自动测试系统设计

自动测试系统自动测试系统2020/1/19教材与参考书教材：《计算机自动测试》，张毅刚，哈尔滨工业大学出版社，20052020/1/19教材与参考书参考书：1)自动测试系统，张毅刚，哈尔滨工业大学出版社2)自动测试及接口技术,陈长龄,机械工业出版社3)虚拟仪器技术规范与系统集成，赵会兵，清华大学出版社4)自动测试系统，张世箕，电子科技大学出版社5)电子仪器接口技术，杨安禄，电子科技大学出版社6)VXI总线测试平台技术，陈光禹，电子科技大学出版社7)自动测试接口技术，张忠亭，哈尔滨工业大学校内教材2020/1/191、课程意义课程：自动测试系统自动化测试与控制系1)测控技术与仪器专业的专业技术课2)适应目前培养宽口径人才的需要3)自动测试系统在实际中的应用被测对象复杂、参数多、测试速度和精度要求高教学内容反映学科的发展方向和最新的科研成果2020/1/19测量参数序号所测参数测量部位和测点数1温度12排气管道2;机油和冷却液4;空气滤进、出口2;散热器进、出口42压力6机油和冷却液2;车内气压1;进排气压2;燃油压力13转速和扭矩8发动机输出轴1;变速箱输入输出轴3;传动箱输入输出轴1;主动轮轴2;风扇轴14应力应变17扭力轴6;平衡肘6;传动箱体1;车体受力部件45流量7燃油和冷却液2;润滑系2;散热器进出口3表1某坦克装甲车辆工况参数表2020/1/19测量参数2续表1某坦克装甲车辆工况参数表序号所测参数测量部位和测点数5流量7燃油和冷却液2;润滑系2;散热器进出口36振动加速度26负重轮轴6;发动机体1;发动机座2;传动部件2;排气管1;车内底甲板6;车体顶部6;仪器支架27车体姿态228角位移6扭力轴69力4操纵杆力2;制动踏板1;牵引钩110噪声2车内声级2;车内声谱111车速1水上航速12020/1/19自动测试过程中使用的课程知识被测对象传感器信号调理信号采集数据处理反馈控制传感技术非电量测量…电路基础电子技术高频电子线路…自动控制…电子测量原理单片机微机原理智能仪器设计…信号与系统数字信号处理误差理论与数据处理计算机基础工程软件程序设计…自动测试系统发动机导弹雷达汽车…2020/1/19自动测试系统的应用国防：1)导弹全弹和单元测试；2)坦克、装甲车辆工况测试；3)机载雷达VXI总线自动测试系统；4)卫星自动测试系统2020/1/19自动测试系统的应用工业：1)数据采集与监控2)机械状况监视3)过程监控4)产品测试2020/1/19工业应用机械控制机械检测数据采集与控制振动监控机械状况检测数据记录与分析人与机械接口(HMI)Human-MachineInterface维修过程监视与控制电力监控2020/1/19PXI机箱2020/1/19PXI模块仪器PXI/CompactPCI模块仪器2020/1/19PXI/CompactPCI演示系统PXI/演示系统2020/1/19VXI演示系统PXI/CompactPCI模块仪器2020/1/19LXI仪器PXI/CompactPCI模块仪器2020/1/192、主要内容自动测试系统的关键技术是总线接口技术和软件。自动测试系统概论自动测试系统总线VXI、PXI、IEEE488LXIPC-DAQ仪器:PCI、ISA、RS232、USB、1394自动测试系统的软件VPP规范，仪器驱动程序、软面板、系统软件的设计。自动测试系统的集成2020/1/19目标:1)掌握自动测试系统的工作原理及特点2)了解自动测试系统核心技术（接口和总线、软件）3)掌握测试软件的编写4)重点掌握GPIB、VXI、PXI、LXI总线仪器的程控方法5)能正确选择仪器和测量控制器，并具有组建自动测试系统的能力2020/1/193、要求与考核平时要求：按时上下课按时完成作业与实验旷课三分之一取消成绩成绩记载：包括课堂出勤、随堂测试、作业、课堂实验和最后设计实验、实验报告如何学好这门课处理好考研与学习专业课的关系就业的需要第1章自动测试系统概论第1章自动测试系统概论1.1自动测试系统的概念1.2虚拟仪器概念、组成及分类1.3自动测试系统的组成1.4自动测试系统的发展2020/1/19测量、测试与仪器：测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。在所有的自然科学和工程技术领域的一切研究活动，都离不开测量。测试一般是指在生产和科学实验中的满足一定准确度要求的实验性测量过程。测试也可是指试验和测量的全过程。仪器是实现测量与测试的工具，是人们获取信息的重要手段。电子测量仪器：基于某种测量技术，利用电子器件和线路技术组成的装置，用以测量各种电磁参量或产生供测量用的电信号。1.1自动测试系统的概念2020/1/19自动测试系统:涉及的技术：传感器技术、现代检测技术、显示技术、控制技术、数字信号处理技术、计算机技术、超大规模集成电路技术(LSI)以计算机为核心，在程控指令下，能完成某种测试任务而组合起来的测量仪器和其它设备的有机整体。简称ATS(AutomaticTestSystem)测试项目多、测试范围广、测试对象复杂、参数种类繁多手动测试？？？2020/1/191.2.1虚拟仪器（VirtualInstrument，简写为VI）：在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义的具有虚拟面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器模拟传统仪器的控制面板，以多种形式输出检测结果；利用计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理；利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机自动测试系统。是计算机硬件资源、仪器与测试系统硬件资源和软件资源三者的有效结合。1.2虚拟仪器概念、组成和分类2020/1/19①虚拟仪器的面板是虚拟的1.2.2虚拟仪器的“虚拟”体现：2020/1/191.2.2虚拟仪器的“虚拟”体现2：②测试功能是由软件控制硬件来实现的电压表SH—ADCDSP示波器频谱仪DACADSP脉冲发生函数发生任意波发生虚拟仪器功能示意图15.60A2020/1/19虚拟仪器组成：通用仪器硬件平台和应用软件虚拟仪器组成计算机系统输出信号信号输入仪器硬件平台DACDSPADCMEM虚拟仪器基本要素示意图总线操作软件平台VXIbus、GPIB接口驱动软件仪器驱动器应用软件开发环境C、VB、LabViewLabwindows/CVI应用软件包2020/1/19虚拟仪器组成：通用仪器硬件平台和应用软件硬件平台：计算机、总线与I/O接口设备总线：连接计算机与各种程控仪器与设备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换。I/O接口设备：完成被测信号的采集、放大、A/D转换。当然也包括机械接插件、插槽、电缆等。虚拟仪器组成2020/1/19根据总线的类型不同，虚拟仪器的构成方式主要有以下几种类型虚拟仪器分类计算机接口电路GPIB仪器PXI模块VXI模块串行口仪器数据采集卡被测信号PC总线GPIB总线VXI总线PXI总线串行总线RS232、USB、1394、LXIPCI、ISA侧重于并行总线PCIExpress2020/1/191.3自动测试系统的组成自动测试系统包括五大部分：1.控制器：系统的指挥、控制中心。包括小型计算机、个人计算机、单片机、DSP。2.程控仪器、设备：能完成一定测试或控制任务的硬件。程控多用表、信号源、控制开关、伺服系统…2020/1/191.3自动测试系统的组成3.总线与接口：连接控制器与各种程控仪器、设备的通路，完成命令、数据的传输与交换。包括机械接插件、插槽、电缆等。2020/1/191.3自动测试系统的组成4.测试软件：为完成测试任务而编写的各种应用软件。如测试主程序、驱动程序、测试结果打印程序、I/O程序。2020/1/191.3自动测试系统的组成5.被测对象：如坦克、飞机、导弹、卫星、雷达、大型通讯交换机、手机等，需要通过电缆、接插件等与程控仪器、设备相连。自动测试系统的概念：以计算机为核心，在程控指令下，能完成某种测试任务而组合起来的测量仪器和其它设备的有机整体。自动测试系统的组成：控制器、程控仪器及设备、总线与接口、测试软件、被测对象现代自动测试系统模型的构造要素:可程控测试仪器、测试控制机、互联标准数字接口和软件系统2020/1/191.4自动测试系统的发展开始于1956年美国解决军方设备电子维护问题1.4.1第一代自动测试系统常见的是：数据采集系统和自动分析系统扫描器AD打印机定时控制器：模拟信号采用了逻辑定时设计，没有解决系统中各设备间连接的接口标准问题。数据采集系统框图2020/1/19第一代自动测试框图…计算机接口处理器外设外设器件1器件n器件接口1器件接口n计算机接口接口安装在一块印刷电路板上，但系统的组建者必须自行解决各个器件之间的接口和相关问题。2020/1/191.4.2第二代自动测试系统特点：采用了标准的硬件接口。具有代表性的是：IEEE488(GPIB)标准接口CAMAC标准接口CAMAC(ComputerAutomatedMeasurementAndControl计算机自动测量与控制)CAMAC标准接口：1969年欧洲电子学标准化委员会正式公布，1975年IEEE、IEC接受为IEEE583、IEC516标准。特点：标准化程度高、规模大、数据传输速率较高，用于宇航、核工业、国防、工业自动化领域。缺点：造价昂贵、总线没有专门用于仪器的触发线、屏蔽线等，受当时计算机水平的限制。2020/1/191.4.2第二代自动测试系统IEEE488(GPIB)标准接口：HP公司1972年提出，1975、1977年分别被IEEE、IEC接受为IEEE488、IEC625标准。凡按IEEE488标准接口设计的可程控电子测量设备，不论出自何厂都可用标准总线连接起来。计算机接口被测对象程控电源接口程控测量系统接口IEEE4882020/1/191.4.2第二代自动测试系统第二代自动测试系统三大支柱：计算机、可程控测量仪器、IEEE488等标准接口总线第二代自动测试系统特点：测量过程高度自动化。在很大程度上提高了测试速度和精度。软件上用可以多次测量和统计平均方法消除系统噪声的影响。可改变、增加或减少测试内容，并能改建、拆散和重建系统。2020/1/191.4.2PC-DAQ仪器随着计算机的和智能仪器的普及，系统存在冗余问题。如显示、存储器、键盘等。1982年，出现了与个人计算机配合使用的智能仪器（个人仪器）。1984年，出现了插卡式仪器，由个人计算机向外引出扩展箱或扩展底板。没有解决软件标准问题。个人计算机仪器总线接口PC仪器模块PC仪器接口PC仪器模块PC仪器接口电源PC总线2020/1/191.4.3第三代自动测试系统VXIVXIbus-VMEbuseXtensionsforInstrumentationVME总线在仪器领域的扩展。满足了自动测试系统向标准化、自动化、模块化、便携式方向发展的要求。VXI总线被称为新一代仪器接口总线，标志着测量和仪器系统进入一个崭新的阶段。2020/1/19VXI测试系统图2020/1/19VXI总线自动测试系统的特点20世纪90年代乃至21世纪的新型总线，具有如下特点：1.测试仪器模块化。2.32位数据总线，数据传输速率高。基本40MB/s,本地总线1GB/s3.系统可靠性高，可维护性好。MTBF(平均无故障时间)107小时，MTTR(平均修复时间)小于15分钟4.电磁兼容性好。供电、冷却、电磁屏蔽、底板信号传输5.通用性强、标准化程度高硬件标准化、软件标准化（IEEE488.2、SCPI、VPP规范）6.灵活性强、兼容性好三种(B,C,D)机箱、四种(A,B,C,D)模块、四种(8,16,24,32)数据传输方式2020/1/19PXI自动测试系统PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）PCI总线在仪器领域的扩展。1997年10月，美国NI(NationalInstruments)将CompactPCI规范定义的PCI总线技术拓展为适合于仪器与测试