摘要：基于虚拟仪器的综合大型自动测试系统是实现航空电子部件等复杂设备测试的主要手段。本文基于虚拟仪器，讨论了大型自动测试系统的基本设计方法，并以AACU为例，讨论了测试实现中的接口设计，测试程序流程等一系列关键问题。
关键词：虚拟仪器；航空电子；LabWindows；TestStand
Automatic Testing System Design for Avionics Based on Virtual Instrument Technology
Jiang Kun
Guangdong Planning&Designing Institute of Telecommunications Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510630，China）
Abstract：
Key words：virtual instrument；avionics；LabWindows；TestStand
1引言
对于大型民用航空器，如波音系列和空中客车系列的民航客机，其电子系统和通讯系统普遍具有系统复杂度高，测试接口信号众多等特点。为针对以上航空器的电子部件进行功能测试，从而完成飞机使用过程中航空电子设备的维修与保养任务，大型综合自动测试系统在民用航空业中的发展方兴未艾，正在逐步成为航空电子维修行业发展的方向与趋势。
2航空电子设备测试系统的结构
2.1 测试系统基本构成
在大型测试系统中，通常以图1所示的基本结构来设计实现系统的设计[1~5]。
图1 测试系统架构图
测试系统由电源子系统、开关矩阵子系统、测试信号输入系统和测试信号输出系统构成。主控计算机基于混合形式的控制总线对各子系统进行控制，实现航空电子部件的自动测试。
2.2 多种不同的控制总线形式
由于所使用的测试设备种类繁多，所可能涉及到的控制总线形式包括但不限于：USB（Universal Serial Bus）总线、RJ（Registered Jack）45总线、GPIB（General Purpose Interface Bus）总线、MXI2（VXI：VME bus eXtensions for Instrumentation）、MXI4（PXI：PCI eXtensions for Instrumentation）总线、RS485总线等，其中值得一提的是VXI总线和PXI总线。VXI是80年代由数家测试仪器公司推出的用于实现仪器控制的总线形式，其总线系统由一个主机箱、一个BXI总线管理器和主控制器构成，其中零槽模块实现系统的背板管理。PXI是由NI（National Instrument）公司发布的测试仪器控制总线标准，与VXI相比，设备的成本相对更低，有利于基于VXI总线构建低成本的自动测试系统[6，7]。
2.3 硬件资源与接口设计
为满足航空电子设备的激励信号需求，系统的硬件划分为数个不同的子系统，分别是：电源子系统，开关矩阵子系统，测试信号输入/输出系统构成。
电源部分可提供+/- 15VDC、+5VDC和+28VDC。为从市电获得各用电设备的供电输入，需通过对市电的220VAC三相电源进行配电。
开关矩阵子系统由若干个开关矩阵卡，根据所选型号的不同，卡内由数量不等的个单刀开关和四刀开关继电器实现开关的连接。
测试信号输入/输出系统的核心构成是各种不同类型的仪器仪表。当前所选用的仪器仪表如图2所示：
图2 测试系统所使用的主要仪器仪表
测试系统的外部接口采用VPC9050或ARINC608A。VPC9050兼容 ARINC608A标准。测试系统的资源和开关通过电缆连接到外部接口的对应卡槽，实现各种测试信号的可控输出和接入。
2.4 软件系统设计
虚拟仪器是NI公司提出的概念，即基于高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种复杂测试。基于这个概念，NI公司提供了LabWindows和TestStand这两个工具，用以支持用户实现综合的测试功能。
LabWindows/CVI 是National Instruments 公司推出的交互式C 语言开发平台。LabWindows/CVI 将C 语言平台与用于数据采集分析和显示的仪器仪表工具有机地结合起来，提供了功能强大的开发环境。在LabWindows/CVI的底层，包含有特殊的仪器库，可以对各种仪器仪表提供库函数支持，从而便捷地实现各种不同的测试功能[10]。
本测试系统的软件选用LabWindows CVI 9.0。通过LabWindows CVI 9.0，系统可实现自动测试系统中各设备与测试程序之间的接口，并可对测试系统中所有的设备资源进行统一的配置和管理。
NI TestStand是一种随时可运行的测试管理软件，用于测试序列的开发、管理和执行[8，9]。NI TestStand 架构的中心组件是一个执行引擎，它提供一个开放API 接口以方便与其他应用的通信。序列编辑器和操作者界面利用API 访问NI TestStand 引擎[10]。
为实现对航空电子部件的测试，测试程序序列与底层各工作任务的关系如图3所示：
图3 测试程序工作流程与基础架构
3测试程序序列与测试组件适配器的设计
测试程序序列通常被称之为TPS（Test Program Set），测试组件适配器通常 被称之为TUA（Test Unit Adapter）。以下航空电子部件AACU（Antiskid/Autobrake Control Unit，防滑和自动刹车控制组件，Part Number：42-935）为例，说明其TPS和 TUA设计的基本方法。
依据航空电子部件AACU的维护手册和ATLAS程序[11，12]，可以得到与组件测试所需要接入的信号和该组件所需的测试流程，其ATALAS程序举例如下：
C ******* POWER SUPPLIES ******* $
C$
001000 REQUIRE，'+28VDC-SUPPLY'，GLOBAL，
SOURCE，DC SIGNAL，
CONTROL，
VOLTAGE 28.0 V ERRLMT +-1V，
LIMIT，
CURRENT MAX 500MA，
CNX HI LO $
C$
05 REQUIRE，'+15VDC-SUPPLY'，GLOBAL，
SOURCE，DC SIGNAL，
CONTROL，
VOLTAGE 15.0 V ERRLMT +-1V，
LIMIT，
CURRENT MAX 500MA，
CNX HI LO $
从以上ATLAS代码可以看出，测试要求接入+28V直流电源和+15V直流电源，容差为+/- 1V，电流上限为500mA。
再以第二段ATLAS代码为例：
C ******************************************************************** $
C * SIG GND 3（115） * $
C ******************************************************************** $
C$
40 VERIFY，（RES），IMPEDANCE USING 'OHM-METER'，
LT 0.001 KOHM，
RES RANGE 0.0 KOHM TO 10.0 KOHM，
CNX HI A2C
LO A13C $
45 IF，NOGO，THEN $
46 FINISH $
47 END，IF $
C$
从以上代码可以，测试要求使用欧姆表测试信号地的联通性，测试信号将从A2C（正信号）和A13C（负信号）两个钉接入AACU，使用10K欧姆档位对导通电阻进行测量，要求测量值小于0.001k。
测试程序序列开发者的主要工作是将类似的ATALAS代码在NI TestStand上转换为相应的LabWindows/CVI代码，并借助TestStand在独立设计的自动测试系统上完成相应的部件功能测试。
航空电子部件激励信号的接入和结果的输出需要通过TUA与自动测试系统的开关矩阵进行连接。
图4 A2C和A13C管脚在TUA中的接法
如上图所示，A2C和A13C两个管脚必须同时接电源和测试仪表，对应的连线必须在TUA中进行连接，才能有效地实现信号的激励和信号的测量。
4结论
本文基于虚拟仪器技术，讨论了大型航空电子设备自动测试系统的设计方法并针对特定的航空电子部件PSEU，探讨了相关的软件编程设计，测试接口设计等相关的关键问题，旨在为复杂航空电子部件提供可行的自动测试方案，从而解决当前业界所面临的航空电子部件自动测试方面的各种相关问题。
参考文献：
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[11]Component Maintenance Manual，Antiskid/Autobrake Control Unit，Part No.42-935（Limited Access）.
[12]Component Maintenance Manual-ATLAS，Antiskid/Autobrake Control Unit，Part No.42-935（Limited Access）.
论文作者:蒋昆
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/21
标签：测试论文; 系统论文; 航空论文; 总线论文; 部件论文; 信号论文; 电子论文; 《基层建设》2019年第18期论文;