基于Lab Windows/CVI7.1综合检测系统

采用Lab Windows/CVI虚拟仪器技术构建检测系统平台，介绍了基于PXI总线的某装备通用检测系统设计。对通用检测系统的硬件组成和软件设计进行了详细的说明
　　
　　概述
　　
　　随着开发生产的军用装备的种类和数量逐步增多，这几年来大批量提交给用户使用，有的装备已经陆续进入了故障维修阶段，用户要求针对这些装备开发一套故障综合检测系统，既要完成对装备的检测和故障诊断，又要满足信息化要求，实现检测诊断设备、修理设备和信息化设备的一体化。
　　检测系统采用了先进的PXI平台，该平台是一种专为工业数据采集与自动化应用量身定制的模块化仪器平台，基于机箱的体系结构与高速、工业标准的PCI总线结合，提供了对于其他体系结构无与伦比的高性能。
　　软件使用National Instrument公司的Lab Windows/CVI7.1．LabWindows/CVI是一个提高开发效率的测试测量ANSIC开发环境。
　　Lab WindowsCVI7.1具有功能强大的调试工具、DAQ助手、仪器I/O助手、简化多线程的内置库、命令行编译器等，简化了开发过程。
　　
　　硬件设计
　　
　　测试需求
　　故障综合检测系统检测装备时所需的激励信号、检测信号类别和检测信号特征如表1所示。根据信号类别及特征确定哪些信号需适配器转换后再送到PXI测试资源，哪些信号经适配器就直接进入PXI测试资源，以及进入PXI测试资源的哪一种功能测试模块，确保进入PXI测试资源的信号不超过功能模块的测量范围。
　　
　　
　　资源配置需求
　　根据测试需求分析的统计结果，信号适配器对故障综合检测系统的测试仪器资源配置需求如表2所示。测试系统利用多路开关扩展功能模块来满足测试的需求，分时复用。而不是选购多块同一种功能模块，这样有利于降低PXI测试资源的硬件成本。
　　
　　
　　信号适配器设计
　　为了使装备的信号与检测系统的检测接口匹配，连接装备与测试板卡之间设计了一个信号适配器，其测试连接结构示意图如图1所示。板卡能直接测量的信号就直接引入板卡，不经任何转换电路，提高故障综合检测系统的可靠性，需转换才能进入板卡的信号，其转换电路尽量选用无源器件，因为有源器件受环境参数的影响大，会增加测试结果的不确定性。硬件采用模块化设计，系统各模块相互独立地工作，互不影响，互不干扰，有效地提高了系统的可靠性。
　　
　　信号适配器电路结构如图2所示。主要由连接器接口、被测装备接口、信号调理单元、激励单元和负载单元组成。主要完成检测平台到被测装备的信号连接和调理功能，包括资源分配、信号调理、信号激励、模拟负载等。其中，测试接口占用测试资源的16个万用表通道；激励单元占用测试资源的16个隔离数字I/O通道；信号调理单元中有3块适配卡，适配卡1和适配卡2为八通道电压及10A以下电流激励的信号调理单元，适配卡2具有3个大电流回路，用于系统电源、电瓶和50A以下大电流负载的激励和信号调理，两块适配卡的结构相同，可以直接互换。此外，设置一个专用万用表通道，对不具备快速接口的装备部件电流、电压信号，分别用电流钳和外引万用表笔测量，也可扩展到对压力、温度、流量等传感器输出的模拟信号检测。
　　
　　
　　硬件的安全性、可靠性设计
　　为保护检测系统的安全性，在信号适配器上增加电缆识别信号，每次检测时，由软件自动识别电缆连接正确与否及有无短路等，只有电缆连接信号被正确无误地识别时，检测系统才向装备上电检测。被检测的装备在运行过程中需要模拟采样信号时，由检测系统的板卡隔离数字I/O PXI-6514输出驱动控制适配器的模拟电路，给装备反馈模拟的采样信号。隔离数字I/O实现了信号的隔离，阻断了信号的干扰，从而使得故障综合检测系统工作更安全、可靠。
　　
　　软件设计
　　
　　软件设计思路
　　软件设计基于数据库的软件设计方法，以往的软件设计是由软件编程人员按测试流程逐步编程实现。这种方法效率低，软件的可靠性、可扩充性差，当测试任务改变时，与流程有关的软件需要从头做起。基于数据库的软件系统，采用数据库技术与主程序相结合的方法，先根据装备写出工作流程图，然后根据流程图用填表方式建立测试项目库、测试参数库、驱动通道库、检测通道库，测试装备的流程变化时，只需修改数据库，主程序基本不变，从而方便快捷地完成测试系统软件的组建工作。
　　在程序编写中，应用多线程技术使程序同时做多件事情，使操作变得十分方便。在测试过程中，程序一边采集数据，一边对数据进行分析处理，软件界面还要同步显示检测数据及检测时相对应的动画等，实现实时处理，互不影响。将多个应用程序共同使用的功能子程序独立成所有应用程序都可以共享的动态链接库，减少了主程序界面设计的工作量，不同的程序使用相同的动态链接库，只需在内存动态链接库装载一次，这样就节省系统内存。功能子程序设计中利用了DAQ开发助手，根据板卡的不同功能设置相应的参数，自动生成所需的功能子程序，大大减少了程序开发的工作量。
主程序设计原理
　　系统软件的测试流程图如图3所示，执行检测操作时，程序先按测试项目库中检测项目的先后顺序确定检测项目，通过关系连接到测试参数库、驱动通道库、检测通道库，确定该项目检测时所需要的驱动信号、测试信号、技术指标、使用的接口通道、操作要求提示等。当每一个测试项目的各种属性在数据库中确定后，测试时先给出驱动激励信号(测试需激励时)，再给出测试激励信号，即可控制检测系统执行测试操作，测试完成后分别复位测试激励信号和激励驱动信号(测试需激励时)。然后根据检测结果与数据库中相应字段中的极限值比较，根据结果判断当前检测的组件的质量状况，然后由数据库的相关字段决定程序执行的流程。
　　
　　
　　软件的安全性、可靠性设计
　　检测过程中若所检测的组件有短路、过载等现象，系统自动停机。由于检测系统使用多路开关，开关导通速度远低于软件执行速度，所以在开关通道切换时容易发生开关短路现象，可能造成强电信号与弱电信号混叠加到弱电信号处理模块上而损坏模块。因此我们是通过适当的软件延时来避免开关短路，这样对开关速度不一致造成的信号通道间短路能起到保护作用。
　　
　　结束语
　　
　　检测系统的信号适配器采用模块化、标准化和组合化设计，采用了总线结构的标准化设计和“底板+插板”的结构形式，以增加适配器的可靠性和可维护性。
　　基于数据库的软件设计方法对新开发的装备有较好的移植性，只需更换数据库，主程序基本不变。调试中发现程序的工作流程不对时，只需根据装备的实际工作流程更改数据库数据即可重新调试，从而方便快捷地完成测试系统软件的组建工作。