基于LabWindows/CVI的通信電源系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試的實(shí)現(xiàn)

通信電源系統(tǒng)是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的心臟和源動(dòng)力，在通信系統(tǒng)中的地位舉足輕重。為確保通信電源系統(tǒng)可以安全可靠的運(yùn)行，在生產(chǎn)過(guò)程中必須對(duì)它的各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行全面的檢測(cè)。

原有對(duì)通信電源系統(tǒng)的測(cè)試方法為手動(dòng)測(cè)試，操作人員不僅要連接許多線纜和設(shè)備，而且要人工判斷系統(tǒng)的各個(gè)量值。它的測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，重復(fù)測(cè)試結(jié)果的一致性差，人為因素多，測(cè)試不穩(wěn)定，測(cè)試數(shù)據(jù)不容易存檔，等等。因此，電源系統(tǒng)的性能得不到足夠的保障。

本文提出的測(cè)試方法，首先啟動(dòng)氣動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)測(cè)試端口的自動(dòng)連接，這便省去了人工連接線路;然后基于LabWindows/CVI 的開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用GPIB 卡控制各種儀器和設(shè)備，通過(guò)TCP/IP 通信的方式與電源系統(tǒng)對(duì)話。該方法可以快速可靠地完成各個(gè)參數(shù)的測(cè)試，從而提高了效率，并且可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)存檔。

1 概 述

1 .1 LabWindows/CVI 簡(jiǎn)介

LabWindows/CVI 是美國(guó)NI (National Instruments)公司推出的交互式C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它將功能強(qiáng)大﹑使用靈活的C 語(yǔ)言平臺(tái)與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測(cè)控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，利用它的集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境﹑交互式編程方法﹑函數(shù)面板和豐富的庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C 語(yǔ)言的功能，為熟悉C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的人員編寫(xiě)檢測(cè)系統(tǒng)﹑自動(dòng)測(cè)試環(huán)境﹑數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)﹑過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。

虛擬儀器技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的新一代儀器技術(shù)，它的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬傳統(tǒng)儀器的各項(xiàng)功能。LabWindows/CVI 是開(kāi)發(fā)虛擬儀器應(yīng)用程序的軟件工具中的佼佼者，和其它虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具相比，它的主要特點(diǎn)有:

(1)LabWindows/CVI 以功能強(qiáng)大、最為流行的C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，一般程序員無(wú)須再花時(shí)間去學(xué)習(xí)其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，從而節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

(2)友好的界面編輯方式，在程序設(shè)計(jì)中靈活地應(yīng)用各種工具可以方便程序設(shè)計(jì)，減輕程序員負(fù)擔(dān)。

(3)各種功能強(qiáng)大的軟件包大大增強(qiáng)了LabWindows/CVI 的性能，這些軟件包括接口函數(shù)庫(kù)、信號(hào)處理函數(shù)庫(kù)、Windows SDK 等。

1 .2 GPIB 總線技術(shù)

GPIB (General Purpose Interface Bus )被稱為通用接口總線，是最早由HP 公司提出的一種接口儀器標(biāo)準(zhǔn)(HP IB )，1975 年被改進(jìn)為IEEE485 標(biāo)準(zhǔn)。目前的協(xié)議為488 .2 。GPIB 總線是廣泛用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一種并行外總線標(biāo)準(zhǔn)，是專為儀器控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它是一種用于連接設(shè)備的總線，計(jì)算機(jī)、電壓表、信號(hào)發(fā)生器、示波器等都可以通過(guò)GPIB 總線連接起來(lái)，組成一功能系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是:積木式結(jié)構(gòu)，可拆卸、易于重建;控制器可以是計(jì)算機(jī)、微處理器或簡(jiǎn)單的程序;數(shù)據(jù)傳送可靠，使用靈活，價(jià)格低廉。正是由于以上特點(diǎn)，GPIB 廣泛應(yīng)用于對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通訊，以及對(duì)其它電子設(shè)備的控制。

LabWindows/CVI 中的GPIB 函數(shù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)打開(kāi)/關(guān)閉GPIB 設(shè)備、總線配置、I/O 讀寫(xiě)、GPIB 設(shè)備控制、總線控制和板控制等功能。

1 .3 TCP/IP 通信技術(shù)

Internet 中使用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP協(xié)議集。TCP 協(xié)議是TCP/IP 協(xié)議集中隸屬于傳輸層的傳輸控制協(xié)議。IP 協(xié)議是Internet 網(wǎng)絡(luò)中隸屬于網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)協(xié)議。IP 協(xié)議提供可靠的、盡力的、無(wú)連接的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)，構(gòu)成了Internet 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。TCP 協(xié)議以此為基礎(chǔ)增加了連接管理和確認(rèn)重發(fā)等機(jī)制，向更高層的應(yīng)用程序提供面向連接的、可靠的傳輸服務(wù)。

在LabWindows/CVI 中可利用TCP 函數(shù)庫(kù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，在每次連接中都涉及到服務(wù)器和客戶。

其中TCP 服務(wù)器可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向客戶應(yīng)用程序發(fā)送或從客戶應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)。TCP 客戶可以向TCP服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)送連接請(qǐng)求，并從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)。服務(wù)器注冊(cè)后就等待客戶向它發(fā)出連接請(qǐng)求，而客戶只能向已經(jīng)存在的服務(wù)器發(fā)出連接請(qǐng)求。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

通信設(shè)備直流供電系統(tǒng)的組成如圖1 。系統(tǒng)的輸入為交流220V，整流器一方面給通信設(shè)備供電，另一方面又給蓄電池充電，以補(bǔ)充蓄電池因局部放電而失去的電量，控制器用于監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)，直流配電架主要連接和轉(zhuǎn)換直流供電系統(tǒng)中整流器和蓄電池組向通信設(shè)備供電的電源設(shè)備。蓄電池組用于保證不間斷供電。

圖1 直流供電系統(tǒng)的組成

該電源系統(tǒng)測(cè)試的部件主要由一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一塊GPIB 卡、數(shù)據(jù)采集器、直流電源、負(fù)載測(cè)試治具和待測(cè)系統(tǒng)等組成，如圖2 。

圖2 電源系統(tǒng)測(cè)試的硬件結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集器Agilent 34970A 可配置成20 至120個(gè)通道，6 位半分辨率，250 通道/秒掃描速率，50 000 個(gè)讀數(shù)存貯，0。004 %基本直流精度，可測(cè)量交直流電流、電阻、頻率和周期，以及由熱電耦、熱電阻和熱敏電阻提供的溫度直流和交流電壓，標(biāo)準(zhǔn)GPIB 和RS232 接口。在該測(cè)試系統(tǒng)中，它主要用來(lái)控制繼電器，通道切換和量測(cè)電壓。

直流電源Agilent 3645A，主要用來(lái)模擬蓄電池的功能，實(shí)現(xiàn)電池的過(guò)壓、欠壓和低壓斷電。

測(cè)試治具內(nèi)部由繼電器組，告警指示燈和氣動(dòng)裝置組成。氣動(dòng)裝置用于自動(dòng)連接測(cè)試端點(diǎn)。繼電器組主要用于切換不同的測(cè)試設(shè)備和開(kāi)關(guān)。告警指示燈共有4 組紅綠燈，用于查看不同的系統(tǒng)告警，如斷路告警、熔絲告警、溫度告警等。

待測(cè)電源系統(tǒng)由兩個(gè)模塊，一個(gè)控制器和一個(gè)直流配電架組成。模塊用于整流，將220 V交流變?yōu)?4 V直流?？刂破饔糜谠O(shè)定系統(tǒng)的電壓，監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)。直流配電架用于放置模塊和控制器，它裝有自動(dòng)空氣斷路器、接觸器、熔斷器等部件，為不同容量的負(fù)載分配電能，當(dāng)直流供電異常時(shí)，產(chǎn)生告警起到保護(hù)作用。

交流電220 VAC 用于模塊的輸入供電。

負(fù)載用于模擬通信設(shè)備，用來(lái)提供AC 供電和電池供電時(shí)系統(tǒng)的負(fù)載。該系統(tǒng)測(cè)試時(shí)負(fù)載設(shè)定為20 A。

3 系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)

系統(tǒng)軟件以Labwindows 8 。5 為編程語(yǔ)言，可運(yùn)行在Windows XP，Vista 和Windows7 之上。

3 .1 測(cè)試流程

根據(jù)測(cè)試要求，首先制定一個(gè)合理的測(cè)試流程，如圖3 所示，可分為三大部分，第一部分為自檢，第二部分為AC 交流部分，第三部分為DC 直流部分(即電池部分)。

(1)自檢。操作人員將待測(cè)電源系統(tǒng)放置在治具上后，先進(jìn)行自檢，對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備進(jìn)行復(fù)位并初始化，檢測(cè)系統(tǒng)供電的狀態(tài)是否正常。

(2 )AC 部分。自檢通過(guò)后， 先輸入交流電220 VAC，在這一部分，先量測(cè)空載時(shí)系統(tǒng)輸出電壓、電流、系統(tǒng)狀態(tài)，加載后量測(cè)系統(tǒng)電壓及電流，并檢測(cè)模塊是否均流，接著將負(fù)載切換到電池端，量測(cè)電池電壓及電流，然后執(zhí)行一些告警測(cè)試，包括直流過(guò)壓、欠壓、熔絲告警、斷路器告警、溫度告警等。

(3)DC 部分。檢測(cè)電池供電后系統(tǒng)的輸出電壓、電流、檢測(cè)AC 告警、電池過(guò)壓告警、欠壓告警，實(shí)現(xiàn)低壓關(guān)機(jī)功能。

3 .2 核心代碼解析

下面列出幾個(gè)關(guān)鍵的測(cè)試代碼。

(1)GPIB 通信代碼

GPIB/GPIB-488 .2 函數(shù)庫(kù)一共包括10 個(gè)子類，分別為Open/Close 子類，Configuration 子類，I/O子類，Device Control 子類，Bus Control 子類，BoardControl 子類，Callbacks 子類，Locking 子類，Thread-Specific Status 子類，GPIB-488 .2 子類，該測(cè)試方法中主要應(yīng)用GPIB-488 .2 子類中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)GPIB 通信。

圖3 測(cè)試流程圖

SendIFC (0);//對(duì)所有GPIB 設(shè)備初始化。

Send (Board _Index，address ，buffer ，Byte _Count ，EOT_Mode );//發(fā)送地址和寫(xiě)數(shù)據(jù)。Board_Index 表示GPIB 名稱，address 表示儀器地址，buffer表示要發(fā)送的信息，Byte _Count 表示發(fā)送信息的字節(jié)長(zhǎng)度，EOT_Mode 表示發(fā)送模式。

Receive (Board _Index，address ，buffer ，Byte _Count ，Termination);//接收地址，從GPIB 設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)。Termination 表示數(shù)據(jù)傳輸終止符。

(2)TCP/IP 通信代碼

該電源系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，以讀取系統(tǒng)內(nèi)部信息。

由于要讀取系統(tǒng)信息屬于客戶向服務(wù)器發(fā)出連接，因此先確定該通信屬于客戶程序。與TCP 服務(wù)器連接時(shí)，我們必須獲得服務(wù)器的名稱或IP 地址和服務(wù)器的端口號(hào)。

ConnectToTCPServer (&serverHandle ，server-PortNumber ，serverName ，ClientCallback，callback-Data ，timeout );//注冊(cè)TCP 服務(wù)器，參數(shù)serverHandle 表示得到的連接句柄。參數(shù)serverPortNumber 和server-Name 表示服務(wù)器的端口號(hào)和名稱，ClientCallback 和callbackData 表示TCP 回調(diào)函數(shù)名和回調(diào)數(shù)據(jù)。參數(shù)timeout 表示超時(shí)限制。

ClientTCPWrite (portHandle ，writeData ，data-Size ，timeout );//向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，參數(shù)writeData表示發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)，dataSize 表示數(shù)據(jù)塊的大小。

ClientTCPRead (portHandle ，buffer ，dataSize ，timeout );//從服務(wù)器讀取數(shù)據(jù)。參數(shù)buffer 表示存放從服務(wù)器讀來(lái)的數(shù)據(jù)塊的緩沖區(qū)。

DisconnectFromTCPServer (serverRouteHandle);//注銷TCP 服務(wù)器。

(3)HP34970 控制代碼

由于HP34970 提供了程序的功能面板大大方便了編程，我們只需要調(diào)用其中的庫(kù)函數(shù)指令，即可實(shí)現(xiàn)測(cè)試中所需要的通道切換和量值。

hp34970_relay_Operate (1 ，6 ，ON);//控制繼電器6 閉合。

hp34970 _relay_Operate (1 ，6 ，OFF);//控制繼電器6 打開(kāi)。

meter _Measure (METER1);//讀取表1 的電壓值。

switch_lfmux_DMM (101);//切換測(cè)試通道至MUX101 。

4 總 結(jié)

在軟件調(diào)試過(guò)程中也曾出現(xiàn)了一些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)分析，都得到了解決:

(1)將大量數(shù)值變量放置在C 文件中，導(dǎo)致程序的可讀性、可維護(hù)性較差。

解決方法:建立一個(gè)INI 配置文件，將所需要的測(cè)試數(shù)值和范圍存儲(chǔ)在該文件內(nèi)，這樣一旦要修改數(shù)值，只需更改INI 文件中的數(shù)據(jù)，無(wú)需重新編譯C 文件。

(2 )TCP/IP 通信讀取數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)誤碼或亂碼。

解決方法:設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，部分是由于不同指令輸入后讀取的數(shù)據(jù)大小不同，一些數(shù)據(jù)超出了Buffer 的最大范圍，只需將Buffer 設(shè)定到合適數(shù)值范圍即可。

另外，也可能是由于數(shù)據(jù)類型設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致，在字符串處理過(guò)程中，數(shù)據(jù)類型有整型、浮點(diǎn)型、字符型等，必須設(shè)置相符的數(shù)據(jù)類型，否則有可能導(dǎo)致誤碼甚至編譯不通過(guò)。

(3)提示操作員查看告警燈狀態(tài)的次數(shù)有8 次，明顯太多，不利于生產(chǎn)也不符合自動(dòng)化測(cè)試的理念。

解決方法:改變測(cè)試方法，由目測(cè)告警燈狀態(tài)的判斷方法，改為通過(guò)TCP/IP 通信讀取系統(tǒng)內(nèi)部告警信息來(lái)進(jìn)行自動(dòng)判斷。

實(shí)際檢測(cè)和使用表明，該測(cè)試方法操作簡(jiǎn)便，測(cè)試周期大大縮短，測(cè)試的穩(wěn)定性，精度都有了質(zhì)的提高，并且所有測(cè)試數(shù)據(jù)都自動(dòng)存檔，從而有效地提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。