CN105676837B - 一种基于异构并行多总线的地面验证平台 - Google Patents

一种基于异构并行多总线的地面验证平台 Download PDF

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    • G05B2219/25051—For serial communication a separate clock and data line

Abstract

本发明公开了一种基于异构并行多总线的地面验证平台，将测试分为多个区域，一个区域分配一个机柜，采用以太网总线与工作站组成局域网。而对每一个机柜则分为信号源产生的PXI机箱以及信号调理机箱，采用嵌入式控制器对信号源板卡进行参数、产生和控制命令传输，同时，信号调理继续也采用模块化的信号调理板卡进行模拟信号的调理，同时设计模拟数字总线，并通过模拟数字总线背板完成模拟信号的交互，通过控制板卡完成控制信号、显示信号的选择。这样可以根据需要灵活增加测试区域、测试功能、实现了模块化、可重构、可扩展的结构设计。

Description

一种基于异构并行多总线的地面验证平台
技术领域
本发明属于测试验证技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于异构并行多总线的地面验证平台。
背景技术
飞机在设计和试验过程中需要试验测试大量参数，对于飞机上的机载测试系统只有经过了地面验证平台的充分验证之后才能够用于正式的试验测试，飞机才能进行试飞。因此，一个更加适应当前飞机试飞需求的地面验证平台才能更好地适应当前需求发展。
地面验证平台不仅可以验证机载测试系统是否能够满足飞机试飞时的测试指标要求，也能够在一定程度上模拟飞机在真实试飞情况下的工作状况(包括突发状况)，从而检验机载测试系统的各种工作状况，并做出综合的评估。
地面验证平台主要由工作站、模拟信号源系统、测试采集系统等几部分组成。工作站是总控制器，模拟信号源系统是验证平台所有验证信号的来源，测试采集系统就是机载测试系统。由于飞机需要测试的参数数量较大，如何构建一种模块化、可重构、可扩展的地面验证平台，是当前研究的一个重点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于异构并行多总线的地面验证平台，建立一种模块化、可重构、可扩展的验证结构。
为实现上述发明目的，本发明基于异构并行多总线的地面验证平台，包括：
作为控制部分的工作站，用于设置各种输出模拟信号的参数；
作为信号源部分的模拟信号源系统，用于执行工作站的命令，并根据工作站设置的各种输出模拟信号参数，产生相应的模拟信号；
作为采集部分的测试采集系统，用于采集模拟信号源系统输出的模拟信号并产生相应的验证数据，传输到工作站进行分析；
其特征在于:
所述的模拟信号源系统包括至少一个机柜，每个机柜包括一个PXI机箱、一个信号调理机箱以及一个测试面板；一个机柜对应飞机的一个区域的机载测试系统；
所述的PXI机箱包括一嵌入式控制器以及符合PXI总线规范的各种(多个)插入式标准功能板卡(信号源板卡)；
工作站与各机柜中PXI机箱内的嵌入式控制器组成一个局域网，工作站通过以太网将工作站设置的各种输出模拟信号的参数和各种输出模拟信号的产生、控制命令传输给各机柜中PXI机箱内的嵌入式控制器，嵌入式控制器再通过PXI总线将各种输出模拟信号的参数和各种输出模拟信号的产生、控制命令发送给各自的插入式标准功能板卡，从而产生相应的模拟信号以及控制信号；
所述的信号调理机箱包括控制板以及若干信号调理板卡，每块信号调理板后端的信号输入插座分别接收来自各种插入式标准功能板卡的模拟信号，经调理即信号的放大或衰减、信号的分路和汇接、信号的切换或滤波后送往调理板前端的信号输出插座；
控制板中包括控制信号选择电路以及信号选择电路，控制信号选择电路用于选择控制信号的来源，即选择来自于标准功能板卡的控制信号还是来自于测试面板上的控制信号，并输出控制选择信号，来自于标准功能板卡的控制信号与来自于测试面板上的控制信号以及控制选择信号组成信号选择控制总线，送入各调理板中，对信号调理参数进行控制；信号选择电路用于选择来自信号调理板输出的信号，将每种信号类型的一个通道输出信号选择出来用于显示，所有信号调理板输出的信号以及选择出的输出信号组成模拟信号总线；
所述的测试面板包括真实传感器接入端口、控制信号设置模块以及显示模块，其中，真实传感器接入端口与真实传感器连接，并将真实传感器的输出的传感器信号输入到信号调理板上，所有的传感器信号组成传感器信号总线，控制信号设置模块用于手动设置信号调理参数并输出相应的控制信号到信号选择控制总线，显示模块用于显示信号选择电路选择的模拟信号；
所述的信号选择控制总线、模拟信号总线、传感器信号总线构成模拟数字总线，在信号调理机箱有若干卡槽，调理板插入卡槽中，各信号调理信号板通过模拟数字总线背板与模拟数字总线连接，其中，模拟数字总线背板也是可以自定义的交互中间电路板，信号调理板通过它进行模拟信号交互。
本发明的目的是这样实现的。
本发明基于异构并行多总线的地面验证平台，将测试分为多个区域，一个区域分配一个机柜，采用以太网总线与工作站组成局域网。而对每一个机柜则分为信号源产生的PXI机箱以及信号调理机箱，采用嵌入式控制器对信号源板卡进行参数、产生和控制命令传输，同时，信号调理继续也采用模块化的信号调理板卡进行模拟信号的调理，同时设计模拟数字总线，并通过模拟数字总线背板完成模拟信号的交互，通过控制板卡完成控制信号、显示信号的选择。这样可以根据需要灵活增加测试区域、测试功能、实现了模块化、可重构、可扩展的结构设计。
附图说明
图1是本发明本发明基于异构并行多总线的地面验证平台一种具体实施方式整体结构组成框图；
图2是图1所示的一个机柜(区域)模拟信号执行结构示意图；
图3是图1所示地面验证平台中模拟数字总线与模拟数字总线背板的连接关系示意图；
图4是图1所示地面验证平台中模拟数字总线与测试面板的连接关系示意图；
图5是图1所示地面验证平台中模拟数字总线的关系示意图；
图6是LVDT传感器接入示意图；
图7是时钟同步和信号同步触发连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
1、地面验证平台总体结构
在本实施例中，如图1所示，本发明基于异构并行多总线的地面验证平台由控制部分的工作站1、信号源部分的模拟信号源系统2和采集部分的测试采集系统3三部分构成。
控制部分的功能是在工作站1上设置各种输出模拟信号的参数，例如电压幅值、频率、阻值等，并通过以太网将工作站的输出模拟信号参数和输出模拟信号产生、控制命令传输给模拟信号源系统2的各机柜中PXI机箱内的嵌入式控制器。在本实施例中，如图1所示，测试分为五个区域即机头、机身、左机翼、右机翼及机尾进行，即模拟信号源系统2包括五个机柜。
信号源部分的功能是模拟信号源系统2通过嵌入式控制器接收工作站1的输出模拟信号参数和产生、控制命令，执行工作站1的这些命令，结合输出模拟信号参数产生各种模拟信号，如通用电压、热电偶、应变、L/RVDT、热电阻、电位计、开关量等信号，然后通过信号调理电路输出到机载测试系统即测试采集系统3使用。
采集部分的功能是测试采集系统3将信号源部分产生的模拟信号进行采集，然后传输到工作站1进行分析。工作站1通过AFDX网络控制各个区域的测试采集系统3。具体做法是：
(1)、地面验证平台工作站与各个区域机柜之间局域网总线结构
工作站1与模拟信号员系统2即各区域机柜中PXI机箱内的嵌入式控制器组成一个局域网。PXI机箱内的嵌入式控制器有网络接口，它们与工作站1之间通过以太网组成内部局域网，传递产生、控制命令和输出模拟信号的参数数据。测试采集系统3使用AFDX网络接收工作站1的命令。AFDX是针对大型客机飞行关键项目和乘客娱乐等设施的复杂航空电子系统的不断增加，需要大量增加飞机上的航空总线的带宽、提高服务质量等问题，而专门用于航空电子全双工通信以太网交换的解决方案。
(2)、PXI机箱内部总线结构
在本实施例中，PXI机箱采用PXI/e总线标准，内带计算机主板和电源、多个插入式标准功能板卡(信号源板卡)。各板卡均符合PXI总线规范，通过PXI总线进行通信。PXI机箱中插入式标准功能板卡的位置可以互换，且由软件自动识别和配置。图1中的各个PXI机箱的功能板的种类和数量都是示意性质的，实际的比这个数量要多。
(3)、信号调理机箱内部总线结构
信号调理的功能是完成标准功能板卡输出模拟信号的放大或衰减、信号的分路和汇接、信号的切换或滤波等。信号调理按功能划分为若干种调理板卡，插入到信号调理机箱内，机箱背后安装一块模拟数字总线母板，各信号调理信号板卡通过自定义的模拟数字总线连接，进行数据通信和信号传输。每块调理板后端的信号输入插座分别接收来自插入式标准功能板卡的输出模拟信号的参数和产生、控制命令，输出模拟信号经调理后送往调理板前端的信号输出插座，再送往测试采集系统。
(4)、测试面板
测试面板用于真实传感器信号的输入、选择输出信号的显示以及收到控制信号的输入。在图1中，为了图面的简洁，只画出了机头部分的测试面板框图，其他四个部分的未画出。
2、信号源部分
如图1所示，信号源部分按照区域为五个部分(机柜)，每个部分都是由PXI机箱、信号调理机箱以及测试面板构成，PXI机箱产生各种模拟信号，信号调理机箱对各种产生的模拟信号进行信号调理，并提供给测试采集系统使用。在信号调理机箱，各种模拟信号通过模拟数字总线背板进行信号交互并转接到测试面板。
PXI机箱由嵌入式控制器以及各种插入式标准功能板卡，如小电压板卡、热电阻板卡、LVDT板卡、RVDT板卡、电位计板卡、开关量板卡、同步触发和时钟同步板卡等组成。嵌入式控制器接收工作站的命令，根据要求实施对各种插入式标准功能板卡(信号源板卡)的集中控制，其参数包括信号源参数、速率和通道的数量等。
信号调理机箱接收到插入式标准功能板卡的信号后，经过信号调理板卡将其输出到测试采集系统使用。在本实施例中，如图1所示，信号源部分根据验证平台结构分为五个区域，每个区域的结构示意图如图2所示。工作站将各种输出模拟信号的参数通过以太网传输给嵌入式控制器，嵌入式控制器再控制不同类型的插入式标准功能板卡(信号源板卡)输出设定的模拟信号。具体而言，电压板卡用于模拟通用电压传感器信号，热电偶板卡用于模拟热电偶传感器信号，应变板卡用于模拟应变传感器信号，L/RVDT板卡用于模拟L/RVDT传感器信号，电位计板卡用于模拟电位计传感器信号，开关量板卡用于模拟开关量传感器信号，热电阻板卡和分档位电阻用于模拟热电阻传感器信号。此外，在本实施例中，为了实现各个插入式标准功能板卡(信号源板卡)的同步，还增加有同步板卡和触发板卡。
在本实施例中，信号调理机箱里面有各种信号的调理板卡，包括通用电压、热电偶和应变信号经过信号调理并根据实际需要进行复用，其他信号通过信号调理后直接传输到汇接面板，信号调理保证信号的传输质量，测试采集系统通过汇接面板上的汇接装置接收信号。
3、模拟数字总线
模拟数字总线背板是自定义的交互中间电路板，也是信号调理板进行信号交互的主要电路板。模拟数字总线背板使用CPCI连接器，包括模拟信号总线、信号选择控制总线、传感器信号总线。信号调理板卡、测试面板与总线背板连接示意图如图4所示，模拟数字总线与测试面板的连接如图5所示。
信号调理板板卡从模拟数字总线背板上得到电源，电源总线有：+5V、DGND、-15V、+15V和AGND。
模拟数字总线的关系如图6所示即选择来自于标准功能板卡的控制信号还是来自于测试面板上的控制信号，并输出控制选择信号，来自于标准功能板卡的控制信号与来自于测试面板上的控制信号以及控制选择信号组成信号选择控制总线，送入各调理板中，对信号调理参数进行控制；信号选择电路用于选择来自信号调理板输出的信号，将每种信号类型的一个通道输出信号选择出来用于显示，例如大电压信号调理板卡不只一块，显示电路板每次对一种类型信号的一个通道进行显示。所有信号调理板输出的信号以及选择出的输出信号组成模拟信号总线。
模拟数字总线背板主要功能是进行信号调理板之间的信号交互，与测试面板上的显示电路板进行信号传输，将真实传感器信号接入。模拟数字总线分为：模拟信号总线、信号选择控制总线、传感器信号总线。模拟信号总线和信号选择控制总线是针对大电压、小电压和L/RVDT3种信号控制和选择。
在本实例例中，模拟数字总线具体情况如下：
模拟信号总线：
1.通用大电压监测总线(2线制)，AO+、AO-；
2.通用大电压监测输出线，AO1+、AO2+、AO3+、AO4+、AO5+、AO6+、AO7+、AO8+；
3.通电大电压监测地，GND1、GND2、GND3、GND4；
4.小电压监测输出线1(2线制)，AO0.1+、GND0.1；
5.小电压监测输出线2(2线制)，AO0.2+、GND0.2；
6.小电压监测输出线3(2线制)，AO0.3+、GND0.3；
7.应变调理信号传输线1(2线制)，StrAI1+、StrAI1-；
8.应变调理信号传输线2(2线制)，StrAI2+、StrAI2-；
9.应变调理信号传输线3(2线制)，StrAI3+、StrAI3-；
10.应变调理信号传输线4(2线制)，StrAI4+、StrAI4-；
11.通用小电压信号传输线(2线制)，XVAI+、XVAI-；
12.热电偶信号传输线(2线制)，TAI+、TAI-；
13.小信号频率测量线1(2线制)，XFAO0.1+、XFAO0.1-；
14.小信号频率测量线2(2线制)，XFAO0.2+、XFAO0.2-；
15.小信号频率测量线3(2线制)，XFAO0.3+、XFAO0.3-；
16.小信号频率测量线(2线制)，XFAO+、XFAO-；
17.小电压监测输出总线(2线制)，XVAO+、XVAO-；
18.L/RVDT监测总线(2线制)，L/RVDTAO+、L/RVDTAO-；
19.L/RVDT激励监测总线(2线制)，L/RVDTAI+、L/RVDTAI-；
信号选择控制总线：
1.大电压手控/程控总线(1线制)，DVCONVERT；
2.测试面板输出的大电压的控制总线(7线制)，P7、P6、P5、P4、P3、P2、P1；
3.控制板输出的大电压的控制总线(7线制)，PO7、PO6、PO5、PO4、PO3、PO2、PO1；
4.监测大电压信号的控制总线(7线制)，PI7、PI6、PI5、PI4、PI3、PI2、PI1；
5.小电压手控/程控总线(1线制)，XVCONVERT；
6.测试面板输出的小电压的控制总线(7线制)，P0.7、P0.6、P0.5、P0.4、P0.3、P0.2、P0.1；
7.控制板输出的小电压的控制总线(7线制)，PO0.7、PO0.6、PO0.5、PO0.4、PO0.3、PO0.2、PO0.1；
8.监测小电压信号的控制总线(7线制)，P0.7、P0.6、P0.5、P0.4、P0.3、P0.2、P0.1；
9.L/RVDT手控/程控总线；
10.测试面板输出的L/RVDT的控制总线(5线制)，P0.5、P0.4、P0.3、P0.2、P0.1；
11.控制板输出的L/RVDT的控制总线(5线制)，PO0.5、PO0.4、PO0.3、PO0.2、PO0.1；
12.监测L/RVDT信号的控制总线(5线制)，PI0.5、PI0.4、PI0.3、PI0.2、PI0.1；
在本实施例中，所述的控制选择信号包括大电压手控/程控总线、小电压手控/程控总线以及L/RVDT手控/程控总线，分别用于选择测试面板上的控制信号/标准功能板卡的控制信号相应的总线有效。
传感器信号总线：
1.通用大电压传感器信号线(4线制)，DVSensorAI+、DVSensorAI-、DVSensorAO+、DVSensorAO-；
2.通用小电压传感器信号线(4线制)，XVSensorAI+、XVSensorAI-、XVSensorAO+、XVSensorAO-；
3.热电偶传感器信号线(2线制)，TSensorAO+、TSensorAO-；
4.应变传感器信号线(4线制)，StrSensorAI+、StrSensorAI-、StrSensorAO+、StrSensorAO-；
5.开关量传感器信号线(4线制)，SwtSAI+、SwtSAI-、SwtSAO+、SwtSAO-；
6.LVDT传感器信号线(4线制)，LVDTSAI+、LVDTSAI-、LVDTSAO+、LVDTSAO-；
7.RVDT传感器信号线(4线制)，RVDTSAI+、RVDTSAI-、RVDTSAO+、RVDTSAO-；
8.电位计传感器信号线(3线制)，PoSAI+、PoSAI-、PoSAO+；
9.热电阻传感器信号线(4线制)，REDSAI+、REDSAI-、REDSAO+、REDSAO-；
10.通用大电压传感器信号切换信号，DVControl；
11.通用小电压传感器信号切换信号，XVControl；
12.热电偶传感器信号切换信号，TControl；
13.应变传感器信号切换信号，StrControl；
14.开关量传感器信号切换信号，SwtControl；
15.L/RVDT手控/程控线(1线制)，LRCONVERT；
16.LVDT传感器信号切换信号，LVDTControl；
17.RVDT传感器信号切换信号，RVDTControl；
18.电位计传感器信号切换信号，PoControl；
19.热电阻传感器信号切换信号，REDControl；
真实传感器接入总线，每种信号类型中有一路信号通道，通过切换开关选择此通道的信号来源。每个区域都有真实传感器接入，共有大电压传感器接入、小电压传感器接入、热电偶传感器接入、应变传感器接入、LVDT传感器接入、RVDT(Rotary VariableDifferential Transformer，旋转可变差动变压器)传感器接入、热电阻传感器接入、电位计传感器接入和开关量传感器接入9种传感器接入。以LVDT(Linear VariableDifferential Transformer，线性可变差动变压器)传感器接入总线为例，示意图如图6所示，图中1、2、3、4、5为经过模拟数字总线背板的信号。1为LVDTSAI+，2为LVDTSAI-，3为LVDTSAO+，4为LVDTSAO-，5为LVDTControl。其中1、2为真实传感器的电源，3、4为真实传感器的输出，5为切换继电器的控制开关。
4、时钟同步和信号同步触发总线
此外，PXI机箱之间还配置了信号同步时钟总线和信号同步触发总线。通过IEEE1588交换机和同步模块实现主控设备和嵌入式设备的精密时间同步。用同轴电缆把各个PXI机箱的信号触发模块连接。其中一个机箱作为主设备，其余的作为从设备，主控设备的触发信号通过同轴电缆同步从设备内部的信号。该方式属于硬件同步，输出信号的同步性好。
时钟同步总线使用同步板卡和IEEE1588交换机，遵循IEEE 1588协议的时钟同步方式进行系统时钟同步，使用网线将各个PXI机箱上的同步板卡的网口与IEEE 1588交换机上的网口相连接，由IEEE1588交换机作为同步时钟源，完成各个PXI机箱时钟同步。
信号同步触发是用于实现多机柜电压类信号的同步输出。通过软件控制一个区域机柜(图中为机头为主机，其他区域为从机)的触发板卡触发信号通道0产生用于同步触发的脉冲信号，即作为触发源，经驱动模块、三通转接头和同轴电缆传输到各个区域的触发板卡触发信号通道1，作为各个区域的同步信号。该同步触发功能通过硬件实现，同步精度高。各区域连接关系如如图7所示。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种基于异构并行多总线的地面验证平台，包括：
作为控制部分的工作站，用于设置各种输出模拟信号的参数；
作为信号源部分的模拟信号源系统，用于执行工作站的命令，并根据工作站设置的各种输出模拟信号参数，产生相应的模拟信号；
作为采集部分的测试采集系统，用于采集模拟信号源系统输出的模拟信号并产生相应的验证数据，传输到工作站进行分析；
其特征在于:
所述的模拟信号源系统包括至少一个机柜，每个机柜包括一个PXI机箱、一个信号调理机箱以及一个测试面板；一个机柜对应飞机的一个区域的机载测试系统；
所述的PXI机箱包括一嵌入式控制器以及符合PXI总线规范的各种即多个插入式标准功能板卡即信号源板卡；
工作站与各机柜中PXI机箱内的嵌入式控制器组成一个局域网，工作站通过以太网将工作站设置的各种输出模拟信号的参数和各种输出模拟信号的产生、控制命令传输给各机柜中PXI机箱内的嵌入式控制器，嵌入式控制器再通过PXI总线将各种输出模拟信号的参数和各种输出模拟信号的产生、控制命令发送给各自的插入式标准功能板卡，从而产生相应的模拟信号以及控制信号；
所述的信号调理机箱包括控制板以及若干信号调理板卡，每块信号调理板后端的信号输入插座分别接收来自各种插入式标准功能板卡的模拟信号，经调理即信号的放大或衰减、信号的分路和汇接、信号的切换或滤波后送往调理板前端的信号输出插座；
控制板中包括控制信号选择电路以及信号选择电路，控制信号选择电路用于选择控制信号的来源，即选择来自于标准功能板卡的控制信号还是来自于测试面板上的控制信号，并输出控制选择信号，来自于标准功能板卡的控制信号与来自于测试面板上的控制信号以及控制选择信号组成信号选择控制总线，送入各调理板中，对信号调理参数进行控制；信号选择电路用于选择来自信号调理板输出的信号，将每种信号类型的一个通道输出信号选择出来用于显示，所有信号调理板输出的信号以及选择出的输出信号组成模拟信号总线；
所述的测试面板包括真实传感器接入端口、控制信号设置模块以及显示模块，其中，真实传感器接入端口与真实传感器连接，并将真实传感器的输出的传感器信号输入到信号调理板上，所有的传感器信号组成传感器信号总线，控制信号设置模块用于手动设置信号调理参数并输出相应的控制信号到信号选择控制总线，显示模块用于显示信号选择电路选择的模拟信号；
所述的信号选择控制总线、模拟信号总线、传感器信号总线构成模拟数字总线，在信号调理机箱有若干卡槽，调理板插入卡槽中，各信号调理信号板通过模拟数字总线背板与模拟数字总线连接，其中，模拟数字总线背板也是可以自定义的交互中间电路板，信号调理板通过它进行模拟信号交互。
2.根据权利要求1所述的地面验证平台，其特征在于，所述的PXI机箱还包括同步板卡和触发板卡；
时钟同步总线使用同步板卡和IEEE1588交换机，遵循IEEE 1588协议的时钟同步方式进行系统时钟同步，使用网线将各个PXI机箱上的同步板卡的网口与IEEE 1588交换机上的网口相连接，由IEEE1588交换机作为同步时钟源，完成各个PXI机箱时钟同步；
信号同步触发是用于实现多机柜电压类信号的同步输出，通过软件控制一个区域机柜的触发板卡触发信号通道0产生用于同步触发的脉冲信号，即作为触发源，经驱动模块、三通转接头和同轴电缆传输到各个区域的触发板卡触发信号通道1，作为各个区域的同步信号。
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