一种基于PXI总线的遥测系统外接口通用等效器

摘要

一种基于PXI总线的遥测系统外接口通用等效器，包括PXI仪器组合模块、信号调理组合模块以及接口适配器，其中PXI仪器组合模块包括零槽控制器、万用表板卡、多路复用板卡、D/A板卡、继电器板卡、FPGA板卡以及定时器/计数器板卡。其中PXI仪器组合模块和信号调理组合模块为通用平台，接口适配器为型号专用部分。本发明采用通用平台加专用适配器架构，其中通用平台输出模拟量、指令、数字量以及相序等信号，而接口适配器则根据各个型号接口连接器类型及物理定义进行差异化设计，将通用平台的信号进行裁减与转接，实现了对遥测系统对外接口的统一测试。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于PXI总线的遥测系统外接口通用等效器，属于运载火箭测量系统测试领域。

背景技术

当前运载火箭遥测系统的外接口一般指与控制系统、利用系统、伺服系统等其他电气系统的电气接口。该接口测试一般分别采用交直流、指令、数字量等类型的信号测试台进行独立测试，效率低下、自动化程度低、通用性差、成本高。也有部分高校开始研究等效器，如2015年第8期的仪器仪表装置中给出了一种等效器，主要包括双模通信接口板、背板、模拟信号板、指令信号板、数字量信号板、脉冲信号板，实现外系统等效器的信号源功能。该等效器本质上是所有类型的信号集成到一个设备中，若扩展到其他型号，由于资源与点位不可扩展，只有工控机不变，信号源设备仍然需要重新生产，不具备灵活、通用易扩展特点，同时也存在架构速率低、扩展性差、维护成本高等问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于PXI总线的遥测系统外接口通用等效器，提高了测试的自动化程度和效率，降低了测试和维护成本，可灵活扩展适用于多型号测试。

本发明的技术解决方案是：一种基于PXI总线的遥测系统外接口通用等效器，包括PXI仪器组合模块、信号调理组合模块以及接口适配器；

PXI仪器组合模块包括零槽控制器、万用表板卡、多路复用板卡、D/A板卡、继电器板卡、FPGA板卡以及定时器/计数器板卡；

零槽控制器：控制PXI仪器组合模块中各个板卡的启动，向相应板卡输出遥测系统对外接口功能的预期设计值，接收来自遥测系统反馈的数据，通过比对预期设计值和遥测系统反馈的数据，判断遥测系统对外接口功能的设计是否正确；

D/A板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统交直流模拟量参数预期设计值，将其转换为模拟量源信号，输出给信号调理组合模块和多路复用板卡；

多路复用板卡：将来自D/A板卡的模拟量源信号转发给万用表板卡；

万用表板卡：测量来自多路复用板卡的模拟量源信号对应的实际电压值；

继电器板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统指令参数预期设计值，将其转换为指令源信号，输出给信号调理组合模块；

FPGA板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统数字量参数预期设计值，将其转换为数字量源信号，输出给信号调理组合模块；

定时器/计数器板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统相序信号预期设计值，将其转换为相序源信号，输出给信号调理组合模块；

信号调理组合模块：分别将接收到的模拟量源信号、指令源信号、数字量源信号以及相序源信号调理至模拟量信号、指令信号、数字量信号以及相序信号，使每路信号的电压和驱动能力满足遥测系统要求，并将调理后的信号输出给接口适配器；

接口适配器：将来自信号调理组合模块的模拟量信号、指令信号、数字量信号以及相序信号转发给遥测系统相应的对外接口。

所述信号调理组合模块包括D/A调理子模块、继电器调理子模块、FPGA调理子模块以及定时器/计数器调理子模块。

所述D/A调理子模块包括运算放大器A、运算放大器B、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻Rf，电阻R1的一端连接模拟量源信号，另一端同时与运算放大器A的反相输入端以及电阻Rf的一端连接，电阻Rf的另一端与运算放大器A的输出端连接，运算放大器A的正相输入端通过电阻R3接地，运算放大器A的输出端通过电阻R2与运算放大器B的正相输入端连接，运算放大器B的反相输入端与输出端连接，同时运算放大器B的输出端与接口适配器连接。

所述继电器调理子模块包括带电指令调理子模块和不带电指令调理子模块，所述带电指令调理子模块由一个28V电源组成，28V电源正端与继电器板卡一端连接，继电器板卡另一端与接口适配器连接，28V电源负端通过接口适配器与遥测系统连接；不带电指令调理子模块直接将继电器板卡两端与遥测系统连接。

所述FPGA调理子模块由54LS06反相缓冲器芯片组成，54LS06反相缓冲器芯片的输入端与数字量源信号连接，54LS06反相缓冲器芯片的输出端与接口适配器连接。

所述定时器/计数器调理子模块有三个54LS06芯片组成，每路相序源信号的正端通过54LS06芯片与接口适配器连接，负端直接与遥测系统连接。

所述接口适配器包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、三个阻值相同的电阻R7；

电阻R4与D/A调理子模块的输出端连接，电阻R5与继电器板卡连接，电阻R6与FPGA调理子模块的输出端连接；每个电阻R7与定时器/计数器调理子模块的一个输出端连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用通用平台加专用适配器架构，其中通用平台输出模拟量、指令、数字量以及相序等信号，而接口适配器则根据各个型号接口连接器类型及物理定义进行差异化设计，将通用平台的信号进行裁减与转接，实现了对遥测系统对外接口的统一测试。

(2)由于采用PXI总线仪器组合模块作为通用平台核心设备，其数量众多的货架产品资源是实现低成本的因素之一，因此该通用平台是实现自动化测试与低维护成本的手段。而通过相应型号接口适配器即可满足不同型号测试要求。

(3)本发明能够一次连接完成全部对外接口的测试,测试流程自动执行,测试数据自动判读,无须人工干预，极大提高了测试效率。通过通用平台的谁及，覆盖多型号状态,能动态应对箭上状态的调整，具有较高灵活性。

附图说明

图1为本发明通用等效器组成框图；

图2为D/A调理子模块电路图；

图3为继电器带电调理子模块电路图；

图4为继电器不带电调理子模块电路图；

图5为FPGA调理子模块电路图；

图6为定时器/计数器调理子模块电路图。

具体实施方式

针对现在多型号遥测系统外接口测试设备种类多，扩展性差、成本高等特点，本发明设计一种基于PXI总线的遥测系统外接口通用等效器，可灵活扩展适用于多型号测试，运载火箭遥测系统在进行分系统测试时，本发明的通用等效器模拟发送外接口信号给遥测系统，通过回读并解析遥测数据包，判读遥测系统对外接口的测量功能是否正确。

如图1所示，本发明包括PXI仪器组合模块、信号调理组合模块以及接口适配器。PXI仪器组合模块包括零槽控制器、万用表板卡、多路复用板卡、D/A板卡、继电器板卡、FPGA板卡以及定时器/计数器板卡。

其中PXI仪器组合模块和信号调理组合模块为通用平台，接口适配器为型号专用部分，本发明等效器工作方式为通过软件控制PXI仪器组合模块上D/A板卡、FPGA板卡、继电器板卡、定时器板卡配置与输出大小，其中D/A板卡输出交直流模拟量电压信号、FPGA板卡输出数字量信号、继电器板卡输出开关等信号、定时器/计数器板卡输出方波信号，经过信号调理组合模块与接口适配器，模拟外系统的交直流、指令、数字量、相序等信号，通过外系统接口接入遥测系统。

零槽控制器：控制PXI仪器组合模块中各个板卡的启动，向相应板卡输出遥测系统对外接口功能的预期设计值，接收来自遥测系统反馈的数据，通过比对预期设计值和遥测系统反馈的数据，判断遥测系统对外接口功能的设计是否正确。如向D/A板卡输出1V电压，采集遥测系统回传数据，如果回传为1V(或者有偏差，但是在允许范围内)，则认为交直流参数采集功能正确，否则不正确。

D/A板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统交直流模拟量参数预期设计值(通过软件可在线控制D/A口输出信号波形、频率、大小，实现类似于陀螺电压、激磁电压等信号的模拟)，将其转换为模拟量源信号，输出给信号调理组合模块和多路复用板卡。

多路复用板卡：将来自D/A板卡的模拟量信号转发给万用表板卡。万用表板卡：测量来自多路复用板卡的模拟量信号对应的实际电压值，比对模拟量信号预期设计值和实际电压值之间的差值，可用于对模拟量信号的自检与校准。

继电器板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统指令参数预期设计值(通过软件可在线控制开关闭合，通断，实现类似于耗尽关机指令等信号的模拟)，将其转换为指令源信号，输出给信号调理组合模块。

FPGA板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统数字量参数预期设计值(通过软件控制I/O口输出脉冲的占空比、频率，实现类似于陀螺脉冲等信号的模拟)，将其转换为数字量源信号，输出给信号调理组合模块。

定时器/计数器板卡：启动后，接收零槽控制器输出的遥测系统相序信号预期设计值(通过软件可在线控制信号相位差、占空比、数量等，实现类似于电机脉冲相序等信号的模拟)，将其转换为相序源信号，输出给信号调理组合模块。

信号调理组合模块：分别将接收到的模拟量源信号、指令源信号、数字量源信号以及相序源信号调理至模拟量信号、指令信号、数字量信号以及相序信号，使每路信号的电压和驱动能力满足遥测系统要求，并将调理后的信号输出给接口适配器。

接口适配器：将来自信号调理组合模块的模拟量信号、指令信号、数字量信号以及相序信号转发给遥测系统相应的对外接口。

信号调理组合模块包括D/A调理子模块、继电器调理子模块、FPGA调理子模块以及定时器/计数器调理子模块。接口适配器包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、三个阻值为100欧的电阻R7。

如图2所示，D/A调理子模块包括运算放大器A、运算放大器B、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻Rf，电阻R1的一端连接模拟量源信号，另一端同时与运算放大器A的反相输入端以及电阻Rf的一端连接，电阻Rf的另一端与运算放大器A的输出端连接，运算放大器A的正相输入端通过电阻R3接地，运算放大器A的输出端通过电阻R2与运算放大器B的正相输入端连接，运算放大器B的反相输入端与输出端连接，同时运算放大器B的输出端与接口适配器的电阻R4连接。

继电器调理子模块包括带电指令调理子模块和不带电指令调理子模块，如图3所示，带电指令调理子模块由一个28V电源组成，28V电源正端与继电器板卡一端连接，继电器板卡另一端与接口适配器的电阻R5连接，28V电源负端通过接口适配器与遥测系统连接。如图4所示，不带电指令调理子模块直接将继电器板卡两端与遥测系统连接。

如图5所示，FPGA调理子模块由54LS06反相缓冲器芯片组成，54LS06反相缓冲器芯片的输入端与数字量源信号连接，54LS06反相缓冲器芯片的输出端与电阻R6连接。

如图6所示，定时器/计数器调理子模块有三个54LS06芯片组成，相序A源信号的正端通过54LS06芯片与一个电阻R7连接，负端直接与遥测系统连接。相序B源信号的正端通过54LS06芯片与一个电阻R7连接，负端直接与遥测系统连接。相序C源信号的正端通过54LS06芯片与一个电阻R7连接，负端直接与遥测系统连接。

通用平台采用Labview状态机来实现自动流程来，自动流程控制所有测试过程。状态机不仅可以使程序中多事件之间的逻辑关系更简洁明了，同时它强大的错误处理能力、用户选择测试、条件执行等功能使多事件间的逻辑关系处理变得更为简单。一般可以用状态图来对一个状态机精确地描述。Labview状态机由一个Whi le主循环和一个case结构组成，并利用位寄存器来实现状态的跳转。

“初始化”进行仪器初始化的操作；“空闲复位”一种过渡状态，用于和用户打交道的状态；“激励准备”为激励信号输出前的准备操作，比如通道切换、延时等待等；“激励信号输出”为D/A、指令、数字量等接口激励信号的输出控制；“采集前状态”为A/D模块、万用表模块的信号采集准备；“采集信号”为信号采集；“判读”为对单步测试结果的判读，并决定下一步跳转状态。

实施例：

D/A板卡选用NI PXI6723，该板卡为32路D/A输出，电压范围为-10v-10v，因此板卡数量n应该满足32*n>遥测系统直流信号数量，例如某型号需要直流信号100路，则n选为4共128路D/A板卡信号源，大于所需100路，然后根据遥测系统直流信号电压范围来确定信号调理组合模块倍数G，从而满足10G>信号电压最大值。

继电器板卡选用NI PXI-2569，该板卡为100路继电器开关输出，输出特性为通或断，因此板卡数量n应该满足100*n>遥测系统指令数量，例如某型号需要指令信号50路，则n选为1共100路继电器卡信号源，大于所需50路，然后根据指令为带电指令或不带电指令来选择多少路开关通道进入带电调理，多少路开关为直接短接。

FPGA板卡选用NI PXI-7841R，该板卡为90路I/O输出的FPGA，输出特性为I/O可配置，内部可使用逻辑编程语言进行在线编写，适合数字量信号的激励源产生，因此板卡数量n应该满足90*n>遥测系统数字量数量，例如某型号需要数字量信号30路，则n选为1共90路FPGA卡信号源，大于所需30路，然后根据数字量信号中脉冲数字量和计算机字数字量数量来决定多少进入脉冲调理，多少进入计算机字调理。

定时器/计数器板卡选用NI PXI-6608，该板卡为8路定时器模块，输出特性为I/O方波可配置占空比和周期，因此板卡数量n应该满足8*n>遥测系统相序信号数量,例如某型号需要相序信号3路，则n选为1共8路定时器/计数器卡信号源，大于所需3路，。

零槽控制器内部软件采用Labview工具实现，这样可以直接无缝操作NI PXI板卡，内部采用状态机模式，这样可以严格控制流程走向。当系统开始状态机时进入初始状态，接着进入读取配置状态，完成相应的D/A模块、继电器模块、FPGA模块或定时器模块板卡配置；接着进入输出激励信号状态，操作相应的D/A模块、继电器模块、FPGA模块或定时器模块的信号输出控制，将当前步骤所需输出的激励信号输出，然后进入读取遥测系统返回值状态；在读取返回值状态中，将波道的回采值读取回来，并判读遥测系统对外接口功能的设计是否正确，然后根据是否到达流程最后来判断是进入下一步的输出激励信号状态还是结束状态；在结束复位状态，完成信号的复位，并根据用户选择是否重新开始新的测试流程，即重新进入读取配置状态。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的方法仅是示意性，而不是限制性的，本领域普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，做出的其他形式也均属于本发明的保护之内。