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摘要：以某航空公司无线电调谐面板自动检测平台的研发为背景，设计出了一种无线电调谐面板自动检测系统。经过对比和研究国内外检测平台的搭建方法，本文提出了一种基于通用PCI总线技术为核心，结合其它USB串行总线、通用串行RS232/485总线、CAN总线及Labwindows/CVI开发软件等技术研发了航空电子设备综合自动测平台，该平台能够实现设备的自动检测及故障定位，将故障信息反馈相关工作人员处，方便工作人员完成设备故障状态确认、故障排查等工作。这对工作人员完成故障排查及检修工作带来了极大的便利性，提高了人员工作效率，同时也为航空电子设备的运行提供了良好的保障。
关键词：自动测试系统；航空电子；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
先進的机载设备推动着维修设备和维修软件的发展，航空机载设备生产厂家不仅研制出与之相应的机载测试系统，而且也推出地面维修检测设备。机载测试设备可在飞机飞行中进行巡回检测故障并将故障隔离，同时接收飞机上的维修信息。机载设备出现较为重大、影响飞机安全的故障，则必须送到维修基地维修。目前主要的地面维修设备是自动测试设备，应用较广泛的有法国的AEROSPATIAL 公司推出的ATEC6、美国HONEYWELL公司推出的STS3000和美国AVTRON公司生产的 UATSK825B等，基本上都能满足维修检测要求，有的设备还能进行功能扩展，增加接口，扩大机载设备的检测范围[1]。由于起步较晚，目前，我国在民机 ATE的应用上还主要是采取购买国外设备或租用等方式，在研制领域还处于起步阶段。
这些国外先进测试设备的价格相当昂贵，一般都需要几十万美元，有的甚至高达几百万美元，大多数中小航空公司没有足够的购买能力[2]。目前国内各航空公司的地面测试设备大多仍是比较陈旧的老式常规设备，只有少数几家骨干航空公司才有经济实力购买上述先进的自动测试设备，但成本十分昂贵。
同时，我们面临的不仅仅是有没有设备的问题，即使有了先进的设备，其使用费用也是相当昂贵的。没有软件的自主产权，除了先期的购买软件，技术的日新月异还会要求我们为软件的升级不断地付出高昂的代价。
面对着困难和挑战，开发研制符合我国国情并满足航空公司要求的ATE 设备已经成为势在必行、且迫在眉睫的任务。
无线电调谐面板的测试项目繁多，工作量大，原来使用自动化程度很低的分立式测试仪器，采用“人工操控各信号源—控制机件进入各测试线路—对输出进行测试分析”的检修办法，存在步骤繁杂、周期长、效率低、容易出错等问题。
本测试系统的开发应用能有效地缩短公司无线电调谐面板的维修周期，降低维修成本，提高维修可靠性，使无线电调谐面板的地面维修工作跃升到一个新水平。
2.无线电调谐面板测试台的要求
测试功能要求
具备8路符合ARINC-429通讯标准的接收/发送通道（8 组发送、8组接收）；支持ARINC429通讯测试； 具备至少1路RS-232或RS-485/422机载电子设备常用串行通信口；支持RS-232/485/422等通用串口通讯测试；
具备四路电量的检测能力，包括两路交/直流电压、两路交/直流电流、交流频率等参数检定；支持提供给UUT的多路电源检测；
具备双通道/200M波形分析存贮功能，满足飞机电子设备所需的波形分析；支持多通道波形分析测试；
配置4路程控电源，其中三路直流、一路交流，滿足大多数机载电子设备测试的电源需要；支持提供给UUT的多路电源设置；
具备高压脉冲源发生功能，支持被测件的闪电测试需求；
独立TUA适配器，运行相应的TUA软件，能对相应件号进行自动测试；
预留至少一路的扩展能力，能在以后进行扩展以适应的发展需要；
支持二次开发（TUA二次开发），能在此平台上进行绝大部分电子设备检测维修项目的开发；
测试大纲分析
系统测试要求能够模拟仿真出各种所需的输入信号，同时测试无线电调谐面板得输出的信号并将测试结果进行存储。通过分析无线电调谐面板测试大纲本课题所涉及的测试项有下面几种：
1.板电源测试；
2.灯光测试；
3.按钮测试；
4.软件版本确认；
5.显示测试；
6.传递按钮/紧急频率命令测试；
7.非易失性存储器测试；
8.8.33kHz间距/HF频率选择策测试；
9.HF宽频禁用测试；
10.ARINC 429波形输出测试；
11.输出频率测试；
12.紧急电源测试；
13.无线电状态测试；
14.CROSSTALK 测试；
15.数据模式测试；
16.ACARS模式测试；
17.VHF保护模式测试；
18.RTP接收INOP测试。
通过分析系统待测项后，考虑到本系统主要是建立无线电调谐面板的故障检测平台，可以看出该测试平台的测量设备组成需要429分析仪，数字万用表，差分示波器，429装配负载，交流电源，直流电源，资源分配系统等。其中板卡的详细选型会在系统的硬件设计与分析实现中具体介绍，在系统的总体设计中，根据无线电调谐面板测试大纲本课题所涉及的测试项分析从而确定具体的测试方案及系统硬件模块组成，这有助于后续设计更为复杂的航空电子部件的测试平台。
3.系统总体设计方案
无线电调谐面板测试平台的工作原理是使用系统分区的特定技术进行独立的模块测试环境搭建，使得在运行相对应的测试步骤的情况下能够合理的使用测试平台的资源，对无线电调谐面板的性能指标进行不同情况的检测并将测试结果进行存储和保存。具体要求是无线电调谐面板测试平台能够根据测试大纲对被测设备进行电压、电流和信号的输入处理。通过观察信号的输出情况得出不同的测试结论。如果系统运行正常或者无明显异常，就按测试大纲顺序进行下一步测试，如果系统判定信号超出允许范围，则通过测试界面显示实际测试数值并指出允许范围给技术人员进行指示。
通过给无线电调谐面板添加模拟信号、ARINC 429信号、及开关量信号，同时测试对应的离散信号、ARINC 429信号，判断响应信号与测试大纲是否一致，从而进行故障的排查并且由相关工作人员做出进一步的操作。系统对数字信号采集卡和开关板卡要求较高，总体设计前必须要选择好合适的板卡，而且还要充分考虑到各种测试信号的变化和不同情况下的突发情况。
系统的总体设计结构
通过选择合适的板卡设计出信号放大和调理电路为无线电调谐面板的测量提供硬件平台。该测试平台要能够同时完成无线电调谐面板中测试大纲所规定的各个功能的检测任务，并且为以后的扩展留出空间。
本文采用了主适配器和子适配器的设计结构，主适配器将激励信号板卡资源、响应各种NI板卡提供的测试信号，而子适配器根据无线电调谐面板中的测试项自主选择所需要的信号进行检测，采用这样的设计方法可以使各种NI数字信号采集卡的利用率提高，也便于后面对系统进行功能扩展和升级。
4.系统硬件设计概述
测试平台硬件设计总共可以分为输入、输出、接口、仪表、显示器、控制台、资源分配箱、TUA适配器、NI板卡等，这些组成部分是测试平台硬件系统运行的基础。
在硬件系统的输入和输出方面，测试平台和外部设备之间的链接是由一种特定接口的电缆相连，在工控机箱中的模块之间的链接是通过CAN/RS232/RS485总线关联起来的。这样便组成了一个统一的整体，这个部分是整个测试平台硬件统的核心[3]。为了支持通用，设计的时候提供了不同种类的接口，从而使数据的采集，输出能够通过继电器板卡进行统一链接。在系统运转过程中，机箱内部的各种不同的板卡是通过I/O接口进行连接，数据则是通过总线进行传输的。在经过测试软件进行统一处理后，最终会以图文的样式给相关工作人员使用。
本文在安全性方面也进行考虑，系统对输入和输出的所有信号可以进行监测，对于有危险的信号可以按照测试大纲的要求进行处理。例如在给系统设置安全电压设置时，如果测试平台一旦超过了安全电压，则硬件系统会自动进行断电保护或者降压处理等操作，从而确保测试平台电路系统的安全。测试设备硬件系统外观如图2所示。
硬件系统的接口设计是各设备之间连接的关键部分，通过接口可以将待测无线电调谐面板与适配器、资源分配箱相连接，适配器与资源分配箱负责将机箱中的板卡资源输出，上位机控制程序将机箱中NI板卡产生的各种模拟量输出信号、数字量输出信号添加至待测无线电调谐面板，为待检测无线电调谐面板进行信号的输入测量以完成测试过程。 5.系统软件设计概述
测试软件采用NI公司的LabWindowsCVI，它是一个完全的标准C开发环境，用于开发虚拟仪器应用系统。LabWindows/CVI提供内置式函数库用于完成数据采集、分析、和显示任务；它还提供簡单的拖放式用户界面编辑器以及自动代码生成工具。利用这些功能，可以在将代码加入到某项目之前，先对其进行互动式的测试。可以利用LabWindows/CVI定义和建立用户界面，生成或运行ActiveX组件，及开发多线程应用[4]。
LabWindows/CVI的应用领域极其广泛，涵盖了军工，电讯，工业生产和航天等各种行业。LabWindows/CVI提供了许多实用的特性，无需牺牲C代码的运行速度或源代码可管理性，便能引人注目地改进工作效率。同时LabWindos/CVI功能丰富，界面美观[5]。
本测试平台软件系统主要由两个层次构成，分别是运行在底层的核心程序及与使用者紧密联系的分区操作层。底层主要是为上层系统运行及相关操作提供可靠的保障，这包括有各种资源模块的需求、各种模块时间的分配、结构管理等，上层的功能主要是为相关工作人员和使用者提供各种功能的展示、任务运行的安排、及不同模块之间的信息传输等，其结构如图3所示。
软件开发模式的主要设计思想就是在测试流程与具体仪器控制之间建立测试引擎，将仪器控制与测试程序完全隔离，检测流程的主控程序不进行直接面向仪器的操作，而是面向被测对象信号接口的操作。测试程序通过控制仪器的输入输出实现测试功能。具体的软件开发模式主要包括功能层、逻辑层、仪器操作层接口配置文件、接口配置工具 5 个部分。
6.小结
本文研究开发的无线电调谐面板自动测试系统在专用测试仪器的人—机接口界面的基础上，扩展成为可以供使用者直观的选择各个不同件号的专用测试程序，有选择的执行全部测试项目或执行单个测试项目，并具有选择故障断点连续或停止的测试功能，提高测试速度，更易于维护，同时，也给无线电调谐面板日常的状态检测和维修工作提供辅助意见。
参考文献
[1] 张永生. 民用航空维修工程管理概论[M]. 北京：中国民航出版社，1999.3
[2] 维文. 回顾新中国民用航空维修业的发展[J]. 航空维修与工程，2000（1）：12-14
[3] 刘玉玺，聂会平，汤楠. PCI-1711 数据采集卡及其应用[J]. 今日电子，June 2004：25-26
[4]肖坦.基于虚拟仪器的自动测试系统研究[D].北京：北京交通大学，2006.
[5]程刚，谢驰，姚永河.基于 Lab Windows/CVI 环境下开发虚拟仪器自动测试系统[J].实用测试技术.2002.5：3～6.
作者简介：马浩瑀，男，上海交通大学电子信息与电气电气工程学院自动化系2016级工程硕士，中国东方航空技术有限公司工程师，职称助理工程师，研究方向机电一体化。
范启富，男，上海交通大学电子信息与电气电气工程学院自动化系教授，航空航天控制与信息处理团队成员。
盛强，男，中国东方航空技术有限公司市场销售部总经理。
（作者单位：1 上海交通大学；
2 东方航空技术有限公司）
关键词：自动测试系统；航空电子；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
先進的机载设备推动着维修设备和维修软件的发展，航空机载设备生产厂家不仅研制出与之相应的机载测试系统，而且也推出地面维修检测设备。机载测试设备可在飞机飞行中进行巡回检测故障并将故障隔离，同时接收飞机上的维修信息。机载设备出现较为重大、影响飞机安全的故障，则必须送到维修基地维修。目前主要的地面维修设备是自动测试设备，应用较广泛的有法国的AEROSPATIAL 公司推出的ATEC6、美国HONEYWELL公司推出的STS3000和美国AVTRON公司生产的 UATSK825B等，基本上都能满足维修检测要求，有的设备还能进行功能扩展，增加接口，扩大机载设备的检测范围[1]。由于起步较晚，目前，我国在民机 ATE的应用上还主要是采取购买国外设备或租用等方式，在研制领域还处于起步阶段。
这些国外先进测试设备的价格相当昂贵，一般都需要几十万美元，有的甚至高达几百万美元，大多数中小航空公司没有足够的购买能力[2]。目前国内各航空公司的地面测试设备大多仍是比较陈旧的老式常规设备，只有少数几家骨干航空公司才有经济实力购买上述先进的自动测试设备，但成本十分昂贵。
同时，我们面临的不仅仅是有没有设备的问题，即使有了先进的设备，其使用费用也是相当昂贵的。没有软件的自主产权，除了先期的购买软件，技术的日新月异还会要求我们为软件的升级不断地付出高昂的代价。
面对着困难和挑战，开发研制符合我国国情并满足航空公司要求的ATE 设备已经成为势在必行、且迫在眉睫的任务。
无线电调谐面板的测试项目繁多，工作量大，原来使用自动化程度很低的分立式测试仪器，采用“人工操控各信号源—控制机件进入各测试线路—对输出进行测试分析”的检修办法，存在步骤繁杂、周期长、效率低、容易出错等问题。
本测试系统的开发应用能有效地缩短公司无线电调谐面板的维修周期，降低维修成本，提高维修可靠性，使无线电调谐面板的地面维修工作跃升到一个新水平。
2.无线电调谐面板测试台的要求
测试功能要求
具备8路符合ARINC-429通讯标准的接收/发送通道（8 组发送、8组接收）；支持ARINC429通讯测试； 具备至少1路RS-232或RS-485/422机载电子设备常用串行通信口；支持RS-232/485/422等通用串口通讯测试；
具备四路电量的检测能力，包括两路交/直流电压、两路交/直流电流、交流频率等参数检定；支持提供给UUT的多路电源检测；
具备双通道/200M波形分析存贮功能，满足飞机电子设备所需的波形分析；支持多通道波形分析测试；
配置4路程控电源，其中三路直流、一路交流，滿足大多数机载电子设备测试的电源需要；支持提供给UUT的多路电源设置；
具备高压脉冲源发生功能，支持被测件的闪电测试需求；
独立TUA适配器，运行相应的TUA软件，能对相应件号进行自动测试；
预留至少一路的扩展能力，能在以后进行扩展以适应的发展需要；
支持二次开发（TUA二次开发），能在此平台上进行绝大部分电子设备检测维修项目的开发；
测试大纲分析
系统测试要求能够模拟仿真出各种所需的输入信号，同时测试无线电调谐面板得输出的信号并将测试结果进行存储。通过分析无线电调谐面板测试大纲本课题所涉及的测试项有下面几种：
1.板电源测试；
2.灯光测试；
3.按钮测试；
4.软件版本确认；
5.显示测试；
6.传递按钮/紧急频率命令测试；
7.非易失性存储器测试；
8.8.33kHz间距/HF频率选择策测试；
9.HF宽频禁用测试；
10.ARINC 429波形输出测试；
11.输出频率测试；
12.紧急电源测试；
13.无线电状态测试；
14.CROSSTALK 测试；
15.数据模式测试；
16.ACARS模式测试；
17.VHF保护模式测试；
18.RTP接收INOP测试。
通过分析系统待测项后，考虑到本系统主要是建立无线电调谐面板的故障检测平台，可以看出该测试平台的测量设备组成需要429分析仪，数字万用表，差分示波器，429装配负载，交流电源，直流电源，资源分配系统等。其中板卡的详细选型会在系统的硬件设计与分析实现中具体介绍，在系统的总体设计中，根据无线电调谐面板测试大纲本课题所涉及的测试项分析从而确定具体的测试方案及系统硬件模块组成，这有助于后续设计更为复杂的航空电子部件的测试平台。
3.系统总体设计方案
无线电调谐面板测试平台的工作原理是使用系统分区的特定技术进行独立的模块测试环境搭建，使得在运行相对应的测试步骤的情况下能够合理的使用测试平台的资源，对无线电调谐面板的性能指标进行不同情况的检测并将测试结果进行存储和保存。具体要求是无线电调谐面板测试平台能够根据测试大纲对被测设备进行电压、电流和信号的输入处理。通过观察信号的输出情况得出不同的测试结论。如果系统运行正常或者无明显异常，就按测试大纲顺序进行下一步测试，如果系统判定信号超出允许范围，则通过测试界面显示实际测试数值并指出允许范围给技术人员进行指示。
通过给无线电调谐面板添加模拟信号、ARINC 429信号、及开关量信号，同时测试对应的离散信号、ARINC 429信号，判断响应信号与测试大纲是否一致，从而进行故障的排查并且由相关工作人员做出进一步的操作。系统对数字信号采集卡和开关板卡要求较高，总体设计前必须要选择好合适的板卡，而且还要充分考虑到各种测试信号的变化和不同情况下的突发情况。
系统的总体设计结构
通过选择合适的板卡设计出信号放大和调理电路为无线电调谐面板的测量提供硬件平台。该测试平台要能够同时完成无线电调谐面板中测试大纲所规定的各个功能的检测任务，并且为以后的扩展留出空间。
本文采用了主适配器和子适配器的设计结构，主适配器将激励信号板卡资源、响应各种NI板卡提供的测试信号，而子适配器根据无线电调谐面板中的测试项自主选择所需要的信号进行检测，采用这样的设计方法可以使各种NI数字信号采集卡的利用率提高，也便于后面对系统进行功能扩展和升级。
4.系统硬件设计概述
测试平台硬件设计总共可以分为输入、输出、接口、仪表、显示器、控制台、资源分配箱、TUA适配器、NI板卡等，这些组成部分是测试平台硬件系统运行的基础。
在硬件系统的输入和输出方面，测试平台和外部设备之间的链接是由一种特定接口的电缆相连，在工控机箱中的模块之间的链接是通过CAN/RS232/RS485总线关联起来的。这样便组成了一个统一的整体，这个部分是整个测试平台硬件统的核心[3]。为了支持通用，设计的时候提供了不同种类的接口，从而使数据的采集，输出能够通过继电器板卡进行统一链接。在系统运转过程中，机箱内部的各种不同的板卡是通过I/O接口进行连接，数据则是通过总线进行传输的。在经过测试软件进行统一处理后，最终会以图文的样式给相关工作人员使用。
本文在安全性方面也进行考虑，系统对输入和输出的所有信号可以进行监测，对于有危险的信号可以按照测试大纲的要求进行处理。例如在给系统设置安全电压设置时，如果测试平台一旦超过了安全电压，则硬件系统会自动进行断电保护或者降压处理等操作，从而确保测试平台电路系统的安全。测试设备硬件系统外观如图2所示。
硬件系统的接口设计是各设备之间连接的关键部分，通过接口可以将待测无线电调谐面板与适配器、资源分配箱相连接，适配器与资源分配箱负责将机箱中的板卡资源输出，上位机控制程序将机箱中NI板卡产生的各种模拟量输出信号、数字量输出信号添加至待测无线电调谐面板，为待检测无线电调谐面板进行信号的输入测量以完成测试过程。 5.系统软件设计概述
测试软件采用NI公司的LabWindowsCVI，它是一个完全的标准C开发环境，用于开发虚拟仪器应用系统。LabWindows/CVI提供内置式函数库用于完成数据采集、分析、和显示任务；它还提供簡单的拖放式用户界面编辑器以及自动代码生成工具。利用这些功能，可以在将代码加入到某项目之前，先对其进行互动式的测试。可以利用LabWindows/CVI定义和建立用户界面，生成或运行ActiveX组件，及开发多线程应用[4]。
LabWindows/CVI的应用领域极其广泛，涵盖了军工，电讯，工业生产和航天等各种行业。LabWindows/CVI提供了许多实用的特性，无需牺牲C代码的运行速度或源代码可管理性，便能引人注目地改进工作效率。同时LabWindos/CVI功能丰富，界面美观[5]。
本测试平台软件系统主要由两个层次构成，分别是运行在底层的核心程序及与使用者紧密联系的分区操作层。底层主要是为上层系统运行及相关操作提供可靠的保障，这包括有各种资源模块的需求、各种模块时间的分配、结构管理等，上层的功能主要是为相关工作人员和使用者提供各种功能的展示、任务运行的安排、及不同模块之间的信息传输等，其结构如图3所示。
软件开发模式的主要设计思想就是在测试流程与具体仪器控制之间建立测试引擎，将仪器控制与测试程序完全隔离，检测流程的主控程序不进行直接面向仪器的操作，而是面向被测对象信号接口的操作。测试程序通过控制仪器的输入输出实现测试功能。具体的软件开发模式主要包括功能层、逻辑层、仪器操作层接口配置文件、接口配置工具 5 个部分。
6.小结
本文研究开发的无线电调谐面板自动测试系统在专用测试仪器的人—机接口界面的基础上，扩展成为可以供使用者直观的选择各个不同件号的专用测试程序，有选择的执行全部测试项目或执行单个测试项目，并具有选择故障断点连续或停止的测试功能，提高测试速度，更易于维护，同时，也给无线电调谐面板日常的状态检测和维修工作提供辅助意见。
参考文献
[1] 张永生. 民用航空维修工程管理概论[M]. 北京：中国民航出版社，1999.3
[2] 维文. 回顾新中国民用航空维修业的发展[J]. 航空维修与工程，2000（1）：12-14
[3] 刘玉玺，聂会平，汤楠. PCI-1711 数据采集卡及其应用[J]. 今日电子，June 2004：25-26
[4]肖坦.基于虚拟仪器的自动测试系统研究[D].北京：北京交通大学，2006.
[5]程刚，谢驰，姚永河.基于 Lab Windows/CVI 环境下开发虚拟仪器自动测试系统[J].实用测试技术.2002.5：3～6.
作者简介：马浩瑀，男，上海交通大学电子信息与电气电气工程学院自动化系2016级工程硕士，中国东方航空技术有限公司工程师，职称助理工程师，研究方向机电一体化。
范启富，男，上海交通大学电子信息与电气电气工程学院自动化系教授，航空航天控制与信息处理团队成员。
盛强，男，中国东方航空技术有限公司市场销售部总经理。
（作者单位：1 上海交通大学；
2 东方航空技术有限公司）