摘 要： 闡述了某型導彈發(fā)控設備自動測試系統(tǒng)的設計思想、硬件組成和軟件設計。系統(tǒng)采用基于網絡數據采集卡的虛擬儀器結構，實現了對某型導彈發(fā)控設備的自動測試，具有較高的可靠性、可維修性和良好的使用性。
關鍵詞： 自動測試系統(tǒng)；導彈；發(fā)控設備；網絡通信
某新型導彈武器系統(tǒng)目前大量裝備部隊，發(fā)控設備作為其重要組成部分，其工作狀態(tài)將直接影響到武器系統(tǒng)的整體性能。目前缺少行之有效的測試手段，影響了新裝備維修保障能力的形成。為了提高便攜式防空導彈武器系統(tǒng)的維修保障能力，在戰(zhàn)時和平時快速完成發(fā)射機構的檢測和維修任務，研制某型導彈發(fā)控設備自動測試系統(tǒng)具有非常重要的意義。
1 系統(tǒng)設計思想
結合現代電子信息技術的發(fā)展特點及實際軍事需要，在系統(tǒng)研制中需貫徹武器系統(tǒng)自動檢測設備模塊化、通用化、智能化、標準化的要求，同時具有較高的可靠性、可維修性，良好的使用性[1]。
?。?）模塊化
測試系統(tǒng)在結構上是模塊化結構，系統(tǒng)中的硬件/軟件的設計和組成也是模塊化結構，使系統(tǒng)各部分功能更加明確，便于系統(tǒng)的維護和功能的擴展，使系統(tǒng)具有鮮明的模塊化特點。
?。?）系列化和通用化
通過設計專用測試模塊和相應軟件，在測試功能上要能對某型導彈發(fā)控設備的性能參數進行測試。同時，測試系統(tǒng)必須具有擴展和開發(fā)功能，以適應今后列裝的同類導彈武器系統(tǒng)發(fā)控設備的性能進行測試，并具有很強的適應性，使系統(tǒng)在檢測功能上具有系列化和通用化的特點。
（3）自動化和智能化
測試系統(tǒng)除能完成發(fā)控設備性能參數的連續(xù)測試、單步測試、顯示打印、保存記錄、數據庫管理功能外，還應具有系統(tǒng)自檢、故障自動超差判別、安全保護、自動調整和切換等功能，使系統(tǒng)具有技術上的先進性，測控方式上形成自動化和智能化。
?。?）標準化
盡量采用先進、成熟的技術組成自動測試系統(tǒng)。在設計思想、技術途徑、總體結構模式、具體技術（硬件和軟件）、元器件和工藝諸方面，都符合國際標準和通用技術規(guī)范的要求，使測試系統(tǒng)具有良好的標準化技術水平。
?。?）可靠性高、維修性強、使用性好
在設計和工程實現中，考慮到部隊的實際使用和維護要求，將可靠性、維修性和使用性貫穿在研制過程的始終。使系統(tǒng)具有高可靠性，良好的維修性和使用性能。2 系統(tǒng)硬件設計
虛擬儀器技術的應用一般分為硬件平臺設計和軟件設計兩部分，軟件技術是虛擬儀器的特色，但它也必須基于硬件平臺進行設計。
虛擬儀器的硬件平臺可選擇性很強，需要根據具體項目和具體的應用環(huán)境進行選擇。網絡通信技術從上世紀八十年代起得到了飛速的發(fā)展，也越來越成為便攜式儀器發(fā)展的趨勢，在工業(yè)、軍工、教育和科研領域得到了廣泛的應用。它在性能、靈活性、易用性和低價格等方面具有優(yōu)勢。其儀器硬件與上位機是獨立的，可通過網絡接口與上位機相連，支持即插即用和熱插拔，直接當成上位的一個網絡外設使用，并可充分利用計算機的資源實現數據采集及處理、故障分析診斷和過程控制等智能測控[3]。檢測系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。
根據測試系統(tǒng)需求分析，選用加固便攜式計算機為上位主機，由IEC-744C型半長工業(yè)標準機箱、一塊自制的基于網絡的數據采集卡、一塊信號轉接板、一塊雙層有源底板、三塊信號調理板、±20 V、±12 V、+5 V、16~22 V程控電源等配置組成。
2.1 基于網絡的數據采集卡
系統(tǒng)中的數據采集卡是整個系統(tǒng)中的關鍵部件，它完成從網絡上獲取上位機發(fā)給測試儀的指令，并按指令執(zhí)行對應動作，完成后向上位機發(fā)送執(zhí)行后的結果。數據采集卡以8051單片機為主控CPU輔以RTL8019AS網絡接口芯片完成網絡通信，支持ARP、IP、UDP及部分的IMCP協(xié)議，以UDP協(xié)議為指令和數據傳輸協(xié)議。數據采集卡中包含48路輸入輸出可編程的數字通道；3路方波發(fā)生器輸出頻率從31 Hz~2 MHz可編程；2路D/A通道，可選量程有+5 V、±5 V、+10 V；16路A/D通道，量程有±5 V、±10 V。另外數據采集卡上還配有CPU監(jiān)控電路，實時監(jiān)控CPU的運行情況。
2.2 IEC-716C型機箱
IEC-716C型機箱是為工業(yè)應用而設計的半長全鋼加固機箱，符合封裝標準。它有如下特點：高效的150 W開關電源；雙冷卻風扇形成內部通風氣流，達到防塵、降溫的目的；具有防振動軟盤、硬盤驅動器安裝固定架，箱內所有插板都有壓桿軟鎖定，防抖、防擺及抗沖擊振動能力強；具備較小的故障時間，可方便地升級，能為組裝高效的系統(tǒng)提供一個理想的平臺。在本系統(tǒng)中的機箱作為安裝所有電路板、電源的容器。
2.3 信號調理電路
信號調理電路任務是將數據采集卡輸出的弱信號調理成發(fā)控設備能識別的信號，將發(fā)控設備發(fā)出的強信號調理成數據采集卡能識別的信號，由開關信號調理、制導信號形成電路、噪聲發(fā)生電路、電源切換電路、交直流信號變換、測量電路組成。
3 系統(tǒng)軟件設計
虛擬儀器的核心思想，就是利用計算機的硬/軟件資源，使本來需要硬件實現的技術軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能與靈活性。
3.1 系統(tǒng)開發(fā)軟件選擇
虛擬儀器應用軟件的編寫，大致可分為兩種方式：一是用通用編程軟件進行編寫，主要有Microsoft公司的Visual Basic與Visual C++、Borland公司的Delphi等；二是用專業(yè)圖形化編程軟件進行開發(fā)，如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW和Labwindows／CVI等。
Delphi是Borland公司推出的Windows應用程序開發(fā)工具。它以簡單易用、功能強大和穩(wěn)定可靠的特性以及擁有Object Pascal語言語法嚴謹、執(zhí)行效率高的特有優(yōu)點而深受廣大開發(fā)人員的青睞，是Windows平臺下最好的開發(fā)工具之一。尤其在數據庫開發(fā)、分布計算和Web應用程序開發(fā)等方面，Delphi更是體現出了它相對于其他開發(fā)工具在開發(fā)周期和執(zhí)行效率上的明顯優(yōu)勢。鑒于此，在本系統(tǒng)中選擇Delphi作為程序的編寫和界面的繪制軟件。系統(tǒng)以Delphi 7自身的組件、abakus 2.4工控組件包、Iocomp2004工控組件包和vclskin2.55界面組件包設計出了精美的虛擬儀器應用軟件界面。
3.2 系統(tǒng)軟件結構
依據設計要求，測試儀需完成對某型導彈發(fā)控設備的性能參數的測試，其測試軟件結構如圖2所示，由主界面程序、自檢程序、檢測記錄程序、測試程序、數據采集卡程序等組成。
測控軟件啟動后出現主界面。通過鼠標選擇相應菜單項目后，主程序則啟動相應的測試程序、自檢程序、數據管理程序等，在相應的自檢與測試程序中，根據屏幕提示進行自檢和測試。完成相應任務后，即可保存或打印數據文件。
3.2.1 虛擬面板模塊
檢測軟件將整個檢測系統(tǒng)作為一個虛擬儀器，為不同測試程序提供相應的測試面板。一般由電壓表頭、示波器顯示屏、指示燈、乒乓開關、命令按鈕、測試結果顯示信息框、測試過程信息提示框等控件組成，是測試過程中與用戶直接交互的界面。
3.2.2 系統(tǒng)自檢模塊
檢測系統(tǒng)應該提供自檢功能，即信號源電路輸出應反饋到測量電路中形成環(huán)路，在系統(tǒng)實施檢測任務前首先進行自檢，自檢合格后才能進行實測，自檢模塊由虛擬自檢面板、自檢程序組成。
3.2.3 檢測模塊
由虛擬測試面板、檢測程序、狀態(tài)監(jiān)控線程組成，檢測程序是根據檢測流程編寫的一系列函數，負責激勵信號控制、被測信號采集、數據分析與超差判別、測試過程信息提示等；狀態(tài)監(jiān)控線程實時讀取測試過程中加電狀態(tài)、扳機狀態(tài)、起轉切除狀態(tài)、松鎖燈狀態(tài)等信號，并實時顯示在虛擬測試面板上。
3.2.4 硬件控制模塊
提供端口讀寫、A／D采樣、D／A變換、計數器訪問等硬件控制功能，由一系列底層函數組成，這些函數被自檢模塊、檢測模塊的程序調用，完成所有與硬件有關的操作。
3.2.5 狀態(tài)監(jiān)控模塊
由于檢測系統(tǒng)沒有傳統(tǒng)的硬件操作面板，信號的狀態(tài)無法利用硬件指示燈顯示，為了使操作人員及時了解測試的過程和狀態(tài)，排除測試過程中出現的意外情況，需要程序實時監(jiān)視測試過程中某些重要的參數，比如加電、扳機、點火、起轉等，程序應創(chuàng)建一個單獨的線程完成上述功能。狀態(tài)監(jiān)控模塊采用Windows操作系統(tǒng)中多線程功能系列函數編寫，由線程創(chuàng)建、線程實體、終止線程、掛起線程、喚醒線程等功能函數組成。
3.2.6 數據庫管理模塊
數據庫管理模塊的功能是對系統(tǒng)測試檢數據進行管理。Delphi強大的數據庫功能在此模塊中得到了充分的體現。程序中使用了Delphi自帶的TDataBase、TTable控件實現了動態(tài)建立數據庫和動態(tài)建立、刪除數據表功能；TDataSource、TDBGrid控件實現了數據的顯示；TQuickReport控件實現了數據的打印和打印預覽。
3.3 軟件可靠性設計
軟件可靠性的定義是：軟件按規(guī)定的條件，在規(guī)定的時間內運行而不發(fā)生故障的能力。對軍用測試系統(tǒng)來說，軟、硬件之間的相互影響大、相互干擾強，所以軟件可靠性是整個測試系統(tǒng)的重要組成部分，為此，在進行項目軟件研制過程中，利用軟件工程中的容錯設計思想，采用指令冗余、軟件陷阱等技術，盡可能地提高軟件可靠性。
4 創(chuàng)新點
上位機與測試設備的通信方式選擇了主流的網絡通信技術，這種通信方式為實現裝備的網絡化打下了良好的基礎。一臺上位機可同時控制多個地址不同的測試儀，實現并網測試，相互校準相互借鑒；一臺測試儀也可以分時地響應多個不同的上位機，最大限度地共享硬件資源，提高了裝備的利用率，節(jié)省了裝備的購置成本和維護費用；在網絡通信速率滿足要求的前提下可實現裝備的遠程測試，提高了在野戰(zhàn)搶修、火工品測試等危險做業(yè)條件下操作人員的安全性。
本系統(tǒng)已成功運用于某型導彈發(fā)控設備的自動測試，解決了部隊對于某型導彈發(fā)控設備檢測手段不足的問題。且系統(tǒng)小型便攜，適合部隊野戰(zhàn)搶修；采用以太網技術能實現遠程檢測和硬件共享。系統(tǒng)設計思路新穎、方案科學、結構合理，具有較好的穩(wěn)定性和擴展能力。
參考文獻
[1] 韓大偉，周軍，于曉洲.基于PXI總線的導彈自動測試系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2008，16（11）：123-125.
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