無線電調諧面板測試臺的總體設計

馬浩瑀 范啟富 盛強

摘要：以某航空公司無線電調諧面板自動檢測平臺的研發為背景，設計出了一種無線電調諧面板自動檢測系統。經過對比和研究國內外檢測平臺的搭建方法，本文提出了一種基于通用PCI總線技術為核心，結合其它USB串行總線、通用串行RS232/485總線、CAN總線及Labwindows/CVI開發軟件等技術研發了航空電子設備綜合自動測平臺，該平臺能夠實現設備的自動檢測及故障定位，將故障信息反饋相關工作人員處，方便工作人員完成設備故障狀態確認、故障排查等工作。這對工作人員完成故障排查及檢修工作帶來了極大的便利性，提高了人員工作效率，同時也為航空電子設備的運行提供了良好的保障。

關鍵詞：自動測試系統；航空電子；Labwindows/CVI

Overall Design of Radio Tuning Panel Test-Bench

Ma Haolu [1，2]，Fan Qifu [1]，Shengqiang [2]，

（1 Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240；2 Eastern Airlines Technic CO.Ltd，Shanghai 200335）

Abstract：Based on the research and development of an airline's radio tuning panel automatic detection platform，a radio tuning panel automatic detection system was designed. After comparing and researching the construction methods of testing platforms at home and abroad，this paper proposes a technology based on universal PCI bus technology，combined with USB serial bus，universal serial RS232/485 bus，CAN bus and Labwindows/CVI development software. The integrated automatic measurement platform of avionics equipment can realize the automatic detection and fault location of the equipment，and feedback the fault information to the relevant staff，which is convenient for the staff to complete the equipment fault status confirmation and troubleshooting. It has brought great convenience to the staff to complete the troubleshooting and overhaul work，which has improved the work efficiency of the personnel and also provided a good guarantee for the operation of the avionics.

Key words：automatic test system；avionics；Labwindows/CVI；

1.引言

先進的機載設備推動著維修設備和維修軟件的發展，航空機載設備生產廠家不僅研制出與之相應的機載測試系統，而且也推出地面維修檢測設備。機載測試設備可在飛機飛行中進行巡回檢測故障并將故障隔離，同時接收飛機上的維修信息。機載設備出現較為重大、影響飛機安全的故障，則必須送到維修基地維修。目前主要的地面維修設備是自動測試設備，應用較廣泛的有法國的AEROSPATIAL 公司推出的ATEC6、美國HONEYWELL公司推出的STS3000和美國AVTRON公司生產的 UATSK825B等，基本上都能滿足維修檢測要求，有的設備還能進行功能擴展，增加接口，擴大機載設備的檢測范圍[1]。由于起步較晚，目前，我國在民機 ATE的應用上還主要是采取購買國外設備或租用等方式，在研制領域還處于起步階段。

這些國外先進測試設備的價格相當昂貴，一般都需要幾十萬美元，有的甚至高達幾百萬美元，大多數中小航空公司沒有足夠的購買能力[2]。目前國內各航空公司的地面測試設備大多仍是比較陳舊的老式常規設備，只有少數幾家骨干航空公司才有經濟實力購買上述先進的自動測試設備，但成本十分昂貴。

同時，我們面臨的不僅僅是有沒有設備的問題，即使有了先進的設備，其使用費用也是相當昂貴的。沒有軟件的自主產權，除了先期的購買軟件，技術的日新月異還會要求我們為軟件的升級不斷地付出高昂的代價。

面對著困難和挑戰，開發研制符合我國國情并滿足航空公司要求的ATE 設備已經成為勢在必行、且迫在眉睫的任務。

無線電調諧面板的測試項目繁多，工作量大，原來使用自動化程度很低的分立式測試儀器，采用“人工操控各信號源—控制機件進入各測試線路—對輸出進行測試分析”的檢修辦法，存在步驟繁雜、周期長、效率低、容易出錯等問題。

本測試系統的開發應用能有效地縮短公司無線電調諧面板的維修周期，降低維修成本，提高維修可靠性，使無線電調諧面板的地面維修工作躍升到一個新水平。

2.無線電調諧面板測試臺的要求

測試功能要求

具備8路符合ARINC-429通訊標準的接收/發送通道（8 組發送、8組接收）；支持ARINC429通訊測試；

具備至少1路RS-232或RS-485/422機載電子設備常用串行通信口；支持RS-232/485/422等通用串口通訊測試；

具備四路電量的檢測能力，包括兩路交/直流電壓、兩路交/直流電流、交流頻率等參數檢定；支持提供給UUT的多路電源檢測；

具備雙通道/200M波形分析存貯功能，滿足飛機電子設備所需的波形分析；支持多通道波形分析測試；

配置4路程控電源，其中三路直流、一路交流，滿足大多數機載電子設備測試的電源需要；支持提供給UUT的多路電源設置；

具備高壓脈沖源發生功能，支持被測件的閃電測試需求；

獨立TUA適配器，運行相應的TUA軟件，能對相應件號進行自動測試；

預留至少一路的擴展能力，能在以后進行擴展以適應的發展需要；

支持二次開發（TUA二次開發），能在此平臺上進行絕大部分電子設備檢測維修項目的開發；

測試大綱分析

系統測試要求能夠模擬仿真出各種所需的輸入信號，同時測試無線電調諧面板得輸出的信號并將測試結果進行存儲。通過分析無線電調諧面板測試大綱本課題所涉及的測試項有下面幾種：

1.板電源測試；

2.燈光測試；

3.按鈕測試；

4.軟件版本確認；

5.顯示測試；

6.傳遞按鈕/緊急頻率命令測試；

7.非易失性存儲器測試；

8.8.33kHz間距/HF頻率選擇策測試；

9.HF寬頻禁用測試；

10.ARINC 429波形輸出測試；

11.輸出頻率測試；

12.緊急電源測試；

13.無線電狀態測試；

14.CROSSTALK 測試；

15.數據模式測試；

16.ACARS模式測試；

17.VHF保護模式測試；

18.RTP接收INOP測試。

通過分析系統待測項后，考慮到本系統主要是建立無線電調諧面板的故障檢測平臺，可以看出該測試平臺的測量設備組成需要429分析儀，數字萬用表，差分示波器，429裝配負載，交流電源，直流電源，資源分配系統等。其中板卡的詳細選型會在系統的硬件設計與分析實現中具體介紹，在系統的總體設計中，根據無線電調諧面板測試大綱本課題所涉及的測試項分析從而確定具體的測試方案及系統硬件模塊組成，這有助于后續設計更為復雜的航空電子部件的測試平臺。

3.系統總體設計方案

無線電調諧面板測試平臺的工作原理是使用系統分區的特定技術進行獨立的模塊測試環境搭建，使得在運行相對應的測試步驟的情況下能夠合理的使用測試平臺的資源，對無線電調諧面板的性能指標進行不同情況的檢測并將測試結果進行存儲和保存。具體要求是無線電調諧面板測試平臺能夠根據測試大綱對被測設備進行電壓、電流和信號的輸入處理。通過觀察信號的輸出情況得出不同的測試結論。如果系統運行正?；蛘邿o明顯異常，就按測試大綱順序進行下一步測試，如果系統判定信號超出允許范圍，則通過測試界面顯示實際測試數值并指出允許范圍給技術人員進行指示。

通過給無線電調諧面板添加模擬信號、ARINC 429信號、及開關量信號，同時測試對應的離散信號、ARINC 429信號，判斷響應信號與測試大綱是否一致，從而進行故障的排查并且由相關工作人員做出進一步的操作。系統對數字信號采集卡和開關板卡要求較高，總體設計前必須要選擇好合適的板卡，而且還要充分考慮到各種測試信號的變化和不同情況下的突發情況。

系統的總體設計結構

通過選擇合適的板卡設計出信號放大和調理電路為無線電調諧面板的測量提供硬件平臺。該測試平臺要能夠同時完成無線電調諧面板中測試大綱所規定的各個功能的檢測任務，并且為以后的擴展留出空間。

本文采用了主適配器和子適配器的設計結構，主適配器將激勵信號板卡資源、響應各種NI板卡提供的測試信號，而子適配器根據無線電調諧面板中的測試項自主選擇所需要的信號進行檢測，采用這樣的設計方法可以使各種NI數字信號采集卡的利用率提高，也便于后面對系統進行功能擴展和升級。

4.系統硬件設計概述

測試平臺硬件設計總共可以分為輸入、輸出、接口、儀表、顯示器、控制臺、資源分配箱、TUA適配器、NI板卡等，這些組成部分是測試平臺硬件系統運行的基礎。

在硬件系統的輸入和輸出方面，測試平臺和外部設備之間的鏈接是由一種特定接口的電纜相連，在工控機箱中的模塊之間的鏈接是通過CAN/RS232/RS485總線關聯起來的。這樣便組成了一個統一的整體，這個部分是整個測試平臺硬件統的核心[3]。為了支持通用，設計的時候提供了不同種類的接口，從而使數據的采集，輸出能夠通過繼電器板卡進行統一鏈接。在系統運轉過程中，機箱內部的各種不同的板卡是通過I/O接口進行連接，數據則是通過總線進行傳輸的。在經過測試軟件進行統一處理后，最終會以圖文的樣式給相關工作人員使用。

本文在安全性方面也進行考慮，系統對輸入和輸出的所有信號可以進行監測，對于有危險的信號可以按照測試大綱的要求進行處理。例如在給系統設置安全電壓設置時，如果測試平臺一旦超過了安全電壓，則硬件系統會自動進行斷電保護或者降壓處理等操作，從而確保測試平臺電路系統的安全。測試設備硬件系統外觀如圖2所示。

硬件系統的接口設計是各設備之間連接的關鍵部分，通過接口可以將待測無線電調諧面板與適配器、資源分配箱相連接，適配器與資源分配箱負責將機箱中的板卡資源輸出，上位機控制程序將機箱中NI板卡產生的各種模擬量輸出信號、數字量輸出信號添加至待測無線電調諧面板，為待檢測無線電調諧面板進行信號的輸入測量以完成測試過程。

5.系統軟件設計概述

測試軟件采用NI公司的LabWindowsCVI，它是一個完全的標準C開發環境，用于開發虛擬儀器應用系統。LabWindows/CVI提供內置式函數庫用于完成數據采集、分析、和顯示任務；它還提供簡單的拖放式用戶界面編輯器以及自動代碼生成工具。利用這些功能，可以在將代碼加入到某項目之前，先對其進行互動式的測試?？梢岳肔abWindows/CVI定義和建立用戶界面，生成或運行ActiveX組件，及開發多線程應用[4]。

LabWindows/CVI的應用領域極其廣泛，涵蓋了軍工，電訊，工業生產和航天等各種行業。LabWindows/CVI提供了許多實用的特性，無需犧牲C代碼的運行速度或源代碼可管理性，便能引人注目地改進工作效率。同時LabWindos/CVI功能豐富，界面美觀[5]。

本測試平臺軟件系統主要由兩個層次構成，分別是運行在底層的核心程序及與使用者緊密聯系的分區操作層。底層主要是為上層系統運行及相關操作提供可靠的保障，這包括有各種資源模塊的需求、各種模塊時間的分配、結構管理等，上層的功能主要是為相關工作人員和使用者提供各種功能的展示、任務運行的安排、及不同模塊之間的信息傳輸等，其結構如圖3所示。

軟件開發模式的主要設計思想就是在測試流程與具體儀器控制之間建立測試引擎，將儀器控制與測試程序完全隔離，檢測流程的主控程序不進行直接面向儀器的操作，而是面向被測對象信號接口的操作。測試程序通過控制儀器的輸入輸出實現測試功能。具體的軟件開發模式主要包括功能層、邏輯層、儀器操作層接口配置文件、接口配置工具 5 個部分。

6.小結

本文研究開發的無線電調諧面板自動測試系統在專用測試儀器的人—機接口界面的基礎上，擴展成為可以供使用者直觀的選擇各個不同件號的專用測試程序，有選擇的執行全部測試項目或執行單個測試項目，并具有選擇故障斷點連續或停止的測試功能，提高測試速度，更易于維護，同時，也給無線電調諧面板日常的狀態檢測和維修工作提供輔助意見。

參考文獻

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[3] 劉玉璽，聶會平，湯楠. PCI-1711 數據采集卡及其應用[J]. 今日電子，June 2004：25-26

[4]肖坦.基于虛擬儀器的自動測試系統研究[D].北京：北京交通大學，2006.

[5]程剛，謝馳，姚永河.基于 Lab Windows/CVI 環境下開發虛擬儀器自動測試系統[J].實用測試技術.2002.5：3～6.

作者簡介：馬浩瑀，男，上海交通大學電子信息與電氣電氣工程學院自動化系2016級工程碩士，中國東方航空技術有限公司工程師，職稱助理工程師，研究方向機電一體化。

范啟富，男，上海交通大學電子信息與電氣電氣工程學院自動化系教授，航空航天控制與信息處理團隊成員。

盛強，男，中國東方航空技術有限公司市場銷售部總經理。

（作者單位：1 上海交通大學；

2 東方航空技術有限公司）