基于LabVIEW的飞机地面测试系统设计

摘要：飞机系统地面模拟试验属于大型试验，需要大量的人力、能源和多种辅助设备，试验周期长，为保证试验的工作效率和试验数据的有效性及可靠性，需要设计一套适合飞机系统模拟试验特点的高性能的计算机数据测试系统。该系统软件采用LabVIEW作为开发平台，实现多通道数据的采集、处理与显示，以及数据的存储和对历史数据的回放。并利用NI数据采集卡的同步采集能力，借助LabVIEW提供的底层驱动，通过工控机与PXI总线系统搭建测试系统，实现了多个通道数据采集。结果表明：该系统运行稳定可靠，精确度和快速性都满足要求，达到了预期的设计要求。

关键词：多通道；同步采集；LabVIEW

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3911-03

随着我国航空技术的快速发展，飞机系统的研究对飞机模拟试验测试系统提出了更高的要求。传统的飞机模拟试验测试系统成本高，通道数少，且数据处理和分析功能简单，给目前新型飞机系统研究工作带来许多困难。随着现代虚拟仪器测试技术和数字信号处理技术的飞速发展，构建一种精度高、灵活性好、低成本的飞机测试系统成为可能。

本文介绍了系统的组成结构及工作原理，详细叙述了基于LabVIEW软件平台开发的测试系统，该系统实现了飞机系统模拟试验高性能的计算机数据采集，人机界面友好，精度高，速度快，且只需要更换传感器或少量的硬件即可组建不同的测试系统，具有良好的可移植性，在实际工程应用上取得了良好的效果。

1 系统结构及硬件

在系统设计时，从功能要求、技术指标以及系统稳定性等多方面考虑，系统的组成结构框图如图1所示。

系统采用总线制的程控仪器测试体系结构，以PXI测试总线为主，以GPIB、RS-232C测试总线为辅，建立满足试验控制与采集分析的自动化、网络化的综合测试系统。整个系统包括工控机、PXI总线组合、MXI-3通讯控制接口、基于PCI总线的NI数据采集卡、信号调理模块、测试电缆等。其中信号调理实现包括输入/输出保护、信号及电源隔离、共模抑制、串模抑制、信号放大、滤波、信号激励、冷端补偿、线形补偿等。数据采集卡实现数据的实时采集。

2 系统原理

飞机测试系统的工作原理是采用PXI总线测试体系，多路信号传感器直接连接到一级调理机箱应变调理系统，通过测试电缆对应变式传感器的信号进行四分之一、半桥、全桥的自动配置和桥路平衡，并提供激励电压和输入保护。桥路式传感器的信号经过配桥、桥路平衡和激励后，输入SCXI-1102C（二级调理）进行调理。经过SCXI-1102C调理后的桥路信号进入PCI-6034E进行采集。PCI-6034E是PCI总线的多功能数据采集卡，它提供16位分辩率、16单端或8路差分输入、200KS/s扫描采样数率、8数字I/O、2路定时计数器、1～100倍的放大，它由计算机进行控制对SCXI-1102C输出的信号进行采集、分析处理等工作，可完成多种类型传感器信号的测量，实现了多项测试内容一体化。

3 系统软件设计

在整个系统中，一级、二级信号调理电路将来自各传感器的信号经过调理后，由NI PCI-6034E的AI进行同步采集。为了保证各测试点（测量通道）数据一致性，设计中选用了高动态精度和高同步的NI PCI-6034E DAQ板卡，并利用PXI总线测试系统的优越性，来保证各测量通道的时间准确性。

在飞机测试系统软件设计中，多通道数据采集是整个系统中软件设计的关键。该系统软件采用自上而下的模块化编程设计思想，主要包括硬件检测、参数配置、状态检测、系统标定、数据采集、数据处理等部分，测试系统功能模块如图2所示，

1） 硬件检测模块主要检测信号传输的波特率及NI数据采集卡使用的端口状态，这样有利于保证整个系统硬件的畅通及稳定性。

2）参数配置模块主要设定通道号、测试类型、配桥方式、单位、标定系数、桥压、量程等参数，可配置64路、96路、128路等参数配置文件，保存后可随时修改并导入配置文件，依据试验情况，可自行生成其它配置文件。该模块配置灵活，简洁，对测试对象不断发生变化有绝对的优势。参数配置子程序如图3所示。

3）系统标定和状态检测模块主要针对信号调理模块、通道及NI数据采集卡进行采集。主要完成系统调零、标定设置、硬件状态检测、单通道数据采集等功能，下面是硬件检测子程序。如图4所示。

4）数据采集模块主要实现64路、96路、128路等多路通道定时采集、连续采集功能，并将采集的数据实时以图表的形式直观显示给用户，软件采用case结构，不同的采集类型，对应不同的case框，下面的程序是连续采集子程序，如图5所示。

5）数据处理模块主要对测试数据进行分析处理及事后曲线回放，通过数据分析处理，研究飞机系统在不同状态下的静态及动态性能指标，为后续改进设计提供理论支持。

4 试验结果

为了验证系统的功能，在试验室对设计的系统进行了测试。

在试验中，飞机模拟试验件采用1：1的比例模型，试验件上装有角度传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、线位移传感器等。这些传感器分别装在被测点，并通过一级信号调理、二级信号调理进入PXI总线测试系统。试验证明，该系统测试精度高、速度快，满足飞机试验指标要求。

5 结论

LabVIEW是一种基于图形化编程的软件开发工具，是一个标准的数据采集和仪器控制软件，其编程方式的高性能与灵活性，以及专为测试测量设计的高端性能与配置功能，能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具。鉴于这种特点，根据系统的设计需求，通过工控机与PXI总线测试组合搭建系统，并利用LabView完成飞机测试系统开发。系统可实现多个通道测量，操作方便，界面友好，能完成数据采集、分析与处理等功能，减少人工干预，测试精度高、稳定，该系统达到了预期的设计要求，可满足飞机系统地面模拟试验需要。

参考文献：

[1] 张仁亮，刘北英，李占锋.基于LabVIEW虚拟仪器自动测试系统的设计开发[J].机械制造与自动化，2006（3）.

[2] 杨乐平李海涛.LabVIEW高级程序设计[M].北京.清华大学出版社，2003.

[3] 徐超.LabVIEW在实时测控系统中的应用研究[D].重庆.重庆大学电气工程，2005.