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1、电子测量与仪器学报 2007 年增刊 487Lab Windows/CVI 下基于 PXI 总线的坦克故障检测系统设计与实现 张永秀 吕强 张永谦 孙亚军 （装甲兵工程学院控制系火控室，北京 100072）摘要：摘要：本文介绍了一种利用 Lab Windows/CVI 编程，基于 PXI 总线的某型坦克的故障检测系统。该系统针对被检测对象的性能特点，采用了国内外成熟的软、硬件开发产品，坚持了通用化、模块化、标准化的系统设计原则，设计开发了坦克的新型故障检测设备，满足了装甲装备技术保障的一定要求。关键词：关键词：虚拟仪器、Lab Windows/CVI、故障检测、数据采集 中图分类号：TJ306
2、 文献标示码：A A Design and Realization for Tank Fault Detection System Based on PXI Bus Using Lab Windows/CVI Zhang Yongxiu Lv Qiang Zhang Yongqian Sun Yajun (Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072)Abstract:This paper presents a tank fault detection system based on PXI bus using Lab Windows
3、/CVI 7.0 programming.The system main directed toward the performance characters of the checked objects.fully using of the well-rounded software and hardware products at home and abroad,and sticking to the design of popularization,modularization and standardization.designed the fault detection equipm
4、ent of tank The principle fault detection equipment of tank which satisfies the technic protections needs of armored equipment.Keywords:virtual instrument,Lab Windows/CVI,fault detection,data acquisition 装甲兵的武器装备，主要包括坦克、步兵战车、装甲输送车等装甲战斗车辆以及各种保障车辆，其中，坦克是装甲兵的基本装备，它的发展水平是装甲兵技术发展水平的主要标志。因此提高部队的维修保障能力，研制成
5、功便携式的坦克故障综合检测仪器，对于增强整个部队的战斗力有重要作用。本设计主要采用虚拟仪器技术，针对被检测对象的性能特点，采用了国内外成熟的软、硬件开发产品，实现装备的不解体检测,即对部件先进行检测和分析，有效的判定各部件的状况，如有故障，才进行拆卸和维修。这不仅改变了装甲兵原有的武器装备的维修方式，很大程度提高了检修效率。而且也避免了在不加分析的拆装过程中破坏电缆接头，人为的引入新的故障。该检测系统大大提高了坦克检修的有效性和可靠性，提高了装备技术保障能力及部队的战斗力。1 检测系统硬件设计 11 硬件系统的主要构件 以 PXI 总线计算机结合数字、模拟采集卡，通过设计通用综合信号调理模块对
6、各部件产生的数字和模拟信号进行处理，该方案可实现高速采样,快速检测。PXI 是一种坚固的模块化的仪器平台，是基于 PCI 总线的坚固、模块化的结构，具有专为测试与测量应用设计的电器规范与时钟电路。系统的物理主机是一个拥有多个槽位的机箱，有的还带有显示器和内置的键盘 电子测量与仪器学报 2007 年增刊 488数据采集卡，是指基于计算机标准总线（如ISA,PCI 等）的内置功能卡，它充分地利用计算机的资源大大增加了测试系统的灵活性和扩展性。使用最新的数据采集板卡能保证整个测试系统的精度和可靠性。在 PXI 计算机上插入数据采集卡（本系统采用凌华公司生产的几款采集卡）后。需要对它们进行驱动安装（硬
7、件驱动和软件驱动）和配置。结合设计的通用综合信号调理模块，共同构成检测装备，完成某型坦克光电系统（包括火控系统、通信设备、电气设备在内）的所有电气和火控系统的测试任务。12 系统硬件的整体设计 图 1 数据采集系统整计框图 其中信号调理模块是硬件设计的关键的一步，是整个系统设计的核心部分。1.2.1 模拟信号的检测 首先由于被检测坦克型号众多，为了使设计的检测系统能够兼容不同型号的测试对象。在进行硬件设计时，需要考虑到系统的兼容性。在众多被测信号中，电压范围大到 900V 以上，小到几毫伏，而采用的数据采集卡的模拟通道的允许电压的范围为-10V-+10V.因此，对高压信号必须采用必要的隔离和保
8、护措施，需要针对检测信号的特点设计隔离和降压保护电路。对于模拟信号检测的另一个技术难点，就是高速同步模拟信号的采集。对于火控计算机的光点光环项目的检测，由于连续两个光点的最短时间在 100us 以上，并且在对其进行采样时，X 和 Y 方向需同时进行。因此需实现更高的采样速度，才能满足系统的性能检测的要求。这就要求采用高速的数据采集卡。本设计采用的是凌华公司的 DAQ-2010，其精度为14bit，采样速度 2MS/s。同时结合 PXI 总线计算机的快速数据处理能力，采用中断模式从缓冲器中获取数据，并通过测试软件实现采集结果的显示，如下图所示：图 2 光点光环检测结果 1.2.2 传感器信号的检
9、测 传感器信号的检测比较复杂，也是检测系统设计的难点之一。主要是将原始的各种超过通道采集信号允许范围或不便于直接获取的电流、电压信号及一些非电信号转换为比较标准的电流或电压信号。进行采集和处理，实现传感器部件的检测。例如，角速度传感器的检测，本设计采用的测试平台是通过驱动步进电机，带动齿轮，实现规定速度的转动，用以模仿坦克平台。检测角速度传感器时，将拆卸的传感器齿轮向下与传动齿轮相啮合并固定于测试平台上,驱动转动。然后采用数据采集卡的计数器功能，实现传感器脉冲计数，然后通过上位机软件，对获取的数据进行处理和运算。将检测值与标准值进行比较与判断，从而完成了传感器的检测。调理电路的设计，复杂而关键
10、。针对不同的检测部件，在设计时，还有许多问题需要解决。例如观瞄镜激光发射器，PXI 总线计算机输出信各传感 器信号（炮控系统、火控系统等）信号调理模块（放大，降压、滤波，隔离，激励等）数据采集卡 PXI 总线 计算机 上位机 Lab Windows/CVI 电子测量与仪器学报 2007 年增刊 489号很小，难以对其进行驱动，为实现检测功能，必须经过信号调理电路，进行信号的激励。另外由于检测项目众多，而 PXI 内数据采集板卡的通道数有限。因此需要设计相关的编码和译码电路，实现对不同部件或同一部件不同功能与项目的分时检测控制。综上所述，我们需根据不同的检测项目和不同型号的数据采集卡，进行合理的
11、电路设计，实现对各部件的正确检测。2 系统软件设计 2.1 软件开发平台 Lab Windows/CVI Lab Windows/CVI 为美国 NI 公司开发的 32位面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开 发工具，将功能强大、使用灵活的 C 语言平 台与用于数据分析和显示的测控专业工具有机的结合起来，具有超强的数据采集和处理能力，以及丰富的图形界面 GUI 设计功能。利用它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的函数库大大增强了 C 语言的功能，为熟悉 C 语言的开发设计人员编写检测系统，提供了一个理想的软件开发环境、Lab Windows/CVI 的功能强大之处还因为它提供了丰富的
12、函数库可实现复杂的数据采集系统和仪器控制系统的开发。2.2 系统软件的整体设计 使用 Lab Windows/CVI 编程的基本步骤如下:图 3 软件设计的基本步骤 在此着重说明本测试系统软件设计的 2 个关键步骤：（1）创建检测系统的用户界面.uir，创建用户界面其实质就是创建控件和修改控件属性两大过程。该检测系统由很多个面板组成，其中每个面板负责一个部件的测试。然后根据具体的检测指标添加控件，实现部件检测功能和完善用户界面。设计检测界面的思路如下图所示：图 4 测试系统软件界面设计框图（2）程序源代码的实现 Lab Windows/CVI 可自动生成程序代码框架及各个控件回调函数的主框架。
13、可减少软件开发过程中代码编写的工作量，缩短开发时间。设计测试系统软件主界面 火控检测分系统炮控检测分系统观瞄检测分系统火控计算机 角速度传感器 隔 离电源 电 源电压.制定程序的基本框架 创建用户界面.uir 源代码的自动生成及编写 创建工程文件并运行 制作应用程序的安装程序 电子测量与仪器学报 2007 年增刊 490好的检测界面存为*.uir。Lab Windows/CVI 可自动生成*.h 及界面选用的各控件的回调函数主框架。只需根据各控件需要实现的具体功能结合Lab Windows/CVI 丰富的函数库和具体的整个硬件设计的规划在回调函数中添加程序代码，实现对坦克故障的检测功能，编写软
14、件时需注意本系统采用的是 Lab Windows/CVI 不支持的数据采集卡（凌华公司所生产的），因此需要在工程文件中添加相应数据采集卡软件驱动程序中的动态连接库文件*.lib 和相关卡的函数头文件*.h,不同类型的数据采集卡，根据其能实现的功能，提供了与Lab Windows/CVI 兼容的函数库，只有在工程中添加以上两个文件，才可以应用此函数库中的函数。结合相应采集卡提供的丰富的函数库即可编写针对不同检测项目的检测程序，完成整个检测系统的上位机软件设计。另外 Lab Windows/CVI提供了发布应用程序软件包的工具，利用该工具可以方便的制作应用程序的安装程序，使得该设计可以安装在操作系
15、统中运行。检测系统运行时界面如图 4 所示，在此仅演示电源电压的检测，其它检测项目设计原理相同。图 5 测试系统软件操作界面 3 总结 整个坦克检测系统采用了当前控制领域先进的 PXI 总线技术和虚拟仪器技术，提高了自动测试系统的模块化、快速化和自动化水平，实现了不解体检测，大大提高了检修效率，而且由于PXI 本身的坚固结构性能，可以使坦克故障检测系统适应恶劣的环境，因此该故障检测系统功能全面，操作简单，性能稳定，达到了部队现代化建设快速有效保障的需要。参考文献 1高君哲，潘孟春等.在Lab Windows/CVI 7.0 下基于PXI 总线的导弹自动测试系统设计与实现J，国外电子测量技术.2
16、005 年第 3 期 2张毅刚，乔立岩编著.虚拟仪器软件开发环境 Lab Windows/CVI6.0 编程指南M，北京：机械工业出版社，2002：14 3宋宇峰编著.Lab Windows/CVI 逐步深入与开发实例M.北京：机械工业出版社，2003：12 4朱竟夫，赵碧君编著.现代坦克火控系统M，北京：国防工业出版社，2003：110 5刘君平等.基于 Lab Windows/CVI 的虚拟仪器设计M，北京：电子工业出版社，20031 6谭浩强著，C 程序设计（第二版）M，北京：清华大学出版社 作者简介 张永秀：1981 年出生，女，山东威海人，装甲兵工程学院硕士研究生，从事武器系统信息处理与运动控制。