基于PXI总线的雷抗侦察接收机故障信息自动采集系统设计

胡 林，莫翠琼，陈立明，韩英永

（1.电子工程学院，合肥230037；2.安徽电子制约技术重点实验室，合肥230037）

0 引 言

随着战争形态和装备技术的发展，维修保障问题成为制约战斗力正常发挥的重要因素之一。国内在雷抗侦察接收机故障检测与维修方面主要还是依靠传统的维修工具和手段，而传统的维修方法效率低，已经不能满足我军装备快速故障诊断与维修的需要。因此研究雷抗侦察接收机的故障信息自动采集系统对提高接收机的快速诊断、技术保障效率具有十分重要的意义。

目前，我国的故障信息自动采集系统仍以基于外围设备连接（PCI）、用于仪器的虚拟机器环境接口（VXI）总线技术的居多，随着装备复杂度日益提高和测试参数的增多，传统的基于PCI和VXI总线技术的故障信息采集系统暴露出越来越多的缺点，如基于PCI技术的环境适应性差、可靠性低等；基于VXI总线技术的系统功能强大，但其成本较高。随着计算机技术与故障诊断技术的发展，近年来基于PXI总线技术的测试系统越来越多地受到人们的青睐。用于仪器的PCI总线扩展（PXI）总线是1997年美国国家仪器公司（NI公司）发布的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线，是一种专为工业数据采集与仪器仪表测量应用领域而设计的模块化仪器自动测试平台，具有先进、通用、可靠、易于扩展和高速等优点［1－2］。

本文设计的基于PXI总线技术的故障信息采集系统，充分利用NI公司现成的模块化产品，配合自行研制的接口适配器，实现了雷抗侦察接收机故障信息的快速采集。该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、成本低的特点。

1 系统的硬件设计

系统主要采用PXI总线模块和自研的接口适配器为硬件平台，在计算机的控制下实现对雷抗侦察接收机故障信息的自动采集。系统硬件主要由主控计算机、接口适配器、PXI机箱和PXI卡式仪器几部分组成，其总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构

（1）主控计算机

主控计算机是整个系统和操作员之间实现人机交互的接口，是系统软件的载体［3］。其功能是管理所有的硬件设备，控制数据流向，分析处理采集到的数据，提取故障特征，存储数据，并将测试结果送至显示器。

（2）接口适配器

接口适配器是整个系统设计的重点，也是实现整个系统自动化、各模块之间通用化的关键。由图1可以看出，接口适配器汇聚了大量控制、输入和输出信号，是PXI总线系统和待测设备之间信号传输的中枢。其主要功能是对电源信号、电平信号和脉冲信号进行调理，使之满足PXI仪器设备要求，同时也起到保护测试仪器安全的作用。实现框图如图2所示。

（3）PXI机箱

图2 接口适配器实现框图

PXI机箱采用NI公司的PXI－1073集成化机箱。PXI－1073集成化机箱为系统提供了坚实的模块化封装结构，能够在0℃～50℃的环境中正常工作，可接受5个PXI Express模块，具有良好的抗震性和电磁兼容性。

（4）PXI卡式仪器

示波器模块PXI－5114可对各待测模块输出的各种波形信号进行检测，具有2个采样精度为250MS／s连续采样的输入通道，每个通道具有125MHz带宽和256MB的存储空间，可适应±40mVpp到±40 Vpp输入信号，其中Vpp为峰峰值电压。

多功能数据采集卡PXI－6363可对各种相关的输入信号进行采集，可用于连续高速数据记录，以及模拟输入、模拟输出的同步控制等。该卡提供了32路模拟输入、4路模拟输出、48路数字I／O及4路32位计数器，其16位的分辨率完全满足自动采集系统要求。

数字万用表模块PXI－4065主要是对电压、电流和电阻测量或二极管的测试，能够实现±300 VDC／Vrms的隔离、达3A的电流测量、2线或4线的电阻测量，具备了速度与精度两大优点，同时还可以设置偏移补偿，以消除阻抗测试时的偏置电压。

智能数据采集卡PXI－7851主要是对－10V～＋10V范围内模拟信号的采集，具有8路模拟输入、750kHz的独立采样率、16位的分辨率、3路直接存储器访问（DMA）通道，可实现高速硬盘数据读写［4－6］。

2 系统软件的设计

系统采用美国NI公司的Lab－VIEW开发工具实现。Lab－VIEW软件是一个基于G语言（图形化编程语言）的图形化开发环境，主要用于自动测试系统的软件开发。它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，将传统的编程语言包装为易于使用的图形编程语言。其界面设计直观灵活，数据库操作简单、执行速度快，具有强大的函数模块库，是被工业界和研究实验室所广泛接受的数据采集和仪器控制软件［7］。

2.1 系统软件组成

软件部分主要包括系统初始化模块、系统自检模块、任务管理模块、数据采集控制模块、分析处理模块、资料查询模块和显示模块。软件部分组成框图如图3所示。

图3 系统软件组成框图

（1）系统初始化模块。系统初始化主要包括硬件初始化和软件初始化，分别通过调用硬件初始化模块和软件初始化模块完成。

（2）系统自检模块。系统自检主要包括PXI总线系统自检和系统各部分之间的通讯自检。

（3）任务管理模块。任务管理模块主要完成系统初始化、系统自检、数据采集、数据存储、数据显示等不同任务进程时，对各硬件软件分系统的协调和控制功能。

（4）数据采集控制模块。数据采集控制模块主要完成对接口适配器、PXI总线系统控制，其作用是根据所选分机模块的管脚特性，设置接口适配器的信号输入类型，控制矩阵开关的切换，然后将取样信号输送到相应的PXI采集卡进行信号采集，并且控制PXI总线系统将采集到的数据进行存储，供后期处理和显示使用。

（5）分析处理模块。分析处理模块主要完成对数据采集卡所采集的数据进行分析处理，并且根据接收机的管脚特性、信号类型、正常取值范围等进行相对应的处理，将结果以直观的形式呈现给操作员。

（6）数据库模块。对于每个分机模块，数据库中均有1组相对应的数据，用户可根据测试对象的不同调用相应数据对故障信息自动采集系统各部分进行配置。采集到的数据经分析处理后存入数据库中，用户可通过SQL语句对数据库进行管理、访问。

（7）显示模块。主要实现对相关信息的实时显示，包括运行状态显示和数据信息显示，其中数据信息显示包括模拟信号波形、电压电流值、数字码（十进制数值）和各种标志位的显示。

2.2 系统工作流程

故障信息自动采集系统的任务管理模块是整个系统的控制中心，它负责管理和协调各软件模块的工作。进入系统后，系统进行初始化，执行自检程序，如果采集系统故障，则提示系统故障；如果系统正常，则对接收机的模块进行选择，在采集控制程序的控制下实现接口转换、数据采集和存储，然后对采集到的数据进行处理分析，将分析结果送至显示。系统工作流程如图4所示。

图4 系统软件主程序流程图

3 结束语

本文设计的基于PXI总线的故障信息自动采集系统广泛采用了模块化的设计思想，方便了系统的扩充和升级，解决了系统升级所带来重复设计、重复投入的问题，具有采集速度快、设备量少、使用简单的特点，完全适应了雷抗侦察接收机快速诊断、精确定位故障源的要求。

［1］李莹，李宏伟，曹军明.基于PXI总线的某型空空导弹总体性能测试系统设计［J］.计算机测量与控制，2010，16（12）：1897－1899.

［2］张静，李悦，张娟.基于PXI总线弹载模块自动测试系统的设计与实现［J］.航空计算技术，2010，40（3）：119－122.

［3］邢亚坤，吴国庆.基于PXI总线的电台性能测试系统设计与实现［J］.计算机测量与控制，2010，17（1）：46－48.

［4］郑永秋，史贇，李圣昆.多通道高精度数据采集电路的设计与实践［J］.电测与仪表，2011，48（549）：86－90.

［5］魏志刚，王汉兵，张建虎.基于PXI总线的多型号战术导弹动态测控系统的研究与开发［J］.计算机测量与控制，2008，16（1）：80－82.

［6］朱明，糜玉林，张翼.基于自定义总线的通用适配器设计［J］.计算机测量与控制，2004，12（11）：1091－1095.

［7］陈亮，曹兴冈.基于PXI总线的电子装备测试系统设计［J］.科学技术与工程，2011，11（33）：8243－8246.