测试主机自检适配器系统设计

测试主机自检适配器系统设计

鲍荣昌

鲍荣昌淤于BAORong-chang曰张雷淤ZHANGLei曰韩斌淤HANBin

（淤装甲兵工程学院控制工程系，北京100072；于66287部队，保定071000）

淤DepartmentofControlEngineering，AcademyofArmoredForceEngineering，Beijing100072，China；于66287Troops，Baoding071000，China）

摘要：本文在深入分析测控主机的结构及原理的基础上，明确测试任务以及测试流程，根据待测信号特征和指标设计测试功能电路，完成了测控主机的PXI-2204数据采集卡的AD测试、DA测试、DI/O测试、计数测试，RS232串口测试、警示灯电压测试、图像采集卡RTV-24测试。按照实际需要，充分考虑实用性、可操作性，完成了适配器的接口、外形设计及内部设置。利用LabWindows/CVI进行程序开发，采用虚拟仪器技术完成了测试功能界面，提供一个良好的人机交互环境。最后通过与测控主机连接测试，验证了自检适配器的有效性。

Abstract:Onthebasisofin-depthanalysisofoperatingprincipleandstructureofthehostmachine,thispaperconfirmstesttasksandprocess,accordingtothesignalfeaturesfortheindexdesignandtestfunctioncircuit,completesthetestofthehostmachinePXI-2204dataacquisitioncard'sADtest,DAtest,DI/Otest,countingtest,RS232serialtest,warninglightsvoltagetest,imageacquisitioncardRTV-24test.Inpractice,thedesignofinterface,appearanceandset-upinsidefortheadapteriscompleted.LabWindows/CVIisusedforprogramdevelopment.Thevirtualinstrumenttechnologyisusedtofinishthetestfunctioninterface,whichprovidesagoodhuman-machineinteractionenvironment.Finallythroughcollectingwiththehostmachine,thispaperverifiestheeffectivenessofself-testadapter.

关键词：检测线；测试主机；自检适配器

Keywords:testline；testhost；self-testadapter

中图分类号院TP274文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）20-0044-04

0引言

测控平台是装备状态检测与过程控制的核心，各组成部分相互配合完成电源控制、激励产生、信号获取、信号调理、数据分析等功能，可对我军所有现役主战装甲装备进行全车性能检测和部件项管。测控平台遵循通用化、模块化和标准化的测控系统设计准则，总体具有很强的开放性和可扩展性。针对不同装备、不同系统的性能测试需求，平台主体结构无需改变，更换不同适配器、传感器和电缆即可实现。

测试主控单元是检测线系统的核心单元，其核心为PXI总线计算机，并配有数据采集卡和电源系统。在内置板卡、电源以及软件系统的支持下，完成流程生成、数据采集、运算决策、控制输出、人机交互以及电源供给等功能，以实现装备整车以及各系统的技术状况评价。而测控主机在测试主控单元中处于大脑神经地位，保证测控主机正常工作，是测试主控单元功能正常的根本。

实际使用测控平台过程中，如果测控主机因自身内部采集卡、视频卡、串口等部分出现故障而导致功能不正常，修理工作人员不具备检修测控主机的能力，就无法找到故障的具体位置，只能更换测控主机、向上级单位申报或是联系学院人员调试设备，既增加了维修成本，又延长了修理周期，严重影响了部队战斗力的发挥。在此背景下，为尽快解决部队对测控主机无法调试的困境，充分运用各种技术手段，在测控平台基础上，开发能够使测控主机实现自检功能的适配器显得尤为必要。

1自检适配器硬件设计

自检适配器主要功能是完成测控主机的自检功能，因此适配器硬件电路设计是在满足实现自检功能的基础上，遵循通用化、模块化、可扩展化设计理念，按信号功能原理进行的电路模块化设计。适配器原理图分为电源部分、模拟输入部分、数字输出部分、时钟脉冲部分、模拟输出及电压检测部分部分、串口检测、视频输入部分六部分组成。

1.1电源部分电源部

分主要功能是为整个电路供电。由于电源是测控主机上的+26V，而电路中采用芯片主要是CMOS芯片，4093、40193、NE555N、74HC4051工作电压均为+5V，数字式电压表工作电压+5V（测量负电压需-5V），因此采用YD20-24D05（管脚定义如表1）的DC-DC电源模块，输入电压为宽范围18V耀36V，功率为20w，双路输出电压为+5V、-5V，输出最大电流分别为+2A、-2A将测控主机上+26V通过电源模块转换成依5V，满足电路供电需求。

1.2模拟输入部分模拟输入部分电路功能是产生模拟信号通过模条输入到数据采集卡PXI-2204中。

1.2.1PXI-2204的AD转换部分对模拟信号的输入范围是-10V~+10V，因此测试电路应用NE555N接成无稳态多谐振荡器。电容C2由电源5V通过R25、R26和R29充电，而放电则通过R29和NE555N内部的晶体管通道，在NE555N产生-5V~+5V的锯齿波信号，通过达林顿管射极输出器Q1（MPS-AB）输出AIint。因为Q1输出是通过C3反馈到R26的上端，所以C2在充电期间，R26的压降系数是一常数，故输出为线性斜波，采用这种方法，保证输出信号具有良好的线性。

1.2.2模条上56针脚为模拟输入，将其分为七组，通过数字双8通道模拟开关74HC4051选择输入针脚。图8电路由脉冲发生器、计数、译码驱动电路组成。图2中施密特触发器4093与R40、C4产生频率为1Hz的振荡信号CP使40193计数，40193是四位二进制计数器功能表如表2所示。

图2中TCU是进位输出端，TCD是错位输出端，计数器在CP信号下从“0000”开始计数，计数到“1000”时，脚O-3输出高电平通过非门4096使PL为低电平，计数器预置数，开始重新计数。40193的脚O-0、脚O-1、脚O-2分别连接74HC4051双8通道模拟开关的A、B、C三端，控制74HC4051双8通道模拟开关的通道选择，74HC4051功能表如表3所示。

对于74HC4051，0耀5V逻辑信号可以控制依5V模拟信号传输（VCC=5V，VEE=-5V），INH为“1”时全部通道为关闭。在此过程中INH始终为“0”，40193的脚O-0、脚O-1、脚O-2在“000耀111”之间循环，A、B、C三端分别在“000耀111”循环，通道选通顺序为X0耀X7，从而使模拟信号按针脚顺序输入。在每个通道外接5k电路保证通道无输入时处于悬空状态。通过以上电路完成了向测控主机输入模拟信号。

时钟脉冲部分功能是产生时钟脉冲给计数器GATE。

为了能够直观检查计数器计数情况，采用四2输入与非施密特触发器4093与R40、C4产生低频时钟脉冲信号，频率为1Hz，公式为f=1/RC，图4中CP表示时钟脉冲。1.4数字输出部分数字输出部分功能主要是测试模条上的数字输出DO。当数据采集卡设置为输出时，数字输出高电平“1”电压为5V，LED发光的驱动电流为10mA耀20mA，限流电阻R=0.5k，因此采用逻辑高电平驱动LED，若LED亮则输出正常，表示相应的模条口通道正常，电路如图5所示。

1.5模拟输出及电压检测部分模拟输出及电压检测部分的主要功能是测量模条上输出的模拟量DA0、DA1、5V、依12V、26V和+12V警示灯，它的工作原理框图如图6所示。

电路采用了数字电压表显示测量电压值，数字电压表具有功耗低、精度高、性能稳定和观察方便的特点。电路使用ICL7107芯片是高性能、低功耗的三位半A/D转换电路。它包含七段译码器、显示驱动器、参考电源和时钟系统，内部的一根背阴极驱动线，适用于液晶显示（LCD），ICL7107可以直接驱动发光二极管LED。A/D转换器将输入的模拟信号电压转换成中间量频率，再将中间量变换成数字量并通过双四路模拟开关4069向外发出BCD码，ICL7107将BCD码转换为七段笔画码输出给LED，扫描驱动电路由ICL7107内部的时钟系统控制，基准电压为100mV，量程为-30V耀+30V。由于电路测量正负电压需求，芯片工作电压为+5V，负电源脚接-5V，电源地、信号地、模拟地、基准地共地，其电路如图7所示。

1.6串口测试部分RS232串行通信，就是将一条信息的各位数据按顺序逐位传送的通信方式。传输数据格式为一位起始位、七位ASC域码、一位奇偶校验位和停止位。RS232串口各端脚的定义及两个串口通信最简单的连接方式如表4所示和图8所示。

RS232口默认使用PPP协议，电缆两头相同。测试时采用零Modem方式，将两个RS232口互相连接起来，RXD与TXD交叉连接，地线相连，并给两个端口设置一致的参数，发送端和数据接收端准备好就可以开始发送和接收数据，实现全双工异步通信。

1.7视频输入部分视频输入部分主要功能是输入模拟视频信号。图像采集卡具有4个独立的图像处理IC，模拟方式的图像采集速度达到每通道30帧/秒，因此直接将摄像头采集的视频图像信号通过同轴电缆传输到图像采集卡。

1.8电路板设计利用ProtelDXP2004将原理图生成PCB板如图9，将连接头及端子置于板四边便于接线，LED灯置于背面方便观察。

2自检适配器测试

2.1测试的硬件组成测试硬件主要由测控主机、自检适配器、连接电缆组成。硬件实物如图10所示。

2.2测试方法用测控主机模条上的26V电源给自检适配器供电，利用万用表测量输出的模拟量，示波器显示时钟脉冲信号，拨动开关记录电压值，观察电路板上的LED，在将测量值与设计的理论值作比较，是否在误差范围内符合设计要求；若相符合则与测控主机连接进行测试，并运行测试界面观察是否能够完成测试。

2.3测试验证测试结果如下：模拟信号模输入AIint：锯齿波，幅值为-4.8V~+4.8V，线性度较好；时钟脉冲信号CP：频率为1Hz；数字输出部分：上高电平LED灯亮；数字表头电压值：测量电压值分别为4.7V，11.8V，-11.7V，35.9V。

软件测试界面运行结果如图11和图12所示。DI/O测试结果：当采集卡通道设置为输出时，按下右侧开关左侧LED与电路板背面LED均发亮，如图13。

COM测试结果：在COM1输入字符串点击发送，在COM2点击接收，显示输入的字符串，如图15。视频测试结果：点击开始录像，系统打开摄像头开始录像，在控件中播放图像视频，如图16。

通过对得到的测试结果分析，适配器完成测试任务，各项功能均达到设计初的需求。

3结论

为了实现测控主机自检需求，提高其可靠性，在深入分析了测控主机的的结构及原理，明确了测试任务以及测试流程的基础上，完成了自检适配器硬件功能结构、接口及外形设计及内部的设置，并利用LabWindows/CVI进行程序开发，编写测试界面及各部分功能，最终实现了测控主机的自检功能。

自检适配器虽然已经设计完成，但还存在一些不足以及在以后研究工作中值得进一步改进的地方。一方面虽然适配器能够基本实现自检功能,但是测量的精度，电路自身的保护电路考虑的不够全面，对信号的时序性需加以分析；另一方面由于自身对软件的学习不够深入，应用时间不长，不够熟练，测试界面仅仅采用简单的方法实现了最基本的测试功能，还不能实现生成检查报告及故障分析查询等功能，因此软件的实时性，人机界面的交互性和可操作性，还有待于进一步完善和提高。

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