基于PXI總線的瞄準(zhǔn)設(shè)備檢定系統(tǒng)

1. 引言

　　導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備集光學(xué)、精密機(jī)械、電子技術(shù)于一體，是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。，它的工作性能和使用精度直接影響了導(dǎo)彈的橫向命中精度。在使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中，由于振動(dòng)、沖擊、溫度變化及內(nèi)部應(yīng)力變化等因素，造成設(shè)備使用精度和主要性能指標(biāo)發(fā)生變化，直接影響導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)精度和武器作戰(zhàn)效能。因此，必須對(duì)瞄準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行定期檢定和使用前復(fù)檢。目前配備的傳統(tǒng)計(jì)量檢定系統(tǒng)大多體積龐大，操作復(fù)雜，自動(dòng)化程度低、通用性差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)伴隨計(jì)量保障和靠前計(jì)量保障。

       本文基于PXI總線和虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種新型的導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備虛擬計(jì)量檢定系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的硬件組成、檢測(cè)原理和系統(tǒng)軟件進(jìn)行了論述。而且具有良好的通用性、擴(kuò)展性，通過(guò)適當(dāng)增加部分硬件接口和編制相應(yīng)的軟件就能實(shí)現(xiàn)其他型號(hào)瞄準(zhǔn)設(shè)備的檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)了伴隨計(jì)量保障和靠前計(jì)量保障任務(wù)，應(yīng)用前景十分廣闊。

　　2. PXI總線簡(jiǎn)介

　　PXI(PCI eXtension for Instrumentation)總線是美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrumentation，NI)于1997年發(fā)布的模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是將高速PCI總線和Compact PCI模塊結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)越性能集于一身。PXI總線具有32/64位數(shù)據(jù)傳輸能力以及分別高達(dá)132MB/s和264MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速度，另外，還支持PCI-PCI橋路擴(kuò)展和即插即用。并增加了專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)參考時(shí)鐘、觸發(fā)總線、星形觸發(fā)線和模塊間的局部總線，以此來(lái)滿足高精確度的定時(shí)、同步與數(shù)據(jù)通信要求。

　　PXI除使用嵌入式計(jì)算機(jī)，還可通過(guò)MXI-3接口，擴(kuò)展PXI的系統(tǒng)控制，包括外接PC控制、多機(jī)箱擴(kuò)展和更長(zhǎng)的距離控制，擴(kuò)大了PXI的應(yīng)用范圍，不但可以在一個(gè)PXI機(jī)架上插入8塊插卡(1個(gè)系統(tǒng)模塊和7個(gè)儀器模塊 )，而且可以通過(guò)擴(kuò)展接口MXI-3，以星形或菊花鏈連接多個(gè)PXI機(jī)箱。為了滿足測(cè)控模塊的需要，PXI總線不但提供了33MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，還提供了10MHz的TTL參考時(shí)鐘信號(hào)、TTL觸發(fā)總線和12引腳的局部總線，使得同步、觸發(fā)和時(shí)鐘等功能的信號(hào)線均可以直接從PXI總線上獲得，而不需要繁多的連線電纜。

　　PXI以容易承受的價(jià)格提供了其他價(jià)格昂貴測(cè)試平臺(tái)(如VXI)上高精度儀器才具有的同步、定時(shí)特性。PXI模塊儀器可以在不降低測(cè)量精度并節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)的情況下，提供高性能的測(cè)試、測(cè)量和數(shù)據(jù)采集。

　　3. 系統(tǒng)方案

　　3.1 系統(tǒng)硬件組成

　　根據(jù)導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)設(shè)備被測(cè)設(shè)備的特點(diǎn)和各種測(cè)試參數(shù)的要求，綜合各種因素，本系統(tǒng)選用美國(guó)NI公司的PXI產(chǎn)品作為系統(tǒng)采集設(shè)備來(lái)構(gòu)建檢定系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，系統(tǒng)采用基于PXI總線的外控計(jì)算機(jī)方案，硬件部分由便攜工業(yè)計(jì)算機(jī)、光學(xué)檢測(cè)設(shè)備和電子檢測(cè)設(shè)備三大模塊組成，如圖1所示。

　　圖1　系統(tǒng)硬件組成

　　工業(yè)筆記本電腦是系統(tǒng)的主控部分，它經(jīng)由MXI-3控制套件連接PXI總線，通過(guò)其擴(kuò)展槽中的各個(gè)功能卡及總線控制電子檢測(cè)設(shè)備和光學(xué)檢測(cè)設(shè)備，完成各信號(hào)的采集，并通過(guò)運(yùn)用Visual Basic和Measurement Studio構(gòu)建的虛擬計(jì)量軟件系統(tǒng)，完成檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理和結(jié)果顯示。

　　電子檢測(cè)設(shè)備主要由PXI模塊儀器、PCL720數(shù)字I/O模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)接儀和其它附件、電纜組成，其中PXI模塊儀器包括PXI-1002機(jī)箱、MXI-3控制套件和PXI-6052E多功能數(shù)據(jù)采集模塊，NI-4060數(shù)字萬(wàn)用表模塊。MXI-3控制套件連接主控計(jì)算機(jī)和PXI測(cè)試儀器，多功能數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)字萬(wàn)用表模塊完成信號(hào)的采集和處理，信號(hào)轉(zhuǎn)接儀完成專(zhuān)用接口和通用接口的轉(zhuǎn)接，并通過(guò)PCL720模塊控制多路輸入信號(hào)的通道分時(shí)選通。

　　3.2 系統(tǒng)軟件

　　在平臺(tái)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，選擇了面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)工具Visual Basic 6.0加Measurement Studio 6.0標(biāo)準(zhǔn)軟件包和Visual C++ 6.0混合編程的方式。其中Visual Basic 6.0加Measurement Studio 6.0完成系統(tǒng)主程序編制，Visual C++ 6.0完成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的編制。

　　計(jì)量檢定系統(tǒng)需對(duì)多種型號(hào)的瞄準(zhǔn)設(shè)備實(shí)施檢定，而對(duì)每臺(tái)不同的設(shè)備進(jìn)行檢定的方法和要

　　求各不相同。為使系統(tǒng)軟件具有良好的可靠性、易維護(hù)性及易擴(kuò)展性，軟件編程設(shè)計(jì)時(shí)采用了層次化設(shè)計(jì)方法，并遵循了規(guī)范化、模塊化的設(shè)計(jì)原則，軟件系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。

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　　圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)分為多個(gè)型號(hào)系列，每個(gè)型號(hào)系列中包含多個(gè)不同型號(hào)的瞄準(zhǔn)設(shè)備檢定模塊。軟件設(shè)計(jì)中，對(duì)每種型號(hào)的武器裝備均設(shè)計(jì)了檢定程序、初始化和自檢、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)、幫助指導(dǎo)等功能模塊。對(duì)每個(gè)檢定程序模塊又分別設(shè)計(jì)了I/O控制、數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用、數(shù)據(jù)處理及分析、檢定結(jié)果顯示輸出、檢定表格生成、打印等子模塊。在模塊化的程序結(jié)構(gòu)中，每個(gè)程序模塊均是一個(gè)獨(dú)立的功能單元，如果需要對(duì)某個(gè)檢定項(xiàng)目進(jìn)行修改，只需修改相應(yīng)的程序模塊即可，而不會(huì)影響其他的程序模塊，而且，這種模塊結(jié)構(gòu)可以方便對(duì)檢定程序進(jìn)行功能擴(kuò)展及實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成 。

　　3.3 系統(tǒng)檢測(cè)原理

　　瞄準(zhǔn)設(shè)備需要檢測(cè)的有電量和時(shí)頻兩類(lèi)信號(hào)，系統(tǒng)工作時(shí)，主控計(jì)算機(jī)按照規(guī)定的檢測(cè)程序，控制信號(hào)轉(zhuǎn)接箱中的繼電器，依次接通設(shè)備被測(cè)點(diǎn)與相應(yīng)的測(cè)試模塊的信號(hào)通道，被測(cè)電子設(shè)備的信號(hào)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)接箱上的專(zhuān)用接口和通用接口轉(zhuǎn)接到PXI機(jī)箱中的PXI-6052E數(shù)據(jù)采集模塊和NI-4060數(shù)字萬(wàn)用表模塊進(jìn)行采集，實(shí)時(shí)測(cè)量該被測(cè)點(diǎn)的工作狀態(tài)，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)MXI-3接口卡送入主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)軟件程序的分析計(jì)算和比較判斷，實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果。當(dāng)需要檢測(cè)同一點(diǎn)位的多個(gè)不同狀態(tài)指標(biāo)時(shí)(電壓、電流、頻率)，可以控制信號(hào)轉(zhuǎn)接箱中的繼電器將信號(hào)分成多路，分別輸入到相應(yīng)的測(cè)試模塊進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于需要專(zhuān)用信號(hào)源提供外部信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的瞄準(zhǔn)電子設(shè)備，通過(guò)MXI-3控制器控制函數(shù)發(fā)生器模塊，向測(cè)試通道施加外部激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)該通道的信號(hào)響應(yīng)。這種靈活的控制方式，使整個(gè)自動(dòng)檢測(cè)變得非常簡(jiǎn)便、可靠，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)位、多通道、多狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　該計(jì)量檢定系統(tǒng)體積小，方便攜帶，成本低。其硬件設(shè)備檢測(cè)精度高、功能齊全，能完成各種信號(hào)的采集和處理。