Author(s):
Alan Barlow，資深軟件與儀器系統(tǒng)工程師 - Conekt (英國)

Industry:
Aerospace/Avionics

Products:
Software, Data Acquisition

The Challenge:
開發(fā)一個完全可移植的航空電氣執(zhí)行裝置測試系統(tǒng)——該系統(tǒng)不僅可以在不同場所之間移植，而且還支持廣泛的具有不同控制策略的執(zhí)行裝置變異體。我們的航空客戶需要在其工程開發(fā)部門、客戶場所和Conekt 公司的UKAS 認證測試實驗室使用該系統(tǒng)。

The Solution:
設計和構建一個組合了商業(yè)現(xiàn)成可用的硬件和專用電路的、緊湊而堅固的測試設備， 這些硬件和電路均可以通過一個利用NI LabVIEW軟件編寫的定制軟件包進行控制。該設備能夠處理所需執(zhí)行裝置的各種現(xiàn)有變異體，而且具備支持其他變異體的潛力。與所有的Conekt 公司的解決方案相似，該測試設備具有用戶界面直觀且易于使用的特性，而且該設備也經(jīng)過形式化驗證過程的充分測試來確保滿意的操作。

作為一個UKAS 認可的專長于航空驗證測試的機構，Conekt 應要求為一個面向一系列電氣執(zhí)行裝置的測試項目提供支持。這項支持的一部分便是，我們提供一組能夠在設計過程的不同階段執(zhí)行并監(jiān)測電氣執(zhí)行裝置的測試設備，從工程開發(fā)到驗證測試和客戶驗收測試。為應對功能需求和開發(fā)進度的挑戰(zhàn)，Conekt 公司設計了一項基于NI 技術的解決方案。

航空客戶需要一個完全可移植的最終系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅要能夠工作于英國和美國的常用電壓，而且要足夠堅固以承受運輸過程中可能發(fā)生的難免的沖擊和刮擦。

測試設備設計
除向一臺具有直觀用戶界面和有效單元控制的測試設備提供其隱含的所有標準挑戰(zhàn)之外，該測試設備還應當能夠兼容種類繁多的旋轉單元和線性單元，每一種單元類型都具有不同的復雜度。有些執(zhí)行裝置需要直接控制馬達繞組，而其他的執(zhí)行裝置僅需發(fā)出打開與關閉指令便可工作于更高的層次。利用該測試設備，用戶可以指定各種類型的操作，并測量包括位置、電流和速度等各種性能參數(shù)。該設備以有效且用戶友好的方式處理執(zhí)行裝置的所需各種變異體，監(jiān)測并顯示各種單元類型的相應信息，并可以選擇將數(shù)據(jù)錄入到文件以供后續(xù)離線分析。所提供的系統(tǒng)還支持用戶選擇多種外部溫度和電壓，以供顯示和錄入使用，進而支持在錄入文件中維護測試環(huán)境的詳細記錄。還可以給每個測量參數(shù)設定一個用戶定義的失敗范圍，以提供單元的快速性能評估。

硬件配置
考慮到系統(tǒng)需要測量與產(chǎn)生的信號種類繁多，NI產(chǎn)品憑借其精度與靈活性，成為必然的選擇。我們選擇NI USB-6216 設備處理大量的信號接口。該設備利用其模擬和數(shù)字輸入與輸出的組合，以及兩個計數(shù)器/ 定時器，為系統(tǒng)提供了完美的基礎。作為一臺M系列設備，USB-6216提供了綽綽有余的精度水平，而USB外形尺寸與集成的端子模塊相結合，確保了設備的尺寸最小化。內置的隔離功能也確保了系統(tǒng)受保護，以免除意外的瞬間電流或施加到產(chǎn)品連接端子的不正確電壓。

我們利用NI USB-9211A 監(jiān)測外部熱電偶的輸入信號。再次強調，該M系列設備實現(xiàn)了該設備外形條件下的功能最大化。利用所需的最小空間，M系列設備提供了四個溫度值的測量，而且均通過同一個USB 端口進行控制。與所有的NI 硬件相似，NI 軟件開發(fā)環(huán)境的集成確保了對客戶需求的關注，而非不同系統(tǒng)組件間接口的管理。

除了上述硬件之外，我們還需要其他商業(yè)可用的PCI板卡形式的接口模塊，以監(jiān)測執(zhí)行裝置。隨板卡提供的LabVIEW 驅動程序，可以確保我們方便地將PCI 板卡集成到系統(tǒng)中。

考慮到PCI 板卡的需求，我們不得不尋找合適的PC。由于我們的最初需求是一個便攜式系統(tǒng)，所以我們選擇了一個堅固的、不帶有風扇的工業(yè)PC，它所占用的空間少于一臺標準臺式PC 空間的25%。同時為了滿足緊湊測試系統(tǒng)的需要，它提供了一個可以使用LabVIEW 開發(fā)環(huán)境的強健平臺。

為使系統(tǒng)完整自包含，該封裝還包含了一個電源，它為受測單元、一些用于單元控制與監(jiān)測的定制電路和一個系統(tǒng)降溫風扇提供能量。

最終解決方案如圖1 所示。前面板提供外部溫度輸入，而且可以方便地訪問工業(yè)PC 的狀態(tài)指示燈和USB 連接（詳見圖2）。

圖1.執(zhí)行裝置測試設備系統(tǒng)布局

圖2.執(zhí)行裝置測試設備前面板

軟件配置
我們以軟件的方式實現(xiàn)了相當一部分的系統(tǒng)功能特性。考慮到混合信號的性質和采用讓所有接口硬件都易于使用的驅動程序，LabVIEW 是該類型測試設備的自然選擇。

我們通過Conekt 公司內部NI 認證的開發(fā)人員，利用結構化方式設計該軟件，以確保最終結果有力可靠而且可以有效生成。

我們能夠利用我們的測試設備設計經(jīng)驗，以及LabVIEW 環(huán)境的靈活性與易于使用性，生成不僅易于使用而且功能豐富的用戶界面。在用戶界面背后，我們實現(xiàn)了一個生產(chǎn)者/ 消費者模式，以確保接口的響應能力不受任何階段的快速數(shù)據(jù)采集和錄入工作的影響。

我們利用ini 文件系統(tǒng)設計了系統(tǒng)配置的靈活特性，確?？蛻裟軌蚋鶕?jù)需要在未來某個時刻利用ini 文件的基于文本的直觀布局，增加或編輯執(zhí)行裝置的配置。為使系統(tǒng)性能的優(yōu)勢最大化，我們實現(xiàn)了兩種不同的數(shù)據(jù)錄入方式，而且這兩種方式可以同時采用。一種錄入文件格式記錄了測試數(shù)據(jù)的摘要，從而提供了單元性能在整個測試運行周期（這可能要持續(xù)數(shù)日）的概覽；而另一種記錄文件格式記錄了完整的運動描述文件，包含位置、電壓、電流和以200 赫茲頻率錄入的外部輸入數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)交付
我們按照嚴格的質量標準以及客戶指定的質量規(guī)程交付該系統(tǒng)。一組廣泛的驗收測試的定義和執(zhí)行，使我們的客戶相信所交付的每一個測試設備都滿足了特定的需求并符合其工作目的。