自动测试系统设计

4 5
传动箱体 1; 2; 散热器进出口
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测量参数2
续表 1 某坦克装甲车辆工况参数表
序号
5 6
所测参数
流量7 燃油和冷却液 3 6; 2; 6; 6 2; 2; 1
测量部位和测点数
2; 润滑系 2; 散热器进出口 2; 6;
振动加速度 负重轮轴 26 传动部件 车体顶部 车体姿态2 角位移6 力4 噪声 2 车速1 2 扭力轴 操纵杆力 车内声级 水上航速
计 算 机 接 口 接 口 处 理 器 器 件 接 口 1 器 件 接 口 n
…
外 设
外 设
器 件 1
器 件 n
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。
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1.4.2 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
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
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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
电压表
频谱仪
A
DAC
DSP
脉冲发生
虚拟仪器功能示意图
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虚拟仪器组成 虚拟仪器组成：通用仪器硬件平台和应用软件
操作软件平台 应用软件包 应用软件开发环境 C、VB、LabView Labwindows/CVI 仪器驱动器 VXIbus、GPIB 接口驱动软件 仪器硬件平台
D A C
D S来自百度文库P
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虚拟仪器分类
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 PCI Express
PC总线 PCI、ISA侧重于并行总线 数据采集卡 GPIB总线
GPIB仪器
被测信号 VXI模块 VXI总线 PXI总线
接 口 电 路
计 算 机
PXI模块
串行总线 串行口仪器 RS232、USB、 1394、LXI
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目标:
1) 2) 3) 4)
掌握自动测试系统的工作原理及特点 了解自动测试系统核心技术（接口和总线、软件） 掌握测试软件的编写 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
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3、要求与考核
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1、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
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测量参数
表 1 某坦克装甲车辆工况参数表
自动测试系统
自动测试系统
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， 2005
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教材与参考书
参考书：
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
自动测试系统， 张毅刚，哈尔滨工业大学出版社 自动测试及接口技术,陈长龄,机械工业出版社 虚拟仪器技术规范与系统集成，赵会兵，清华大学出版社 自动测试系统， 张世箕，电子科技大学出版社 电子仪器接口技术， 杨安禄，电子科技大学出版社 VXI总线测试平台技术， 陈光禹，电子科技大学出版社 自动测试接口技术，张忠亭，哈尔滨工业大学校内教材
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1.2 虚拟仪器概念、组成和分类 1.2.1 虚拟仪器（Virtual Instrument， 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。
CAMAC标准接口
CAMAC(Computer Automated Measurement And Control 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。
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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
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工业应用
机械控制 机械检测 数据采集 与控制 振动监控 过程监视 与控制 机械状况 检测
数据记录 与分析
电力监控 维修 人与机械 接口(HMI)
Human-Machine Interface
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1.4.2 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。
IEEE488
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。
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1.2.2 虚拟仪器的“虚拟” 体现：
① 虚拟仪器的面板是虚拟的
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1.2.2 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
示波器
A
任意波发生 函数发生
SH— ADC
DSP
15.60
个人 计算机
仪器 总线 接口
PC总线
PC仪器接口 PC仪器模块
PC仪器接口 PC仪器模块
电源
没有解决软件标准问题。
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1.4.3 第三代自动测试系统 VXI
VXIbus-VMEbus eXtensions for Instrumentation VME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。
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2、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、IEEE488 LXI
PC-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
数据 处理
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 …
传感技术 电路 非电量测量 基础电子技术 … 高频电子线路 …
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自动测试系统的应用
国防：
1) 2) 3) 4)
导弹全弹和单元测试； 坦克、装甲车辆工况测试； 机载雷达VXI总线自动测试系统； 卫星自动测试系统
1.4 自动测试系统的发展
1.1 自动测试系统的概念
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。
发动机体 1; 发动机座 排气管 1; 车内底甲板 仪器支架 2
7 8 9 10 11
制动踏板 车内声谱
1; 1
牵引钩
1
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自动测试过程中使用的课程知识
自动控制 …
被测 对象
发动机 导弹 雷达 汽车 …
反馈 控制
自动测试系统
传感 器
信号 调理
信号 采集
电子测量原理 单片机 微机原理 智能仪器设计 …
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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？？？ 自动测试系统: 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(Automatic Test System)
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)
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。
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VXI测试系统图
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
影响。 系统。
可改变、增加或减少测试内容，并能改建、拆散和重建
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1.4.2 PC-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。
完成命令、数据的传输与交换。包括机械接插件、插槽、 电缆等。
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1.3 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。
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1.3 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
M A E D M C
计算机系统
总线
输出信号 信号输入
虚拟仪器基本要素示意图
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虚拟仪器组成 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。
接口 程控 电源
接口 计 算 机
接口 程控测 量系统
被测对象
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1.4.2 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
序号 1 2 3 所测参数 温度 12 压力 6 测量部位和测点数 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 4 机油和冷却液 进排气压 2; 2; 车内气压 燃油压力 1 1; 3; 风扇轴
转速和扭矩 发动机输出轴 1; 变速箱输入输出轴 8 传动箱输入输出轴 1; 主动轮轴 2; 1 应力 应变 17 流量 7 扭力轴 6; 平衡肘 车体受力部件 4 燃油和冷却液 3 2; 6; 润滑系
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PXI机箱
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PXI模块仪器
PXI/CompactPCI 模块仪器
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PXI/CompactPCI 演示系统
PXI/ 演示系统
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VXI演示系统
PXI/CompactPCI 模块仪器
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LXI仪器
PXI/CompactPCI 模块仪器
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1.3 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…
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1.3 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，
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1.4 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
模拟 信号
：
扫描器
AD 定时控制器
打印机
数据采集系统框图
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。
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第一代自动测试框图 计 算 机