方 丹,崔少辉,卢慧卿,陈卫荣

(1解放军军械工程学院,石家庄 050003;2 69080部队,乌鲁木齐 830000)

0 引言

随着武器装备种类和型号的更新换代,大量高新技术应用到武器装备的设计制造中,武器装备的作战效能得到了大幅提升,同时也增加了武器装备测试的难度。为了解决面向作战群装备保障、提高装备保障效率、降低武器装备全寿命周期费用、实现资源整合等重大难题,在研项目对通用检测系统进行了研究,对检测平台进行了设计。

通用检测系统包括检测平台、检测适配器及软件两大部分,在装备检测适配器及软件的配合下,系统可完成对被测对象的性能测试与故障诊断。具体型号装备的测试、诊断项目的完成取决于与其配属的适配器的软硬件设计,文中将对适配器及描述软件进行研究和介绍。

1 检测适配器的研究

通用检测系统的硬件主要由主控计算机、总线接口、各种测试仪器、开关系统、辅助设备及连接器和适配器组成。本节将对检测适配器的组成和设计进行研究。

1.1 适配器的组成

系统中测试资源不直接与被测对象相连,而是通过连接器-适配器结构实现,如图1所示。连接器连接测试资源,适配器连接被测对象设备,适配器和连接器之间通过测试接口实现互连。

检测适配器及软件是一套检测装置和测试描述软件,可以通过检测平台完成装备的检测与故障诊断,被测对象可以是装备的整机、分系统、部组件、电路板等。

图1 连接器-适配器系统

图2 检测适配器及软件的组成

如图2所示,检测适配器及其软件包括:适配器机箱、检测电缆或卡具、操作使用说明、测试描述软件及辅助设备等。

其中辅助设备指被测对象测试时所需平台和适配器以外的专用设备,针对被测对象专门设计,通过串口或USB口与通用检测平台通信。

检测电缆/卡具是指适配器机箱到被测对象的连接电缆或固定被测电路板的卡具。根据被测对象的需求,测试电缆采用专用电缆或散线焊接电缆两种形式。测试卡具用于固定被测电路板,安装在适配器顶盖上,并设有电路板导入槽或导轨,以方便电路板到测试插座的连接。不使用时,测试卡具能够放倒或可拆卸,以减小适配器占用体积。

适配器机箱由适配器接口组件、适配器箱体、适配器内部结构及电路等组成,下面进行详细介绍。

1.2 适配器接口组件及箱体

适配器接口组件用于连接平台上的测试资源连接器,实现适配器与平台测试资源信号的可靠连接,包括连接框、信号连接模块、盲板、护盖等四部分,如图3所示。

图3 适配器接口组件

其中信号连接模块是信号连接插针(孔)的载体,固定于连接框上,每个适配器连接框最多可安装25个模块。模块的数量、类型、位置及各模块使用的插针数量根据适配器所需信号及平台连接器的针图确定。不安装信号连接模块的位置上安装盲板,以减少电磁泄露、削弱外界电磁辐射,并可保持适配器机箱的完整和美观,防止灰尘进入适配器机箱内部。

适配器机箱为长方体,连接框端面是适配器机箱与适配器连接框相连的端面;适配器面板可安装插座、开关、指示灯、辅助测量端口等;机箱顶盖采用可拆卸结构,以方便机箱内电缆和电路板的焊接和维修,对于被测对象为电路板的适配器,顶盖上可安装电路板插座和测试卡具。

1.3 适配器内部结构及电路

根据机箱的尺寸,适配器分为三种规格,并按内部是否安装屏蔽机笼分为“有机笼”和“无机笼”,按机笼内放置的接口板卡尺寸分为“大板卡”和“小板卡”。

1.3.1 适配器电路

适配器电路设计要遵循标准化、抗干扰及安全性技术要求,因此,适配器电路设计的原则为:1)适配器内部以直接连线为主,对于必要的信号调理电路,应尽量采用无源器件,避免采用受环境参数影响大的有源器件,以减少测试结果的不确定性因素;2)适配器结构采用标准化设计,增加适配器可靠性与可维护性;适配器信号调理模块优先考虑采用总线结构的标准化设计和“底板+插板”的结构形式;3)适配器中尽量避免使用开关。

抗干扰设计的目的是减少检测诊断设备中的电磁干扰:1)高电压、大电流以及高频等信号的开关通道与其它信号的开关通道在空间上应该尽量远离,闲置的开关要接地;2)接地设计是要合理的分配各种信号的接地点,按“地”在设备中所起的不同作用,可把“地”划分为:信号地、功率地、屏蔽地、安全地。

安全性设计的目的是设备发生故障或操作人员误操作时,保护操作者的安全和避免测试设备的损坏:

1)防插错设计的目的是从技术上减少人为带来的差错,根据可能的出错情况采取相应的防范措施,保证检测诊断设备正常运行,具体设计内容包括:a)适配器和各种线缆都应有明确、唯一的标识;b)为了杜绝线缆错误连接,应选择不同物理结构的线缆接插件;c)合理设计开关布局与结构,各种开关要有显著的名称标识,以防止用户误操作;d)对于仅靠硬件设计无法避免的差错,要通过测试软件的配合,防止错误发生。

2)适配器要有测试线缆的识别电路。识别电路的设计原理如图4所示。不同的适配器选择不同阻值的电阻R1～Rn,测试线缆内预先连接与适配器上的插座i(1≤i≤n)对应的短路线,与插座i对应的测试电缆连好后,电阻 R i短路,通过测量适配器中总的识别电阻值Rx,分析此阻值,即可判断电路是否连好,以及是否连接了正确的适配器和测试专用电缆。如果同一插座上可连接多个被测对象,应在与被测对象对应的测试电缆上连接不同的电阻R,使总的识别电阻Rx随被测对象的不同而有所差异。

对于测试接口完全相同的被测对象,通过测量被测对象端口上的特征电阻Ri加以区别。

3)必须满足一系列安全供电条件,在不危及操作人员、被测设备和检测诊断设备的前提下,检测诊断设备才能向被测对象供电。

4)要通过增加保护电阻、软件延时等措施,避免并联的多个开关非正常同时接通造成的短路现象。

1.3.2 适配器编码

适配器编码按“数据方式(1或2)+装备类别码(01～60)+装备型号码(01～60)+适配器(01～99)”的格式进行编码。采用二进制实现。其中,数据方式2位,武器类别6位,装备型号6位,适配器编码8位。

图4 测试线缆识别电路设计

图5 并行方式适配器识别码的组成

数据方式有并行和串行两种,并行方式适配器编码的组成如图5所示,其中 P10.7固定为低电平,P10.6固定为高电平。串行方式使用P10.7、P10.6和P11.5三位,分别为加载线、时钟线、数据线,其它线可作为普通的测试资源,但P10只能用作输出线、P11只能用作输入线,且适配器设计时,P10.7应有5.1～10k上拉电阻,P10.6应有5.1～10k下拉电阻,以区别并行方式下P10.7和P10.6线的状态。

无论是并行方式还是串行方式,检测平台先并行读出P10的数据,并根据P10.7和P10.6判断编码数据的方式。若为并行方式,则继续读出P11和P9的数据;若为串行方式,则改P10为输出方式,按时序加载数据并输出时钟,从P11.5上读出所有编码数据。

2 测试描述软件的研究

通用检测系统硬件结构复杂、测试资源丰富、被测对象繁多,为此在软件平台研究中开发了一系列辅助工具和程序库来支持测试软件的高效开发,如被测对象信号与适配器描述工具、测试通道配置工具等。在测试描述过程中,这些辅助工具可以生成被测对象信号与适配器描述、测试通道配置描述、测试流程描述、故障诊断描述等文档,这些文档详细描述了被测对象信号、适配器的调理关系、测试端口与开关的映射关系、被测对象的测试过程以及故障诊断流程等,使用文档可减少适配器设计人员与检测软件编写人员之间繁琐的沟通。

2.1 被测对象信号与适配器描述

被测对象信号与适配器描述包括两个方面:根据被测对象的测试信息,对被测对象信号的描述;根据适配器的硬件电路,对适配器信号调理关系及控制信号信息的描述。

以上描述采用被测对象信号描述和适配器描述工具完成,该工具自动生成标准化描述文档。描述工具主界面及生成的文档如图6所示。

图6 UUT信号与适配器描述工具及生成的文档

2.2 测试通道配置描述

测试通道配置是指:经适配器转接后,被测对象测试端口到连接器上开关模块针脚的映射关系。

测试通道配置描述采用测试通道配置工具完成,该工具可图形化显示平台上各种类型的开关,将用户配置保存到配置文件中去,可通过更新组件实现配置文件格式的自动更新。描述工具主界面及生成的文档如图7所示。

2.3 测试流程描述

测试流程主要描述被测对象的测试过程,测试流程描述方法可根据装备检测软件开发模式确定。根据测试软件开发的需要,主要有两种模式,描述语言开发模式和数据库开发模式。对于具有复杂时序的被测对象,推荐选用描述语言的软件开发模式;对于需要频繁人机交互且测试过程比较简单的被测对象,推荐选用数据库开发模式。

图7 测试通道配置工具及生成的文档

选用描述语言开发模式的适配器利用测试流程描述语言完成测试流程的描述,并最终形成WORD文档。测试流程描述语言是以中文为基础的,并采用近似工作中使用的词汇、语法来实现对测试流程的标准化描述,便于装备工程师快速掌握使用,同时也使得测试程序具有良好的可读性。编写测试流程时可以利用前面工具生成的描述文档,添加相应的流程控制、逻辑、程序结构等语句,完成对测试流程的描述并生成文档。以某装备测试为例,其适配器测试流程描述文档如图8所示。

图8 某装备测试流程描述文档

选用数据库开发模式的适配器则采用树形结构的流程图完成测试流程的描述,并最终形成WORD文档,在此不做详细介绍。

另外在测试软件开发过程中,根据功能分类对仪器驱动进行了封装,形成了功能接口软件包。其主要功能有:提供测试设备上所有测试/激励功能接口函数,提供测试结果管理功能接口库,提供数据分析与处理的功能接口库。

2.4 故障诊断描述

故障诊断描述是对被测对象故障诊断流程的描述。根据适配器开发模式的不同有两种方式完成描述,并生成相应的文档。

选用数据库开发模式的适配器利用数据库录入工具填写测试诊断流程,生成数据库文件。

选用描述语言开发模式的适配器利用平台软件提供的故障诊断工具包填写检测数据与故障原因之间的映射关系,并由故障诊断工具包生成故障诊断描述文件,如图9所示。

图9 故障诊断工具

故障诊断工具包的功能是根据被测对象的测试信息对其进行故障诊断,其主要功能为:提供基于模糊关系矩阵的故障诊断通用框架,由用户根据不同的被测对象,建立基于模糊关系矩阵的故障诊断系统;根据测试数据,对被测对象进行诊断;根据用户对诊断结果的反馈信息,修正模糊关系矩阵。

3 总结

检测适配器与描述软件是通用检测系统的重要组成部分,检测适配器具有自检识别功能,即根据适配器编码,平台能够自动识别检测适配器,保证平台的安全运行;测试描述软件可以提供使用相关软件工具开发的测试信号、测试资源及开关系统配置、测试诊断流程等内容的规范化描述。通用检测平台在装备检测适配器及测试软件的配合下,可以完成中继级维修机构被测对象的性能测试与故障诊断任务。

[1] IEEE.IEEE Std 1641.IEEE Standard for Signal and Test Definition[S].2004.

[2] 卢慧卿,孟晨,方丹,等.通用检测系统的研究和实现[J].弹箭与制导学报,2010,30(5):185-188.

[3] 朱大奇.电子设备故障诊断原理与实践[M].北京:电子工业出版社,2004.

[4] 卢慧卿,孟晨,王成,等.自动测试系统中测试通道配置工具的开发[J].计算机测量与控制,2010,18(5):978-980.