電子設備自動化測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

安浩平 王孟平 岳鵬飛

（1.河南省自動化工程技術研究中心，河南鄭州 450008；

2.河南省科學院應用物理研究所有限公司，河南鄭州 450008）

電子設備自動化測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

安浩平1王孟平2岳鵬飛2

（1.河南省自動化工程技術研究中心，河南鄭州 450008；

2.河南省科學院應用物理研究所有限公司，河南鄭州 450008）

對某電子設施的維檢保障作業(yè)進行解析，并給出一類建立其自動化測評媒介的技術預案。這個媒介是以PC/104-Plus為核心的工程控制主模塊以及可編寫邏輯元件為基礎的。其可達成自動測評體系和CPCI、ISA、Multibus等待測試通訊元件、軟件的通訊，并完成Test-Works的專門化體系事故預判等工作。實際經驗表明，這樣的媒介化解了某電子設施的測評預判難題，有普及的必要性。

電子設施；自動化；硬件媒介；通訊預案；軟件評測

某電子設施是船舶普及使用的平臺設施，被普遍運用于雷達、聲納、導航、通訊等領域。伴隨科技的發(fā)展與當代信息化作戰(zhàn)模式的出現(xiàn)，該種電子設施的繁雜性日漸凸顯，致使其維護保修的困難程度大增［1］。發(fā)現(xiàn)問題后，現(xiàn)場盡管能夠以調換備用元件的形式予以化解，然而事故卡需要返回廠房維檢或制定專業(yè)人員前往事故場所維檢，維檢的耗時過多，全生命周期的維檢成本居高不下。所以，筆者簡介了一類電子設施的測評預判媒介，闡釋了其基礎性原理與達成任務的流程。實踐經驗表明，這樣的媒介能夠將維檢人員從高強度的檢修工作中解脫出來，并縮減維檢時長，減少維保開支［2］。

1 測評需要解析

某電子設施的效能是多元化的，構成也極為繁雜，依照其構成元素，大體上能夠劃定為模塊類部件與板卡類部件。當中，模塊類部件是電腦的錄入/輸出設施，攜帶有操控鍵位及顯示器，透過RS 232抑或USB端口與主電腦通訊；板卡類部件是常規(guī)的6U構造板卡，透過導軌插進主機，透過CPCI與主電腦聯(lián)接。這種板卡通常是主電腦的外部設施，透過CPCI總電纜、ISA線路和Multibus線纜與主電腦通訊。按照其效能，能夠劃定為通訊型、參數(shù)處置型及圖片處置型板卡。通訊類板卡通常是透過RS 232/422線路、多組數(shù)控類I/O等與模塊類部件通訊；參數(shù)處置型板卡通常會對外部設施錄入的參數(shù)實施預先處置；圖片處置型板卡通常要對錄入的各種圖片訊號實施處置，達到整體顯示的目標［3］。

依照我國的三級保障維修制度，創(chuàng)設的測評診斷體系，要在電路板或模塊類商品的測評中，找到出現(xiàn)的問題

和失控的元部件。所以，創(chuàng)設的測評體系應擁有以下測評元素或測評功能［4］：①供應訊號處置類板卡的激勵訊號；②具備對圖像訊號的測評效能；③通過RS 232/422串口、多組數(shù)控I/O、互聯(lián)網端口等通訊端口完成測評；④體系應兼?zhèn)涮囟ǖ能浻布卣构δ埽员阌隗w系更新?lián)Q代。此外，測評軟件的操控桌面必須是Windows操控截面，使用恰當?shù)臏y評方略，能夠對其效能完成測評，并第一時間尋找到事故主因并完成修護。

2 體系硬件媒介

依照上述測評需要，并對其進行解析，在權衡到自動測評體系的功效、特性及支出等元素的基礎上，使用PXI、GPIB混合總電纜建立自動測評媒介（見圖1）。

圖1 硬件媒介結構圖

其配備了數(shù)字萬能表、數(shù)字顯示設施、訊號接受設備、程控直流設備、測評信號源、A/D、D/A模塊、數(shù)字I/O模塊、矩陣開閉合器模塊及串行端口模塊等設備與一部副顯示設備。其中，測評訊號源是自主研發(fā)的模塊，其被應用對某類訊號處置類板卡發(fā)射特殊的激勵訊號，副顯示設備通常被應用于某類圖片處置型板卡的輸出測評［5］。此外，系統(tǒng)在機柜平臺與PXI機器箱體內部預先設置了設備拓展方位，從而完成體系的更新?lián)Q代。

3 區(qū)域總電纜通訊預案

在這類電子設施內，包含了大批的板卡類部件，這種部件通常透過PCI、ISA、Multibus線纜與主電腦通訊。因為總電纜協(xié)議繁雜，傳遞速度快，使用常規(guī)的設備完成通訊，軟硬件的研發(fā)過程極為繁雜。所以，體系使用了端口適配設備，并添加一塊主控部件與一塊CPLD卡變成邏輯部件的模式，來完成通訊。通訊預案如圖2所示。

觀察圖2能夠發(fā)現(xiàn)，端口適配設備上的工程控制主模塊使用的是研華企業(yè)開發(fā)的PCM-3362N的電腦模塊，其具備優(yōu)秀功能的PC/104-Plus單板電腦，匯集了PS/2、 USB、RS232、100M的端口等硬件元素。更為關鍵的是，模塊攜帶了與PC/104-Plus準則相吻合的ISA及PCI總電纜線，包括了ISA總線與PCI縱向準則2.1版需求的全部訊號。所以，能夠直觀地和ISA縱向及PCI總線的待測試板卡完成通訊。然而，卻無法和Multibus總線通訊。通過查閱相關文獻，發(fā)現(xiàn)Multibus纜線與ISA纜線有著共通的地方。比如擁有同樣的參數(shù)寬度、同樣的地址空間，讀取或寫入的操控也能夠被劃定為儲蓄器讀取/寫入和IO讀取/寫入。Multibus纜線包含的地址與參數(shù)訊號、原始訊號和ISA線纜是迥異的。ISA線纜是同步輸入/輸出，Multibus線纜是異步輸入/輸出，兩類線纜的常規(guī)訊號包含Multibus及ISA纜線傳輸?shù)挠嵦枺?］。

圖2 區(qū)域總線的通訊預案

以Multibus纜線與ISA纜線為核心的纜線有共同的地方，體系使用邏輯編程的模式實現(xiàn)了ISA線纜與Multi?bus線纜的通訊。在工程控制主模塊ISA纜線與待測試板Multibus線纜間，可以添加CPLD可編程邏輯元件，通過邏輯編程達成線纜協(xié)議的對接。在邏輯創(chuàng)設階段，要依照具體需要對通訊協(xié)議實施裁剪化創(chuàng)設，不需要“照顧”到總纜線的全部效能［7］。比如，面對某類板卡，僅需對16位I/O通訊協(xié)議實施轉化即可，其余的工作不再強求。其邏輯關聯(lián)能夠表達成：

端口適配設備上的工程控制主模塊必須通過科學的軟件研發(fā)，以便必須和主控電腦通訊，遵從主控電腦的命令；依照主控電腦的命令和PCI、ISA、Multibus線纜待測板完成通訊，對待測板實施讀取/錄入操控，有時還應將讀取/錄入的成果回饋到主控電腦［8］。

其完備的通訊流程包含：自動測評設施中的程控電源為端口適配設備供應電能，在PCM-3362N工程控制主模塊開啟后，通過互聯(lián)網電路執(zhí)行PXI主控電腦的命令；之后依照命令對PCI、ISA、Multibus線纜待測板進行讀取/錄入操控，管控待測板的作業(yè)態(tài)勢；PXI主控電腦上運轉的測評設備再對待測板卡實施各類測評［9］。

4 軟件測評媒介

軟件測評媒介使用了Test Works媒介，Test Works是運用在各類測評工作中的萬能測評媒介，其能夠被劃定成研發(fā)媒介與運轉媒介兩類媒介。研發(fā)媒介主要被應用于研發(fā)測評流程、供應測評設備，測評受體間的相連路徑訊息，通過編寫、鏈接轉換為能夠被履行的程序；運轉媒介是測評程序的運轉場景，在客戶進行簡易的操作后，能夠根據客戶的需求完成測評，并自發(fā)形成報表［10］。

TestWorks的研發(fā)媒介與運轉媒介是平行關系，相互不發(fā)生關系，能夠依照需求，于任意時段在研發(fā)媒介上完成添置測評數(shù)據或測評設備，在運轉媒介中啟動測評程序。TestWorks操控便利、變通性強，有利于體系的擴充或更新?lián)Q代，減少ATS研發(fā)者與操控者的工作強度，并且是對以往手動模式的一種顛覆。這既讓Testworks的先進功能得以凸顯，更節(jié)省了勞力資源成本。

5 測評方略

依照測評的需要，總體的測評流程包括效能檢測與故障預判2個版塊。效能測評版塊被應用于待測品部件的問題測試，問題判斷版塊被應用于判斷、定位故障地區(qū)。效能檢測版塊使用自動化檢測模式，自動啟用測評模式完成測評，盡可能避免人為干涉，并提升檢測速率。故障預判環(huán)節(jié)使用故障樹解析法的故障判斷專業(yè)系統(tǒng)，其運轉流程是，將問題預判學識變換成故障樹的模式形象化地進行呈現(xiàn)，之后通過總結與萃取，將其轉換成測評軟件媒介具象化的判斷程序。在測評階段，體系能夠參考人機交互頁面完成與操控人的溝通，從而誘導操控人逐漸完成深度判斷，最后找到出現(xiàn)問題的主因［11］。比如，某錄入設施滾動裝置不工作，其故障樹的構成如圖3所示。

圖3 某錄入設施的故障樹

6 某電子設施測評系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

某電子設施體系使用分成創(chuàng)設模式，依照效能與用處能夠劃分為設施層、支撐層與運用層。層間是鼓勵的，任何分離的兩層間在物理與邏輯上均沒有交互影響的可能［12］。其系統(tǒng)構造可以參考相關文獻。

6.1 設施層

處于系統(tǒng)的最下端，包含測評設備測評表、交換設備、MODEL、附加設施與電腦等。其中，測評設備是該體系的集成管控受體，包含GPIB設施、VXI機箱、LXI設施和各類端口轉化設施。附加設施被運用于協(xié)助進行測評方面，為任務履行掃清“障礙”，其通常包含互聯(lián)網打印設備、互聯(lián)網攝錄設備、大規(guī)模顯示設備及傳感設備等。

6.2 支持層

支持層包含支持體系軟件運轉的操控平臺、參數(shù)庫體系、辦公體系與完成對表類設施、各種傳感設備實施管控的適配端口等。支持層是設施層與運用層間的樞紐，為管控軟件的運轉有著支持功能。

6.3 運用層

運用層包含直面操控者運用的管控軟件，是體系的中心設施。其為測評者供應便捷的操控媒介。包含測評任務管控、測評設施管控、測評現(xiàn)場監(jiān)督、測評參數(shù)處置、客戶管控及日記管控等六大功能模塊與測評參數(shù)庫。

6.3.1 測評任務管控。測評任務是說，面對相異的測評受體，預先配套的測評規(guī)劃，依照被測評設施與其電氣特性數(shù)據的差別，應訂立不同的測評任務。測評任務管控工作，包含對任務的填制、剔除、修整、錄入和輸出等維檢內容與任務開啟、中止或終止等管控工作。

6.3.2 測評儀器管控。測評儀器管控模式，是為了對測評設備的運轉態(tài)勢檢索、開閉合器管控與設施數(shù)據的設立、矯正等版塊進行管控而存在的。透過搜索獲得目前的全部測評設備與其配套設備的運轉態(tài)勢，利用有

差別的圖像或色調來進行區(qū)別。所以，測評工作者應掌握設施的使用狀況，并訂立符合標準的測評任務。

6.3.3 測評環(huán)境的監(jiān)督。測評環(huán)境監(jiān)督包含透過互聯(lián)網攝錄設備、傳感設備來獲得測評設施周圍的溫濕度等指標，并且確保設施的順暢運轉。

6.3.4 測評參數(shù)處置。測評任務履行完后，能夠獲得測評的參數(shù)。測評參數(shù)處置，包含對成果參數(shù)的去除、寫入、輸出、考評與打印等內容。

6.3.5 客戶管控?？蛻艄芸厥菫榱藢w系內的客戶實施分層級管控。體系客戶又被劃定成管理員、操控員、審核員3個層級。管理員能夠享有最大級別的權力，能夠操控全部體系，管控全部測評參數(shù)，也能夠管控全部客戶，包含增加刪減客戶、改動客戶命令；操控員，能夠操控全部體系，管控全部測評參數(shù)，然而沒有管控客戶的權限；審查員的工作，包含可閱覽測評參數(shù)或測評考評成果。

6.3.6 日記管控。日記管控用來記載全部體系的運用日記與體系問題。

6.3.7 測評參數(shù)庫。測評參數(shù)庫應完成對測評任務、測評成果、設施訊息、客戶訊息與日記訊息的儲蓄，發(fā)揮體系軟件的效能。因為該體系內的參數(shù)數(shù)量不多，對參數(shù)庫并未形成明文的操作規(guī)定。因此，挑選Access完成對測評參數(shù)的有效儲蓄，并透過Ado等模式完成對Ac?cess參數(shù)的讀數(shù)。

為了讓智能設備的效能得到提升，并完成與其他體系的對接，使用了Visual Studio C++6.0 SP6與LabWindows/ CVL。Visual C++是效能理想的一種編程用具，其投用后獲得軟件研發(fā)者的熱烈追捧。其容易組合成運用程序，而且在編程方面有著良好的性能。LabWindows/CVI為Na?tional Instruments企業(yè)研發(fā)的一種直面測控行業(yè)的軟件研發(fā)媒介。其以ANSIC為中心，將效能多元化、應用變通性強的C語言平臺和參數(shù)搜集、解析與表述的測控專門用具進行融合使用。其集成化研發(fā)媒介、交互類的編程模式、充足的部件與庫函數(shù)，讓C語言的效能得到充分的彰顯。并且為C語言的研發(fā)者構建了測試體系、自動測試條件、參數(shù)搜集體系、流程監(jiān)督體系等，是一款有著極大價值的軟件研發(fā)媒介。而且，其能夠完成對所有標準的ANSIC源碼與動態(tài)連接庫的融合利用工作。其卓越的特性，讓電子設施的自動化測試系統(tǒng)的功能變得更為完善。

6.4 GPIB纜線

GPIB纜線是為設備管控運用額創(chuàng)設的，是當前儀器領域的一類能夠程控設備的標磚端口總線。在1970年，IEEE488準則的投入使用導致1975年誕生了GPIB，并在電氣、機器與功能規(guī)格方面形成了一定的準則；而在1980年ANSI/IEEE488.2的準則中，也明文規(guī)定了通過GPIB通信模式，能夠讓以往的規(guī)格區(qū)域得以完善。

GPIB總線是一類數(shù)字的八位平行通信頁面，傳送速度是8Mbyte/s?？偩€供應的一類管控設備在20m的排線長度內能夠與14部設備相連。假如使用人利用GPIB擴增器或延長器來打破這兩類約束條件，而GPIB排線與連接設備就是多元化的，并且與工業(yè)準則相符的商品，能在任意條件下應用。GPIB總線發(fā)收訊息均是極為快速的，在一定程度上減輕了工作人員的工作強度，且節(jié)約了人力成本。

7 結語

該體系通過試驗證實，能夠較為有效地化解各部件的功能測評矛盾，各種板卡的故障檢查概率能夠達到100%。對大多數(shù)部件來講，以故障樹為核心的故障診斷專家系統(tǒng)能夠定位故障到芯片級。對某類功能繁雜的圖片處置型板卡，因為大批量使用BGA封裝芯片，并在板卡創(chuàng)設階段并未預設監(jiān)測點，能夠定位故障到功能區(qū)［13］。該檢測診斷體系使用工程控制主模塊及可編程邏輯設備，完成了和總線板卡的通訊，提升了體系的測評診斷效率。

［1］陳武，段斌.變電站智能電子設備動態(tài)重構閉鎖邏輯生成多代理系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2015（21）：107-112.

［2］熊海軍，朱永利，張凡，等.基于行為樹的IEC 61850智能電子設備互操作性描述與驗證［J］.電力系統(tǒng)自動化，2013（24）：66-71.

［3］王一凡，舒國偉，趙陽，等.射頻電子設備的輻射電磁干擾診斷與抑制技術研究［J］.電子質量，2014（12）：85-88，93.

［4］邱勝順，張明，呂勤，等.基于AMSAA和MTBF-T模型評估電子設備使用壽命［J］.電氣自動化，2014（5）：100-102.

［5］陸晶晶.PLC型DCS控制系統(tǒng)在自動化生產線電子控制系統(tǒng)中的應用［J］.電子測試，2015（6）：103-105，67.

［6］Martha Zemede.無線技術和電子自動化設計軟件的發(fā)展將打造物聯(lián)網美好未來［J］.電子產品世界，2016（5）：12-14.

［7］羅紅敏.使用急性腎損傷電子自動化預警系統(tǒng)并不能改善住院患者臨床預后：一項單盲平行隨機對照試驗［J］.中華危重病急救醫(yī)學，2016（3）：266.

［8］支月蓉，朱彩華，周雪園，等.機械電子式軟起動裝置控制系統(tǒng)在鉆探設備中的應用研究［J］.現(xiàn)代電子技術，2015（7）：121-123.

［9］胡超然.電子進程單系統(tǒng)在西安咸陽塔臺管制工作中的應用及發(fā)展［J］.中國新技術新產品，2016（9）：4-5.

［10］蔣占四，王衍學，楊連發(fā)，等.結合“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的國家特色專業(yè)建設：以桂林電子科技大學機械設計制造及其自動化專業(yè)建設為例［J］.高教論壇，2013（1）：73-75.

［11］廖秋麗，王金輝，吳姝芹，等.機械設計制造及其自動化專業(yè)電子認知實習教學改革探討［J］.科技視界，2014（13）：16，43.

［12］王曉梅.電子信息領域大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)模式實踐探索：以電子科技大學自動化學院為例［J］.新教育時代電子雜志，2016（1）：27-28.

［13］王洪喆.從“赤腳電工”到“電子包公”：中國電子信息產業(yè)的技術與勞動政治［J］.開放時代，2015（3）：34-48.

Design and Implementation of Electronic Equipment Automatic Test System

An Haoping1Wang Mengping2Yue Pengfei2
（1.Automation Engineering Technology Research Center of Henan Province，Zhengzhou Henan 450008；2.Applied Physics Research Institute of Henan Academy of Sciences，Zhengzhou Henan 450008）

This paper analyzed the maintenance work of a certain electronic equipment,and provided a kind of tech?nical plan for the supervision of the media.This medium was based on the PC/104-Plus as the core of the project con?trol module and programmable logic element.It could achieve automatic evaluation system and communication of CP?CI,ISA and Multibus to test communication components,software,and completed the specialized system of Test-Works accident pre sentence and other work.Practical experience showed that this medium resolved the problem of a certain electronic equipment evaluation and evaluation,there is a need for universal.

electronic facilities；automation；hardware media；communication plan；software evaluation

TN06

A

1003-5168（2016）10-0026-04

2016-09-10

安浩平（1978-），男，本科，助理研究員，研究方向：電子科學與技術。