，然后根據流程圖用填表方式建立測試項目庫、測試參數庫、驅動通道庫、檢測通道庫，測試裝備的流程變化時，只需修改數據庫，主程序基本不變，從而方便快捷地完成測試系統軟件的組建工作。
　　在程序編寫中，應用多線程技術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，程序一邊采集數據，一邊對數據進行分析處理，軟件界面還要同步顯示檢測數據及檢測時相對應的動畫等，實現實時處理，互不影響。將多個應用程序共同使用的功能子程序獨立成所有應用程序都可以共享的動態鏈接庫，減少了主程序界面設計的工作量，不同的程序使用相同的動態鏈接庫，只需在內存動態鏈接庫裝載一次，這樣就節省系統內存。功能子程序設計中利用了DAQ開發助手，根據板卡的不同功能設置相應的參數，自動生成所需的功能子程序，大大減少了程序開發的工作量。
主程序設計原理
　　系統軟件的測試流程圖如圖3所示，執行檢測操作時，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，通過關系連接到測試參數庫、驅動通道庫、檢測通道庫，確定該項目檢測時所需要的驅動信號、測試信號、技術指標、使用的接口通道、操作要求提示等。當每一個測試項目的各種屬性在數據庫中確定后，測試時先給出驅動激勵信號(測試需激勵時)，再給出測試激勵信號，即可控制檢測系統執行測試操作，測試完成后分別復位測試激勵信號和激勵驅動信號(測試需激勵時)。然后根據檢測結果與數據庫中相應字段中的極限值比較，根據結果判斷當前檢測的組件的質量狀況，然后由數據庫的相關字段決定程序執行的流程。
　　
　　
　　軟件的安全性、可靠性設計
　　檢測過程中若所檢測的組件有短路、過載等現象，系統自動停機。由于檢測系統使用多路開關，開關導通速度遠低于軟件執行速度，所以在開關通道切換時容易發生開關短路現象，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的軟件延時來避免開關短路，這樣對開關速度不一致造成的信號通道間短路能起到保護作用。
　　
　　結束語
　　
　　檢測系統的信號適配器采用模塊化、標準化和組合化設計，采用了總線結構的標準化設計和“底板+插板”的結構形式，以增加適配器的可靠性和可維護性。
　　基于數據庫的軟件設計方法對新開發的裝備有較好的移植性，只需更換數據庫，主程序基本不變。調試中發現程序的工作流程不對時，只需根據裝備的實際工作流程更改數據庫數據即可重新調試，從而方便快捷地完成測試系統軟件的組建工作。