基于虛擬儀器的儀表電源自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　1、引言
　　
　　儀表電源的性能優(yōu)劣會(huì)直接影響到儀表的工作，為了保證儀表能夠在復(fù)雜環(huán)境卜正常工作，對(duì)儀表電源的性能提出了兩個(gè)基木要求:穩(wěn)定性和可靠性。在大批量的儀表電源的性能檢測(cè)中，*依靠人工完成，將耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種儀表電源自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)儀表電源實(shí)行快速、自動(dòng)和準(zhǔn)確測(cè)試，并給出測(cè)試報(bào)告。
　　
　　2、儀表電源性能指標(biāo)
　　
　　儀表電源的性能指標(biāo)主要有二項(xiàng):源效應(yīng)、負(fù)載效應(yīng)和漂移。源效應(yīng)和負(fù)載效應(yīng)體現(xiàn)了儀表電源的穩(wěn)定性能，而漂移體現(xiàn)了儀表電源可靠性能。　　
　　源效應(yīng)的測(cè)量是僅山于源電壓的變化而引起電壓或電流穩(wěn)定輸出量的變化量的測(cè)量。對(duì)于穩(wěn)壓儀表電源的源效應(yīng)測(cè)量，采用圖1所示電路，計(jì)算公式為　　
　　220伏時(shí)，負(fù)載分別為zui大值、zui小值時(shí)取樣電阻凡上的輸出電壓值;U為源電壓為198伏、242伏時(shí)，負(fù)載分別為zui大值、zui小值時(shí)取樣電阻凡上的輸出電壓值;R，為取樣電阻。
　　
　　負(fù)載效應(yīng)的測(cè)量是僅山于負(fù)載的變化而引起電壓或電流穩(wěn)定輸出量的變化量的測(cè)量。對(duì)于穩(wěn)壓儀表電源負(fù)載效應(yīng)的測(cè)量，采用圖1所示電路，計(jì)算公式為:　　
　　變?yōu)榱慊騴ui小額定值時(shí)被測(cè)穩(wěn)壓儀表電源輸出電壓值。
　　
　　對(duì)于穩(wěn)流儀表電源負(fù)載效應(yīng)的測(cè)量，采用圖2所示電路，計(jì)算公式為　　
　　其中為穩(wěn)流儀表電源的負(fù)載效應(yīng);1偽負(fù)載電壓為zui大額定值時(shí)取樣電阻凡上的輸出電壓值;Vi為負(fù)載電壓改變?yōu)榱慊蝾~定zui小值時(shí)取樣電阻R2上的輸出電壓值;R2為取樣電阻。
　　
　　漂移的測(cè)量是在電源預(yù)熱、安穩(wěn)（熱平衡）后，電壓或電流穩(wěn)定輸出量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的緩慢和連續(xù)zui大變化量的測(cè)量，包括輸出擾動(dòng)，頻率范圍從直流20hz。對(duì)穩(wěn)壓儀表電源漂移的測(cè)量，采用圖3所示的連接示意圖，測(cè)量計(jì)算公式為:　　
　　3、測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　
　　針對(duì)上述性能指標(biāo)的自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確測(cè)量，采用了如圖5所示的硬件框圖。　　
　　該硬件平臺(tái)主要山模擬信號(hào)調(diào)理單元、模擬信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元（A/D）、上位機(jī)單元、可編程電源、可編程負(fù)載以及各連接總線(xiàn)組成。在自動(dòng)測(cè)試過(guò)程中，首先上位機(jī)通過(guò)GPIB總線(xiàn)控制可編程電源的輸出和可編程負(fù)載的大小，以滿(mǎn)足待測(cè)電源各性能指標(biāo)測(cè)試過(guò)程中的測(cè)試條件;然后信號(hào)調(diào)理單元將待測(cè)電源的輸入電參數(shù)和輸出電參數(shù)調(diào)理成合適大小，以方便上位機(jī)對(duì)模擬信號(hào)的采樣與處理，Jl將處理結(jié)果通過(guò)CAN總線(xiàn)傳遞給上位機(jī);zui后上位機(jī)接受到下位機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，通過(guò)虛擬儀器而板顯示，并保存數(shù)據(jù)，給出性能報(bào)告。
　　
　　考慮到下位機(jī)的功能只是控制模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換、接收A/D裝換后的數(shù)據(jù)Jl二處理、與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此普通的單片機(jī)*可以勝任;而A/D轉(zhuǎn)換芯片則選用的是ADS7864，它可以同時(shí)采樣保持6路模擬信號(hào)Jl二進(jìn)行轉(zhuǎn)換，精度也達(dá)到12位，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求;可編程電源采用的是Chroma公司的中-相可編程交流電源Chroma6560，它能夠輸出高達(dá)SOOV的電壓，分辨率能達(dá)到0.1V，精度達(dá)到I%，負(fù)載調(diào)整率為0.2%，因此完夠滿(mǎn)足測(cè)試系統(tǒng)的要求;在各種連接總線(xiàn)中，山于可編程電源有多種總線(xiàn)連接方式，因此總線(xiàn)有多種選擇，木系統(tǒng)中選擇了GPIB作為可編程電源的連接總線(xiàn)，而考慮到待測(cè)電源的遠(yuǎn)程測(cè)試，下位機(jī)與上位機(jī)的通信總線(xiàn)選取了具有遠(yuǎn)程通信能力的CAN總線(xiàn)。
　　
　　4、測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　
　　測(cè)試系統(tǒng)軟件分為兩部分:上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。下位機(jī)軟件采用Keil公司uvision2調(diào)試軟件編寫(xiě)，而上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI6編寫(xiě)·LabWindows/CVI6是NI公司開(kāi)發(fā)的一款虛擬儀器編程語(yǔ)言，它采用簡(jiǎn)中一直觀(guān)圖形用戶(hù)界而設(shè)計(jì)，建立界而友好的虛擬儀器而板，將功能強(qiáng)大的C語(yǔ)言與測(cè)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有靈活的交互式編程方法和豐富的庫(kù)函數(shù);它利用函數(shù)而板輸入函數(shù)的參數(shù)，采用事件馭動(dòng)編程，通過(guò)回調(diào)函數(shù)處理用戶(hù)事件，簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序流程的控制，有效地提高了工程設(shè)計(jì)的效率和可靠性。
　　
　　圖6為系統(tǒng)軟件框圖。　　
　　測(cè)試系統(tǒng)軟件分成四大部分:儀器控制部分、數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)處理顯示部分、數(shù)據(jù)保存部分。儀器控制部分主要實(shí)現(xiàn)了可編程電源的初始化、輸出電壓設(shè)置、過(guò)電壓保護(hù)設(shè)置以及可編程負(fù)載的設(shè)置;數(shù)據(jù)采集部分主要實(shí)現(xiàn)調(diào)理信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、與上位機(jī)的通信以及采集數(shù)據(jù)的傳輸;數(shù)據(jù)處理顯示部分主要實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的處理和顯示，并實(shí)現(xiàn)和下位機(jī)的通信;zui后數(shù)據(jù)保存部分將所得到的數(shù)據(jù)保存，以備數(shù)據(jù)的再處理。
　　
　　為了提高系統(tǒng)軟件的運(yùn)行速度，采用了多線(xiàn)程技術(shù)。多線(xiàn)程是指操作系統(tǒng)支持一個(gè)進(jìn)程中執(zhí)行多個(gè)線(xiàn)程的能力。軟件編寫(xiě)中，采用多線(xiàn)程的編程技術(shù)，整個(gè)軟件含有完成不同功能的多個(gè)線(xiàn)程，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、圖形曲線(xiàn)生成線(xiàn)程和用戶(hù)界而線(xiàn)程。這樣，多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)執(zhí)行，在一段時(shí)間并行完成更多的任務(wù)，既加快了系統(tǒng)的反映速度，又提高了執(zhí)行效率。木測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)Labwindows/CVI提供的線(xiàn)程函數(shù)在線(xiàn)程池中分別創(chuàng)建了二個(gè)線(xiàn)程:主線(xiàn)程、數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程、波形顯示線(xiàn)程。主線(xiàn)程完成儀器的初始化和控制，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程完成采樣數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)，波形顯示線(xiàn)程完成電壓、電流的實(shí)時(shí)顯示。各個(gè)線(xiàn)程都有自己的內(nèi)存空間，互相之間獨(dú)立，沒(méi)有數(shù)據(jù)交換。通過(guò)多線(xiàn)程技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
　　
　　另外，考慮到采樣數(shù)據(jù)量比較大，而日‘為了便于以后的查詢(xún)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用了數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件（DBMS）選用了簡(jiǎn)單易用的微軟ACCESSo數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)大量的測(cè)試信急，包括被測(cè)對(duì)象信急、測(cè)試儀器信急、測(cè)試結(jié)果信急和測(cè)試人員信急等，采用數(shù)據(jù)庫(kù)，方便的實(shí)現(xiàn)了這些數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理。
　　
　　5、結(jié)論
　　
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用LabWindows/CVI6虛擬儀器實(shí)現(xiàn)儀表電源自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，充分發(fā)揮了其開(kāi)發(fā)周期短和軟件編程靈活、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)儀表電源性能自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確測(cè)試。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)中工作穩(wěn)定，易于維護(hù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了其工程實(shí)用性。