基于PXI平台的控制组件测试设备的设计.pdf

第 期 年 月机电元件 收稿日期：研 究 与 设 计基于 平台的控制组件测试设备的设计陈俊峰，崔勇，马胜林（桂林航天电子有限公司，广西桂林，；成都辰启电子科技有限公司，四川成都，；空军装备部驻成都地区军事代表局驻桂林地区军事代表室，广西桂林，）摘要：本文设计了一种基于 平台的控制组件综合参数测试设备，通过多种通信总线组合实现了控制组件产品功率触点控制和多参数测试。测试设备功能丰富、兼容性好、智能操作、便于扩展并支持二次开发，经测试验证，该控制组件综合测试设备能完成多种型号控制组件产品的功能和性能测试，提高了测试准确性和测试效率，满足设计要求。关键词：控制组件；参数测试；测试设备 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，；，）：，：，概述控制组件是一种以继电器或固体功率控制模块等电气或功率切换器件（电路）为基础，根据用户需求集成物理量（电流、电压、温度、湿度、加速度、压力等），实现供配电控制、时序与点火控制、检测与执行控制、总线通信及瞬态抑制等功能的模块化、组合化电气控制设备，公司研发的控制组件产品广泛应用于航空、航天、船舶、兵器等领域，如何全面、快速、可追溯的测试产品性能也迫在眉睫。年，公司基于 推出专为测试任务而优化的 平台，平台不但具备标准化、模块化、可扩展等技术优势 ，同时还能轻松地将硬件和软件集合在一起，并朝着小型化、大功率化、智能化和集成化方向发展，目前 平台已成为各种测试设备的首选平台之一 。测试需求控制组件的测试参数包括不加电条件下的静态参数测试和加电条件下的动态参数测试。静态参数包括通断测试、二极管性能测试和电阻测试；动态参数包括供电特性测试、触点导通电阻测试、触点关断漏电流测试、过流保护测试、短路保护测试、通信总线测试等。为实现多品种、多型号控制组件产品的综合一体化测试，对自动测试设备提出了新要求：（）设备资源裕度充足，在满足产品参数测试的同时留有测试裕量；（）设备具有柔性和快速适应性，在短时间内适应新增产品的功能测试。静态测试（）通道的通断测试、二极管性能测试、电阻测试；（）测试通断和电阻测试精度：（）；（）二极管测试：二极管极性测试，正向导通时，给出二极管测量电压值。动态测试（）产品触点供电：最大电压 ，最大电流 ，最大功率 。（）导通电阻测试：通道；（）漏电流测试：通道，测量范围包括 ，基本精度 ；（）阻 性 负 载：，最 大 可 持 续 承 受 ，并行 通道，可单独设置每路的上电时序和通断时间；（）偏置电压：组 ，每组 个接口，共通过 个接口引出，可单独控制每个输出接口的上电时序；（）过流保护功能测试：输入电压 ，输入功率 ，输入电流 ，可切换给 通道使用；（）多种通信总线：通道 总线、通道 总线、通道 总线、通道以太网、通道 总线接口。系统设计基于测试需求，设计了一种基于 平台的控制组件综合测试设备。平台是系统的核心，包含通信模块（、）和 模块；通用仪器用来实现产品供电（电源和负载）和功能测试（万用表和示波器）；平台和通用仪器的资源通过静态信号调理箱和动态信号调理箱完成功能的测试和通道的扩展，静态测试和动态测试配备不同的测试电缆。控制组件综合测试设备架构如图 所示。图 控制组件综合测试设备架构 硬件设计在充分考虑设备稳定性和适应性的基础上，明确了控制组件综合测试设备的标准模块和仪器选型，具体见表 。表 标准硬件选型表序号名称型号厂家数量指标 机箱 自研 槽 控制器 自研 处理器 串口模块 自研 第 期陈俊峰等：基于 平台的控制组件测试设备的设计 通信模块 自研 总线模块 自研 数字 模块 自研 偏置电源 是德 负载电源 是德 电子负载 艾德克斯 万用表 泰克位半 示波器 泰克 采样率 静态调理箱静态参数由 位半万用表实现测试，设计了 通道多路开关，实现了 通道双线测试、四线测试和二极管测试，并能实现四线测试和两线测试切换。多路开关能实现接在万用表的 和 测试接口上任意 点之间的参数测试。为了节省 资源，设计了 扩展电路。如图 所示，万用表通过 和 两组开关扩展为 路输出，其中 实现测试点 接 或 以及测试点 接在 或 ，用来控制测试点是否连接万用表，这样可实现任意两点的正向或反向测试。图 静态测试原理静态测试属于扫描测试，分为 个模块，每个模块设计 通道静态测试，共计 通道，为了节省 资源，设计两级译码电路。第一级为 组共 个 译码器 ，共计 通道，每组个 译码器有 通道，其中一组控制 ，即 ，一组控制 ，即 ；第 二 级 为 个 译 码 器 ，共计 通道，第二级的信号作为第一级的片选信号，片选信号的作用是为了让 译码器输出全部为高，这样能保证每组 通道信号中只有 个低电平，而这个低电平控制继电器动作，这一组需要 个点同时接入万用表，因此设计了“与门”电路，第一组控制信号 控制 的同时和控制 的信号 做“与”计算，而控制 的信号 只控制 ，即实现测试点接 时自动打开对应 的接入开关，而接 的测试点需要控制对应的 开关闭合，从而实现两个点接入到万用表。动态调理箱动态信号调理主要完成 通道偏置电源扩展和 通道的动态负载回路切换功能。通道偏置电源扩展采用 个双 沟道 管 ，驱动采用 控制隔离电源模块 驱动，当 为低电平时，无输出，偏置电源输出，至 截止；当 为高电平时，输出 ，由于 的 和 的 脚和 脚直连，那么 的 脚和 脚相对与 脚和 脚的电位为 ，使得 内的两个 管都导通，即 至 导通。图 偏置电源开关控制原理图机 电 元 件 年对于 通道的动态负载回路切换，被测控制组件过载时间等参数测试时最大负载电流在 左右，由于固态功率开关具有漏电流特性，因此设备采用了机械触点形式的大功率直流接触器实现多路开关切换。被测控制组件的触点有共正型和共负型，还要考虑两种类型的接法。本方案通过四个开关实现共正测试和共负测试的切换，当 和 闭合、和 断开，通过 的接触器的切换实现共正触点的多通道回路切换；当 和 断开、和 闭合，通过 的接触器的切换实现共负触点的多通道回路切换，再通过开关将万用表和示波器等接入回路，即可实现 动 态 测 试。本 设 备 选 用 公 司 的 接触器，触点切换电流为 。阻性负载箱在动态测试中需提供 通道 、的阻性负载。由于此阻性负载电压、电流固定，因此采用满足要求的固定功率电阻即可实现。针对可单独设置上电时序及通断时间的要求，在每通道固定电阻上增加一只固态开关用于控制，开关状态通过上位机的单片机来实现控制。产品触点供电最大电压为 ，为保证 时电流为 ，电阻至少应为 、，实际选择了 、的铝壳功率电阻。软件设计平台化测试软件能柔性解决测试中扩展性和兼容性问题，二次开发的测试程序能使系统在资源足够的情况下适应更多的被测产品。控制组件的产品测试基本上属于序列型测试，扩展资源后的快速适应性就显得尤为重要，如何在测试资源不能满足新型的被测产品要求的条件下，可以在更新硬件资源后，软件能快速适应硬件资源，策略就是降低软件对硬件的依赖，提高测试设备的适应能力，这就是硬件抽象层的意义所在。针对这两点，搭建了基于 的控制组件测试软件平台，对硬件驱动进行抽象后，增加功能性的二次封装 ，测试工程师只需要通过界面配置响应的功能模块，采用简单的图形编程，就可以开发出控制组件的测试程序。该平台软件基于 操作系统，开发平台为 ，采用图形化的编程语言和数据流编程方式，广泛应用于测控设备的开发 。软件主要功能是控制系统中的仪器产生信号激励，控制系统中的 模块进行信号的切换和测量，生成测试报表并进行回读分析对比，根据测试项目的不同主要完成：静态测试流程、动态测试流程和校准电流流程。主程序框架模块综合考虑程序效率，采用多线程处理模型，程序界面在主程序框架中实现，界面简洁、操作方便 。软件架构软件架构分为服务层、业务层、抽象层和驱动层，具体如下：（）服务层提供软件的基本服务部件，如数据库、测试示例库、故障维修库、数据分析模块等。（）业务层提供软件所需要的管理功能、测试功能、数据分析统计功能、报表功能等，并与服务层交互。（）抽象层是位于操作系统内核与硬件之间的接口层，其目的在于将硬件抽象化。它隐藏了特定平台的硬件接口细节，为操作系统提供虚拟硬件平台，使其具有硬件无关性。同时对个别功能进行二次封装，更有利于二次开发。（）驱动层针对本设备的硬件驱动进行集中管理，包括 驱动、驱动和其他类型的驱动，当设备需变更驱动时，可通过驱动管理进行添加、删除和升级等操作。可编辑测试序列区别于传统自动测试设备的专用测试软件，平台式软件的最大优势为软件的可伸缩性和适应性，在硬件资源足够的情况下，只需要按照新增产品的测试规范编写测试程序就可适应新产品的测试。功能二次封装库为了使 编辑简洁高效，把所有的标准仪器和非标仪器进行了功能性二次封装，增加了配置界面，通过简单的配置就可以实现仪器参数设置、通道选择、开关状态设置等，测试工程师只需要具备基础的 编程能力，便可实现 编辑，降低了技术门槛，增加了程序的可读性和操作性，便于维护与升级。结论本控制组件综合测试设备采用标准化、模块化、通用化设计原则，实现了控制组件静态参数和动态参数的精准、快速、自动测试，同时具备良好的可维护性和扩展性，能适应多型号控制组件产品的测试。采用新测试设备前，通断状态、电压、电流、延时时间、关断时间、导通、导通压降、漏电流等每个参数测试至少需要 ，按每台产品平均 通道计算，单台产第 期陈俊峰等：基于 平台的控制组件测试设备的设计品平均测试时间在 左右。而使用控制组件综合测试设备后，通过编制测试程序，一键自动测试，单台产品测试可在 以内完成，测试效率提升了 多倍。该控制组件综合测试设备的研制成功，不仅满足了控制组件产品的功能和性能测试，而且提升了测试准确性和测试效率，也确保了测试数据的真实、全面和可追溯，满足了设计要求，有效破解了制约专业发展的短板问题。参考文献：郭恩全，卢君明 总线体系结构 国外电子测量技术，（）：叶雪荣，郑志洪，陈哲，刘明伟，徐军忠，翟国富 固态功率控制器国内外发展现状 电器与能效管理技术，（）：曹光磊，郭敏，阎涛，朱学波，李龙，曹宁 一种 总线开关模块平台化软件设计方法 网络信息工程，：，谢拴勤，张文浩，张永茂 基于 的固态功率控制器的测试系统设计 计算机测量与控制，（）：张秦 某型空空导弹飞行控制组件测试系统设计 河南科技，（）：（上接第 页）结束语本文采用 有限元仿真技术和正交试验研究相结合，对单口 连接器的接触特性进行分析研究，得出如下结论：）在振动条件下，随着振动频率的增大，正向接触力最小值呈减小趋势。）内导体弹片长度对接触件正向接触力影响最大，弹片角度和弹片间开口影响相对较小。本文介绍的方法和得出的结论，为连接器接触件的结构设计提供了参考，对于新产品设计阶段有很重要的指导意义，有利于提高新产品的开发速度，缩短研发周期，具有一定的工程应用价值。参考文献：范瑞娟 非线性有限元方法在结构接触分析中的应用 北京：国防工业出版社 任万滨，崔黎，翟国富等 电连接器接触件插拔特性与接触电阻的仿真分析 机电元件，（）：严智勇 基于 技术的连接器端子冲压分析与设计优化 模具制造 （）：杨智杰 基于有限元仿真的连接器插拔力及载流特性分析 北京：北京邮电大学 骆燕燕，梁弘，刘旭阳等接触件结构参数对电连接器振动特性的影响 电子测量与仪器学报 （）：任露泉 试验优化设计与分析 北京：高等教育出版社，荣命哲 电接触理论 北京：机械工业出版 ，（）：（上接第 页）提供了方法与依据，并为毛纽扣与 接口尺寸的优化设计提供了理论支撑。参考文献：刘江洪，刘长江，罗明等基于毛纽扣的板级垂直互连技术 电子工艺技术，（）：司建文，徐利，王子良 基于 的毛纽扣垂直互连技术研究 电子与封装，（）：，吴贵瑜无线通讯基站设备中 之间的射频互连设计 电脑与信息技术，（）：徐利，王子良，胡进等 基于毛纽扣的 微波模块垂直互连技术 固体电子学研究与进展，（）：滕鲁，喻忠军 一种基于毛纽扣的垂直互联结构 电子设计工程，（）：方南军，陈文兰 基于毛纽扣的 波段功分网络设计 中国科学信息，：，李凯，冯浩，青春等基于有限元法的 射频连接器传输特性优化研究 机电元件，（）：机 电 元 件 年