潘增寿 黄雪明
摘 要：便携检测设备以PXIe机箱为主体，以PXIe的嵌入式计算机为主控，通过PXIe总线控制PXIe测试资源。PXIe测试资源引出至设备面板的检测接口，通过测试电缆与被测机载系统交连。使用人员通过平板电脑（以下简称PMA）实现与便携检测设备的人机交互，完成机上原位检测[1]。
关键词：PXIe总线;便携检测设备;温控板;检测软件;一体化面板
中图分类号：TP274;TP63 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）16-0048-03
Abstract：Portable detection equipment takes PXIe chassis as the main body and PXIe embedded computer as the main control. PXIe test resources are controlled by PXIe bus. The PXIe test resource was extracted to the detection interface of the equipment panel and crosslinked with the airborne system under test through the test cable. Through tablet computer （hereinafter referred to as PMA），users can realize man-machine interaction with portable testing equipment and complete in-situ testing.
Keywords：PXIe bus;portable testing equipment;temperature control board;detection software;integrated panel
0 引 言
便携检测设备用于旋翼和固定翼等多种类多机型航空机载电子设备的原位地面检测和故障隔离，可对机载电子系统进行外场原位检测，并隔离至外场可更换单元（LRU）或外场可更换模块（LRM）。
1 功能和原理
1.1 功能
如图1所示，便携检测设备采用PXIe架构，预留5个PXIe槽位，可根据不同机种、不同机型、不同系统进行二次开发，一台设备可检测多个机载电子系统。该设备采用便携式面向信号测试软件，使测试程序集开发简单方便[2]。
已配PXIe板卡资源电气通用指标如下：
6位半万用表：直流电压测量：0V～300V;交流电压测量：0V～300V;输入频率：20Hz～500kHz;电阻测量：0Ω～100MΩ。
数据采集卡：32路模拟输入通道;4路模拟输出通道。
开关：双刀单掷开关;2块组成4×64开关矩阵。
多协议通讯卡：1个429总线模块、1个4路串口模块、1个1553B模块。
其他板卡：可再扩展5张PXIe板卡[3]。
通用规格如下：
物理尺寸：长：538mm±10mm;宽：406mm±10mm;
厚：269mm±10mm。
工作电源：28VDC、220VAC;加热时最大功率不大于500W。
重量：≤25kg。
工作温度：-20℃～+50℃。
贮存温度：-30℃～+70℃。
操作系统：Windows 7 PE。
测试控制系统软件：便携式面向信号测试软件。
1.2 系统工作原理
基于PXIe混合总线，以PXIe测控计算机为核心，实现信号的全数字化仿真、采集和分析。PXIe测试资源引出至设备面板的检测接口，通过测试电缆、原位适配器与被测机载系统交连。使用人员通过PMA实现与便携检测设备的人机交互，完成机上检测任务[4]。
PMA可通过网线对检测设备进行控制，结合数字化维修工作流程启动检测设备，是检测设备的主要人机操作载体;可手持可放置在便携箱体上盖内侧。PMA通过以太网线缆或无线方式与便携检测设备进行数据交互。系统工作原理框图如图2所示。
2 硬件设计
2.1 硬件组成
便携检测设备由便携检测设备主机、自检适配器、校准适配器、PMA、电源线、电源适配器、网线组成。
便携检测设备主体硬件由PXIe测控计算机、PXIe测试资源、检测接口、电源模块和温控板等组成。
2.2 测试资源布局设计
便携检测设备包含1个PXIe机箱、1台嵌入式计算机，所有的PXIe/PXI测试资源安装在PXIe机箱上并直接连接至机箱前端的对外接口中[3]。
扩展两个槽位安装矩阵卡，其控制方式为RS485，通过ATX电源为扩展模块供电。
通过嵌入式计算机RS232接口转换RS485总线，控制扩展矩阵卡、温控板、AD信号及RS232总线调理板。
PXIe机箱为3U高度的标准PXIe机箱，包括1个系统插槽和10个扩展插槽。
2.3 对外接口设计
检测设备对外接口布置在前面板上，主要包括以下几种：
（1）包括通用信号接口XS1、XS2;
（2）1553B总线接口;
（3）4路USB接口;
（4）两路LAN接口，其中一路用于连接PMA;
（5）一路VGA接口（可外接显示器）;
（6）直流28V电源输入接口;
（7）接地柱。
XS1、XS2接口用于将测试资源与被监测系统连接，分别将数字多用表、串口、AD/DA、视频采集卡、开关等资源连接到检测设备前面板。
2.4 供电设计
便携检测设备工作电源为直流28V，通过外部配套交流220V/50Hz转直流28V的电源适配器，可实现单相交流85Vac～264Vac/47Hz～63Hz供电方式。
便携检测设备内部输入电源分为两路，其中一路向加热器供电，另一路通过ATX电源转换，分别向PXIe机箱、RS485串口模块及相关调理板供电。ATX电源具有三防设计，可提供直流电源+3.3V、+12V、-12V各一路，+5V两路。
2.5 温控系统设计
便携检测设备内部空间紧凑，主要的PXIe资源板卡在工作过程中都会发热，内部散热要求高，故要解决散热问题。在内部布局设计时应将温度敏感器件安装位置尽量远离发热器件位置，并充分考虑热量走向。针对上述情况，便携检测设备内部采用了有效的风道设计，确保便携检测设备具有良好的环境适应性。
温控板使得便携检测设备能达到研制要求的工作温度要求，通过加热或风冷等手段为机箱内部营造一个可以使机箱内的板卡正常工作的环境条件。
3 软件设计
便携检测设备为了满足测试程序集移植、仪器资源互换等需要，便携检测设备上的系统软件采用面向信号思想，并部署故障诊断软件。
面向信号便携式检测软件是根据设备小型化和外厂调试的各项需求，在总结多年的研制经验基础上，开发标准化的便携式自动测试系统软件。能够实现测试程序集可移植和仪器可互换的功能，并增加了远程控制等功能。该系统软件适用于小型化便携检测设备、小尺寸的触摸屏的测试便携检测设备，解决了户外测试困难以及小型测试设备的软件分辨率低等问题[5]。
软件运行的测试程序集由面向信号通用自动测试软件开发、调试和生成[6]。
根据总体设计原则和对具体业务的分析，系统采用可灵活扩展的4层结构，分别是：用户交互层、ATML数据层、运行期解析执行层和仪器驱动层。
用户交互层是实现人机交互的界面，面向信号便携式检测软件的主要功能是显示和提供编辑ATML数据的界面，并接收用户的各种命令[5]。
ATML数据层主要用于存储各种ATML数据，其中包括被测件、测试策略、测试仪器、测试平台、测试适配器、测试连线等描述文件，全面支持IEEE-1671标准以ATML模型形式的统一描述。由于ATML数据层独立且使用了IEEE-1671标准接口，今后可根据需求对符合IEEE-1671标准的ATML数据进行不断扩展，使得软件更加完善[6]。
运行期解析执行层为了面向信号便携式检测软件的核心引擎，负责完成软件测试运行期的测试流程控制、仪器资源匹配和管理、仪器驱动调用、测试结果比较和保存，完全符合IEEE-1671.1标准，支持所有符合标准的测试策略描述文件，可以严格按照测试策略的测试流程、测试控制、测试操作和信号需求等内容，自动进行测试的完整解释执行。
仪器驱动层主要是调用标准的面向信号仪器驱动。
4 结构设计
结合便携检测设备的设计原则及使用场合要求，便携检测设备由加固型便携箱、一体化面板、PMA锁紧装置等3个功能模块组成[7]，其具体设计如下：
（1）便携检测设备采用带拉杆的便携箱结构设计，具有环境适应性好、机动性高、可灵活移动的特点，满足外场使用需求;
（2）为提高设备的维修性，在箱体内设计一体化面板，将设备的对外接口及测试接口集成于面板上，同时将设备内部的元器件安装于面板内表面;
（3）在箱盖上设计PMA锁紧装置，用于PMA的安装与固定。
5 自检与校准设计
便携检测设备自检是对所有测试资源的功能和性能进行检查，对各测试资源间电气连接有效性进行检查，自检在自检适配器以及自检程序的配合下完成。便携检测设备维护自检利用平台自身资源，通过资源的互检测，完成测试资源的主要功能及性能指标的检测，判断故障并进行故障隔离定位。
便携检测设备校准适配器主要由适配器箱体、前面板校准接口及转接导线组成。校准适配器通过内部导线完成便携检测设备输入输出接口上需校准的资源信号之间标准传递的物理路径连接，对外接口尽量选用标准插孔式接口[8]。
6 结 论
本文给出了一种基于PXIe总线的便携检测设备设计方案，应用于外场检测，该技术可以扩展应用到汽车、高铁等领域。采用了标准化、通用化、模块化设计。采用通用硬件架构和基于面向信号标准的软件架构研制便携检测设备，采用综合化及可复用的通用测试资源满足被测对象的功能和性能检测需求。采用了数字化诊断排故方案，便携检测设备可通过PMA控制工作，结合机上自检进行原位检测，确认被测对象的故障。
参考文献：
[1] 杨瑞青，冯茜，单海燕.军用自动测试系统通用性技术研究与应用 [J].国外电子测量技术，2009，28（1）：55-58.
[2] 孙铣，周鹏.专用自动化测试设备的总线系统，中国专利：CN201191313 [P].2009-02-04.
[3] 吕英军，孙波，李昌平.军用飞机综合自动测试设备的研究 [C]//全国第二届总线技术与测控系统工程学术报告会论文集，北京：2001：17-20.
[4] 曹成俊，张宏伟.自动测试系统中的总线技术 [J].现代电子技术，2008（14）：159-163.
[5] 张波，陈岩申.基于智能诊断功能的自动测试设备（ATE）软件平台研究 [J].计算机测量与控制，2003（12）：990-992+1003.
[6] IEEE Standards Coordinating Committee 20.IEEE Std 1671-2006，IEEE Trial-Use Standard for Automatic Test Markup Language （ATML） for Exchanging Automatic Test Equipment and Test Information via XML [S].America：The Institute of Electrical and Electronics Engineers，2006.
[7] 吕毅清.新一代的航空电子自动测试设备 [J].国外电子测量技术，2000（1）：8-11.
[8] 胡乃斌.自动测试设备通用校准技术研究 [D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.
作者简介：潘增寿（1981-），男，汉族，陕西西安人，测试设备部测试室主任，毕业于华南理工大学，硕士，研究方向：自动测试设备。
