无人飞行器远程自动测试系统设计

摘要：针对GPIB，VXI，PXI等测试总线为平台的测试系统架构已不能适应无人飞行器需求的问题，设计了一种基于LXI总线的远程自动测试系统。系统应用虚拟仪器、LXI总线等技术，可以对无人飞行器的参数进行测量、显示、打印和存储，测量结果可供查询。利用触发器实现了各个测试模块之间的时间同步测量，解决了自动测试系统中常见的各仪器模块之间的协同工作问题。测试结果表明，系统具有自动化程度高、性能可靠和操作简便的特点，满足系统的测试要求。

关键词：无人飞行器；远程；LXI总线；自动测试系统

中图分类号：TH73文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）19-60-5

0引言

目前无人飞行器自动测试系统主流的总线仪器主要包括USB，VXI，PXI，基于USB的仪器的可热插拔、即插即用以及数据传输速率高的特点，使其在手持、便携产品方面广泛运用；基于VXI，PXI总线的仪器需要价格昂贵的机箱、零槽控制器或系统控制器，且有较高的供电需求、体积较大，但由于出现的时间较早、技术成熟、产品种类多，所以应用最为广泛。

LXI总线是继GPIB，VXI，PXI之后的自动测试系统总线[1-3]，具有标准开放、价格低廉、互操作性强、兼容性强以及易于远程操控等特点。LXI总线是基于网络架构的自动化测试平台技术。在这种平台架构下，系统控制仪器与其他仪器间的关系是对等的，测试任务分解为若干个与相关仪器对应的子任务，配置到相应的仪器中，其执行过程为内部封闭式，测试信息在仪器间通过总线直接传递，软件系统的运行则依靠同步触发功能驱动。这种架构的自动测试系统具有开发灵活、运行高效和扩展能力强等特点。并且由于LXI总线标准对自动测试系统标准化程度进一步提升，加强了系统对测试资源的动态分配和管理，增强了仪器设备的可互换性能，系统通用性也大大加强。本文采用LXI总线进行系统设计。

1系统远程服务功能架构

系统远程服务功能架构如图1所示。LXI总线有2种系统模式，一种是基于浏览器/服务器（B/S）模式，为产品提供了浏览器控件访问仪器的控制方式。该模式使得用户可以通过网络浏览器进行仪器操控和数据传输，通常只需要在客户端安装一个浏览器就可以直接访问相应测试模块，完成相应测试和监控。这种模式拥有维护方便、成本低、界面友好和操作方便等特点。另一种是基于客户端/服务器（C/S）模式，是网络通信中经常采用的模式，通过这种模式构建的系统，可以获得更好的测试性能，并且可以实现并行测试。在C/S模式中，现场测试计算机通过网络通信协议与LXI仪器建立了一条通信通道，现场测试计算机运行驱动程序，相应的LXI仪器端接收服务请求，执行相关函数，然后将结果反馈给现场测试计算机。这种模式拥有成本低、测试性能强等特点。本文所设计的系统使用C/S架构模式，采用LabVIEW作为开发平台[4]。

系统通过LAN将其中每台总线仪器设备、计算机、服务器、故障诊断中心及其他客户端进行连接。远程操控计算机对現场测试计算机进行远程操控，现场测试计算机通过测试服务器调用数据库服务器和应用程序服务器中的相关程序和数据形成相应测试组件，控制相关仪器进行测试操作，将运行结果进行处理后反馈给远程显示端和远程操控计算机，并将结果存储到数据库服务器中，如果测试过程中出现故障，可以通过远程故障诊断中心进行故障诊断和排除。

1.1系统远程控制工作流程

系统远程控制工作流程如下：

①现场测试计算机向远程操控计算机发出连接请求；

②远程操控计算机响应请求，远程连接成功；

③远程操控计算机发出远程控制请求；

④现场测试计算机应答远程控制请求，远程操控计算机即可通过网络向现场测试计算机发送命令；

⑤现场测试计算机解析收到的命令，控制仪器开展测试，实时读取当前仪器状态与测试结果，并通过网络发送至远程操控计算机；

⑥远程操控计算机接收数据，并实时显示。

1.2系统数据库

为了便于数据管理和监测，系统设立了独立的数据库服务器对系统数据进行管理。服务器对访问数据库的用户进行权限控制，并对传输数据进行加密，保证了数据访问和传输的安全性。访问接口包括添加、修改、查找和删除数据，同时也提供了数据库备份、恢复和迁移的接口。系统数据库可分为3类：

①用户信息数据库

用户信息数据库用于用户管理和维护所有用户的基本信息，包括用户名、密码和用户权限等信息。

②资源数据库

资源数据库用于管理测试软件所需的资源，这些资源主要分为测试单元资源、测试软件资源和测试仪器资源3类。测试单元资源包括已经设计完成的测试单元和测试序列。用户可以根据要求从数据库的已有项中选择测试单元和测试序列，减轻用户测试前的准备工作。测试软件资源包括测试被测对象时用到的软件资源，例如算法等。软件资源可能是由多个文件组成（可执行程序、动态库和文件等）。测试仪器资源包括仪器名称、型号、数量和驱动等信息。

③成果数据库

成果数据库用于记录任务信息、测试信息和成果数据。测试信息包括测试时所采用的测试序列，测试序列中包含的测试单元及测试仪器、测试日志和操作用户等信息。根据不同的测试任务、被测对象和产生的测试成果数据类型不同，动态地生成适用的数据表存储成果数据。

2系统测试现场硬件结构

系统测试现场由现场测试计算机、LXI总线、LXI总线仪器设备、信号调理模块、通用接口模块、自检模块以及转接适配器等组成[5-7]，如图2所示。

2.1系统测试现场硬件结构及功能

整个系统的核心是现场测试计算机向用户提供人机界面，控制各LXI仪器的工作状态，负责整个系统测试命令的输入、测试数据的分析处理、任务调度，判定被测参数合格与否，可以存储、显示、打印测试结果[8-10]。

LXI总线仪器设备用于产生激励信号，对被测对象的反馈信号进行数据采集和数据传输，具有网络通信功能。LXI总线使系统便于拆装和集中管理，用于对数据信号进行传输和处理。

转接适配器提供系统和被测对象的连接接口，用于连接系统与被测对象，对相关信号进行变换。系统产生的激励信号通过适配器送往被测对象，测试结果信号经过适配器送往系统内部进行处理。适配器应按照被测对象的测试需求进行设计。由于各被测对象的测试信号种类、信号特征和接口的路数不尽相同，如果不设计转接适配器，被测对象与系统的连接就会变得非常繁琐，操作复杂、容易出错。因此转接适配器应根据被测对象的接口特征进行设计，只要用电缆将适配器上相应的接口与被测对象的接口进行连接，就能实现系统与被测对象之间的可靠连接。

通用接口模块是LXI总线仪器设备与转接适配器间的信号“枢纽”，通过机内电缆连接LXI总线仪器设备，与转接适配器配合用于实现通用测试资源向被测对象专用测试信号的过渡。通用接口模块具有较强的通用性和功能扩展能力，需要功能扩展时，不需要改变通用测试接口的架构，只需增加相关连接即可。

信号调理模块内部设计有调理电路，作用是将测试系统提供的激励信号集中后，按照要求分配到被测对象相应接口上，然后输入到被测对象内。同时，被测对象产生的被测信号经过它的调理后传输到系统的信号采集端。

自检模块负责在未连接被测对象时对系统具备的各项功能进行自检。

2.2 LXI总线模块功能

LXI总线各模块功能如下：

①控制器模块负责整个系统测试命令的输入及任务调度功能。

②A/D模块、D/A模块负责系统信号的A/D、D/A转换功能。

③信号监测模块用于对重要信号进行全程记录、监测和安全控制，可根据测试监测需求，对相关信号进行监测、实时记录和存储；记录的数据可通过软面板进行指示灯、曲线、数据等多种方式的显示，用于提供重要信号的监测、安控及故障诊断。当重要监测信号触发安全控制设置时，信号监测设备可自动切断设备供电，确保供电安全。

④信号源模块负责提供系统测试所需的微波信号，可根据功能需求灵活配置微波模块组成和使用，通过变换微波模块配置组合的方式，分时实现不同波段、不同体制微波信号输出功能。

⑤示波器模块负责实时显示相关信号的时间、幅度等信息功能。

⑥通信模块负责测试系统与被测对象之间的通信功能。

⑦电源模块负责给系统内各个模块及被测对象提供电源，电源电压可在系统的控制下由系统测试接口输出；负责系统内部用电的输出汇集和管理，可以将系统内设备（不包括电源）所有电源进行分配管理，实现每路用电的程控输出，可设置限流/安全门限、监控电流电压、模块温度和机箱温度等参数，具有过载保护、滤波等功能；它采用交流380 V输入，并可提供多路220 V输出、28 V输出和14～75 V直流供电输出；还可根据用电需求一键自动、快速配置各模块，对各模块进行电能管理、分配；电源模块采用接插式安装结构，可根据需要增加或减少电源模块数量，便于容量扩展、设备维修和维护。

⑧数字表模块负责完成电阻、电流和电压等信号的测试功能。

⑨多路开关模块负责实现各项测试功能所需信号间的相互切换功能。

3系统软件架构

系统软件架构分为3层：物理接口层、硬件驱动层以及用户管理层，如图3所示。

物理接口层：软件平台架构层的最底层，能够直接驱动系统硬件部分，直接控制LXI总线仪器的I/O接口库和设备驱动器，组成一个完善的系统。提供了计算机与仪器设备之间物理连接的通道，通道基于LXI总线，通过驱动程序完成对接口控制卡的I/O操作控制，在现场测试计算机的统一调度下实现对LXI仪器的控制以及数据的高速交换。

硬件驱动层：主要由仪器驱动程序组成，提供系统软件操控仪器的方法，是上层软件和底层软件互通的桥梁。系统采用IVI-COM驱动，在仪器发生变化时，用户不用修改系统软件，就可完成仪器的驱动和连接，实现了仪器的互操作和互换性。

用户管理层：用户管理层是系统软件开发的主要工作，也是系统软件对资源高效管理的体现。用户管理层要根据系统功能及软件设计需要，开发出互相独立的能够被任意调用的功能模块，即具备复用功能的测试函数，实现软件的通用化设计。用户管理层能够完成硬件平台资源的综合配置与管理以及硬件资源静态、动态的重组，是整个系统软件的控制核心，可以控制系统仪器设备，实现激励信号的产生、反馈信号的采集。通过一系列信号分析处理程序，实现数据存储、分析处理，能够生成结果报告，可以显示和打印报告等。用户应用层能够为用户提供简洁的图形界面和易学的操作流程，避免用户的误操作。

4系统工作流程

系统工作流程如图4所示。

運行测试主程序，首先进入用户身份验证界面，系统调用数据库中的用户信息与用户的输入信息进行比对，如果比对正确，则进入系统工作主界面，系统在比对信息正确后，用户身份验证界面程序会根据用户名的系统权限，赋予用户相应的操作权限，从而实现用户的权限控制机制；如果比对错误，则弹出报错对话框，然后返回用户身份验证界面，清空输入信息，如果输入信息错误次数超过3次，用户身份验证界面将自动退出[11-13]。

系统工作主界面主要包括系统管理、测试功能以及记录管理3个模块。系统管理模块主要用于管理用户和系统资源；记录管理模块主要进行记录的查询、导出以及打印；测试功能模块主要完成系统自检、单元测试以及综合测试等测试功能。

系统自检模块主要完成对系统仪器设备的检测，如果所有系统仪器设备检测均正常，将进入系统软件的测试界面，用户可以选择单元测试或综合测试来完成对被测对象的测试。

软件进入单元测试模块后，用户可以选择相应单元对被测对象进行单元测试。单元测试一般用于相应单元的故障排除过程或测试模块调试过程。

软件进入综合测试流程后，首先初始化系统的仪器设备，获取测试开始的时间节点和被测对象的类型和编号，然后通过测试项目调用数据库中相应的测试模块，按照规定的测试流程，运行相对应的功能函数完成对规定测试项目的测试，并实时进行测试状态及测试结果的显示，在测试过程中，如果某一项测试项目测试出现异常，软件将自动弹出相应的对话框提示用户出错的原因，方便用户及时准确排除故障。

测试项目结束后，所有的测试结果、被测对象的类型和编号、用户信息、测试时间和过程状态信息都将自动保存到数据库中。

5结束语

在分析新一代LXI总线技术的基础上，设计了一套基于LXI总线的无人飞行器远程自动测试系统，提出了系统的软硬件架构方案。该系统符合模块化、通用化和标准化的原则，具有界面友好、自动化程度高、性能可靠、系统维护及操作简单等优点。但由于无人飞行器发展迅速，其测试需求也在不断提高，而LXI总线仪器品种和性能也在快速发展、不断丰富，所以系统还需要根据市场需求和技术发展进行更新换代，在更新换代中不断丰富和完善系统的功能和性能。

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