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作者:
Michael Fortenberry - G Systems, Inc.
使用NI數(shù)據(jù)采集板卡構(gòu)建系統(tǒng)
洛克希德•馬丁航空公司委托G Systems公司開發(fā)F-35飛機(jī)系統(tǒng)綜合設(shè)施（VSIF）來(lái)監(jiān)測(cè)航空飛行器子系統(tǒng)的集成測(cè)試。該VSIF系統(tǒng)分布在多個(gè)服務(wù)器上，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡并獲得所需的系統(tǒng)性能。這一分布式軟件架構(gòu)包括六個(gè)主要的自定義應(yīng)用程序，為系統(tǒng)的未來(lái)擴(kuò)展提供支持。
我們使用5個(gè)內(nèi)插多個(gè)NI數(shù)據(jù)采集板卡（DAQ）的PXI機(jī)箱來(lái)執(zhí)行模擬與數(shù)字采集功能，這五個(gè)PXI機(jī)箱組成了一個(gè)具有640個(gè)模擬通道和480個(gè)數(shù)字通道的采集系統(tǒng)。為了控制系統(tǒng)的總硬件成本，在保持時(shí)間同步的同時(shí)組合各類DAQ數(shù)據(jù)采集板卡的能力就顯得格外重要。該系統(tǒng)通過(guò)VSIF數(shù)據(jù)采集或VSIF實(shí)驗(yàn)室內(nèi)其他信號(hào)源所提供的IRIG時(shí)間信號(hào)來(lái)保持時(shí)間同步。該時(shí)間信號(hào)源用來(lái)提供開始脈沖與10 MHz時(shí)鐘，并通過(guò)PXI-6653同步板卡路由至每個(gè)PXI機(jī)箱。
借助由GPIB 控制的外部直流源，采集模擬與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的應(yīng)用程序也可進(jìn)行以下操作：
- PXI 板卡驗(yàn)證和內(nèi)部校準(zhǔn)
- 信號(hào)路徑校準(zhǔn)
通過(guò)信號(hào)路徑校準(zhǔn)的自動(dòng)化，系統(tǒng)驗(yàn)證可在20分鐘內(nèi)自動(dòng)執(zhí)行完畢。而以前類似的系統(tǒng)執(zhí)行該操作需要數(shù)小時(shí)，并且需要大量的操作交互。該系統(tǒng)將所有的數(shù)據(jù)以相應(yīng)的工程單位（EU）傳送給用戶，而且會(huì)考慮A/D、信號(hào)調(diào)節(jié)模塊、傳感器的校準(zhǔn)值，以及合適的零空值（zero nulling values）。同時(shí)衍生通道（即通過(guò)其他通道包含的信息計(jì)算得到的通道，如瓦特=伏特*安培)也會(huì)計(jì)算在內(nèi)。另外，還有特定的接口用于將用戶自定義的DLL連接到系統(tǒng)中（無(wú)需重新編譯軟件），以創(chuàng)建更復(fù)雜的衍生通道。
系統(tǒng)配置和數(shù)據(jù)顯示
該系統(tǒng)將VSIF數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的配置信息存儲(chǔ)在相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中。我們還開發(fā)了一個(gè)自定義圖形化用戶界面，便于系統(tǒng)管理員配置系統(tǒng)的各個(gè)方面。以下是該界面程序的部分功能：
1. 用戶管理
- 管理系統(tǒng)八個(gè)級(jí)別的用戶權(quán)限
2.硬件清單
- 管理可用的硬件，如PXI板卡和傳感器
- 更新所有設(shè)備的校準(zhǔn)信息和日期
3.系統(tǒng)配置
- 管理當(dāng)前的硬件連接
- 識(shí)別用戶自定義的衍生通道
4. 數(shù)據(jù)管理
- 將數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)歸檔或?qū)С龅酱艓Ъ捌渌鎯?chǔ)媒介
- 清理數(shù)據(jù)庫(kù)中未使用的數(shù)據(jù)
5. 報(bào)告
- 創(chuàng)建多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)或通道配置(包括歷史校準(zhǔn)數(shù)據(jù)）報(bào)告
- 添加用戶自定義的報(bào)告
我們開發(fā)這一應(yīng)用程序是為了幫助系統(tǒng)管理員處理系統(tǒng)的大量通道，該應(yīng)用程序具有列排序和篩選、通道組定義、多記錄編輯和復(fù)制/粘貼等功能。任何用戶均可通過(guò)用戶權(quán)限，使用此應(yīng)用程序查看系統(tǒng)配置，但只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的管理員才可以更改參數(shù)值。此外，我們?cè)O(shè)置了幾個(gè)級(jí)別的管理員權(quán)限，以精確地定義用戶權(quán)限的優(yōu)先級(jí)。
由于在集成測(cè)試中，VSIF數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往被不同的團(tuán)隊(duì)用于測(cè)試各種航空飛行器子系統(tǒng)，所以單一的靜態(tài)用戶顯示顯然無(wú)法滿足需求。因而，G Systems公司創(chuàng)建了一個(gè)用戶可配置的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示應(yīng)用程序，任何用戶均可使用不同的顯示控件選項(xiàng)來(lái)創(chuàng)建自定義數(shù)據(jù)視圖。
該應(yīng)用程序支持先進(jìn)的導(dǎo)航功能，用戶可即時(shí)瀏覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或調(diào)用和查看以前的測(cè)試數(shù)據(jù)。用戶可通過(guò)設(shè)置觸發(fā)和警報(bào)來(lái)迅速找到感興趣的數(shù)據(jù)點(diǎn)。該系統(tǒng)將所有個(gè)人用戶配置信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些信息可同測(cè)試數(shù)據(jù)一起導(dǎo)出，以供單獨(dú)查看和回放。這使用戶能夠快速查看多個(gè)運(yùn)行測(cè)試的測(cè)試數(shù)據(jù)（包括所有校準(zhǔn)和傳感器信息），并將其與VSIF數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)庫(kù)分開，在離線分析或團(tuán)隊(duì)報(bào)告時(shí)很有用。
該測(cè)試控制/監(jiān)視/回放應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁⿴追N操作模式。系統(tǒng)可連續(xù)采集數(shù)據(jù)，并將其以低分辨率形式發(fā)布到六個(gè)客戶端工作站。數(shù)據(jù)被接收后，仍會(huì)持續(xù)緩存在客戶端的30分鐘滾動(dòng)緩存器中。通過(guò)該緩存器,用戶可適時(shí)查看過(guò)去發(fā)布或記錄的數(shù)據(jù)，需要時(shí)也可以實(shí)時(shí)回放。
當(dāng)操作員選擇記錄數(shù)據(jù)時(shí)，高分辨率的數(shù)據(jù)會(huì)被記錄到文件中，接著再傳輸?shù)街醒氪鎯?chǔ)庫(kù)。操作員可將存儲(chǔ)庫(kù)中的這些運(yùn)行測(cè)試下載到工作站，然后在回放模式下詳細(xì)查看數(shù)據(jù)。同樣地，用戶也可以實(shí)時(shí)回放這些數(shù)據(jù)或者使用多個(gè)導(dǎo)航選項(xiàng)瀏覽記錄的數(shù)據(jù)時(shí)間軸。
VSIF系統(tǒng)控制和保護(hù)所有記錄的數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶開始記錄測(cè)試運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)從采集服務(wù)器轉(zhuǎn)移到中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元（RAID）里。用戶可隨意地在RAID中查看測(cè)試數(shù)據(jù)，但不能刪除里面的任何測(cè)試數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示器和數(shù)據(jù)導(dǎo)出應(yīng)用程序均可直接調(diào)用RAID和歸檔數(shù)據(jù)集里的數(shù)據(jù)。因此，較不熟練的用戶只需稍微進(jìn)行VSIF培訓(xùn)就能輕松地查看之前記錄的數(shù)據(jù)。
自定義應(yīng)用程序—DIAdem數(shù)據(jù)接口（DDI）—為VSIF數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了先進(jìn)的分析能力。DDI可利用所有數(shù)據(jù)庫(kù)接口和針對(duì)數(shù)據(jù)顯示應(yīng)用開發(fā)的工程單位轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)OLE接口直接將數(shù)據(jù)傳輸至DIAdem。該應(yīng)用程序旨在幫助操作員輕松地選擇要導(dǎo)出至DIAdem的運(yùn)行測(cè)試和通道，以及實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)行測(cè)試的數(shù)據(jù)合并。
實(shí)用高效的解決方案
結(jié)合先進(jìn)的軟件架構(gòu)和NI硬件，G Systems 公司為洛克希德•馬丁航空公司提供了高度可配置且可擴(kuò)展的系統(tǒng)來(lái)滿足F-35 VSIF目前及未來(lái)的需求。NI PXI的可擴(kuò)展性還實(shí)現(xiàn)了比初始系統(tǒng)需求高出60%的通道數(shù)擴(kuò)展。
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