基于PXI總線的數(shù)字表網(wǎng)絡自動測試系統(tǒng)

尹麗云，許興明，王心元

(北京無線電計量測試研究所，北京 100039)

0 引言

儀器的計量校準檢定是恢復、保持設備性能指標，保證測量準確可靠的技術手段。隨著電子技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，儀器的測量范圍越來越廣，測量的速度和精度要求也越來越嚴格[1]。對于需要多臺儀器、測試參數(shù)較復雜的測試項目，依靠傳統(tǒng)的測試方法，不僅測量效率低，而且無法保證測量的可靠性。移動計量保障車是對不便于送到實驗室的儀器設備進行檢定，為各單位科研試驗任務或突發(fā)事件的計量需求提供設施和技術保障的重要設備。計量車內(nèi)同時配備數(shù)字表、數(shù)據(jù)采集器、示波器、信號發(fā)生器等多種設備，為了便于對儀器的控制管理，保障車內(nèi)多采用局域網(wǎng)的控制方式。針對計量保障車內(nèi)空間有限、設備復雜的布局，對PXI數(shù)字表模塊的檢定，本文設計了一種基于PXI總線的數(shù)字表網(wǎng)絡自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)以LabVIEW作為測試軟件開發(fā)平臺，利用多功能校準源5520A實現(xiàn)自動測試。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

系統(tǒng)用兩臺計算機完成對被測數(shù)字表模塊的自動測試，其中主控計算機控制校準源5520A，負責數(shù)據(jù)的處理和證書報告的生成，客戶端計算機負責把從數(shù)字表采集來的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸至主控機進行數(shù)據(jù)處理。

1.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由5520A多功能校準源、GPIB接口卡、被檢數(shù)字多用表 (以PXI－4060數(shù)字表模塊為例)、PXI機箱、主控計算機、客戶端計算機組成。多功能校準源5520A用來校準6位半以下的數(shù)字儀表，同時它本身帶有GPIB接口，為儀器的可程控性創(chuàng)造了條件。PXI－4060是NI公司生產(chǎn)的一款5位半的數(shù)字多用表，具有通用測量功能。該模塊附帶的NI-DMM驅(qū)動軟件多采用LabVIEW編程，編程時可以調(diào)用已有的程序模塊，提高編程效率[2]。主控計算機作為計量系統(tǒng)的控制中心，客戶計算機通過PXI總線來完成對數(shù)字表的控制。接口卡選用NI公司的USB-GPIB接口卡，該卡作為控制卡，在自動測試系統(tǒng)中廣泛使用。

1.2 工作原理

通過計算機對可程控的5520A型多功能校準源和數(shù)字多用表PXI－4060進行程控，實現(xiàn)對數(shù)字多用表模塊的自動檢測。將校準源的標準電壓、電流、電阻等信號程控輸出，分別加到被檢數(shù)字多用表模塊上，然后通過客戶端計算機上安裝的PXI接口卡和MXI電纜進行數(shù)據(jù)采集。利用LabVIEW基于C/S模式編寫TCP/IP通信的服務器端和客戶端應用程序，TCP/IP網(wǎng)絡VI能夠與遠程應用程序建立通信。主控計算機控制多功能校準源輸出相應的信號?？蛻舳擞嬎銠C將采集的數(shù)據(jù)傳送到主控計算機進行數(shù)據(jù)處理和超差判斷。自動檢定系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。

圖1 自動檢定系統(tǒng)原理框圖

由于校準器5520A與數(shù)字表 PXI－4060距離較遠，需采用較長的連接線。為了降低引線上的影響，在測量10 kΩ以下的低量程電阻時，采用四線測量法消除引線電阻的影響。在測量交流電壓時采用雙絞屏蔽線纜，把電磁干擾對交流電壓測量的影響降到最低。

2 系統(tǒng)軟件設計

數(shù)字表網(wǎng)絡自動測試系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)儀表檢定過程的參數(shù)設置、數(shù)據(jù)管理和鑒定證書打印等功能。利用NI公司的可視化編程工具LabVIEW，將系統(tǒng)軟件的功能按模塊化實現(xiàn)，并通過用戶界面和后臺應用程序的組織方法，將軟件的功能與具體業(yè)務需求有機地結合在一起，設計出一套檢定管理程序。

2.1 界面及功能設計

用戶界面主要實現(xiàn)自動測試系統(tǒng)軟件運行的初始參數(shù)設置、測試功能選擇、測試過程數(shù)據(jù)顯示和測試結果處理操作等人機對話，系統(tǒng)前面板示意圖如圖2所示。

測試系統(tǒng)運行之前，必須對系統(tǒng)中的各程控儀器進行硬件地址和軟件參數(shù)信息設置。GPIB設備地址范圍在1～31之間，校準源5520A地址設置應該與儀器的實際地址保持一致，圖2中相應的設定5520A的地址為4。同時還應該設置被檢數(shù)字表模塊所在計算機的IP地址，以確保兩臺計算機之間的數(shù)據(jù)通信正常進行。儀器地址和IP地址設置完畢后，還要指定信息文件存儲路徑和文件名稱，以確保信息文件調(diào)用的準確性。

圖2 系統(tǒng)前面板示意圖

測試系統(tǒng)采用模塊化編程，首先將儀器的各種功能模塊化，然后根據(jù)需要選擇相應的模塊來實現(xiàn)特定的要求。模塊化方法雖然開發(fā)工作量大，但使用簡單，且便于升級和更改。本測試系統(tǒng)對PXI－4060實現(xiàn)了DCV，ACV，OHM，ACI，DCI 5種測試功能，如圖3所示。用戶可以選擇任意一項功能執(zhí)行測試，也可以根據(jù)需求將5個測量模塊作為一個整體系統(tǒng)，實現(xiàn)整體綜合測試。

圖3 系統(tǒng)選項測試界面示意圖

在測試檢定過程中，為了更直觀監(jiān)視實時測量動態(tài)，被檢儀器的量程、實際測量值、各測試點的允許誤差、實際誤差及測量結論全部在前面板上以表格形式顯示出來。當判定不合格時，計算機發(fā)出響聲提醒操作者，并在屏幕上用紅色顯示“超差”，在超差點前加*表示超差。

測試系統(tǒng)運行完畢后，可根據(jù)證書上超差點的情況和超差數(shù)值，對被檢數(shù)字表的超差量程進行校準。

測試前進行信息錄入，如儀器的編號、送檢單位等。設置完畢，點擊左上角的測試進入測試界面，選擇測試項目進行相應的測試。按照模塊化的思路，將主程序分為單項測試和綜合測試，其中單項測試界面示意圖如圖3所示。

單項測試將5個主要功能模塊放置在自動檢定程序的前面板上，根據(jù)需要從主程序界面調(diào)用模塊進行檢定。綜合測試程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)字表各功能的依次檢定。當測試完畢后，系統(tǒng)把信息存儲文件中包含的相關信息導入證書中。

2.2 應用程序設計

在設計程序時要依據(jù)檢定規(guī)程和檢定技術，掌握標準源和被檢表的技術指標和程控指令[3]。本測試系統(tǒng)對數(shù)字表模塊的5個功能進行檢定，依據(jù)檢定規(guī)程JJG315－83，JJG598－89，JJG34－1999，JJG35－1999，JJG724－91，對應于數(shù)字表的交直流電壓、交直流電流和電阻等5個基本功能的數(shù)據(jù)校準。程序設計流程圖和部分數(shù)據(jù)采集程序如圖4，5所示。

程序設計分主程序和客戶端子程序兩部分實現(xiàn)，主程序?qū)崿F(xiàn)界面參數(shù)設置、功能選擇和數(shù)據(jù)顯示等功能，客戶端子程序?qū)崿F(xiàn)對主程序選擇設置功能的詳細實現(xiàn)。客戶端子程序從主程序接收數(shù)據(jù)信息對數(shù)字表模塊進行相應的配置。系統(tǒng)工作時需要同時運行主程序和客戶端子程序。子程序根據(jù)TCP/IP協(xié)議與主程序建立連接后，接受主程序發(fā)送過來的字符串，對數(shù)字表進行功能的設置和量程的選擇，同時把數(shù)字表的讀數(shù)發(fā)送回至主程序，進行數(shù)據(jù)后續(xù)判斷和處理。

2.3 證書生成

通信協(xié)議讓程序指定需要發(fā)送或接受的數(shù)據(jù)，并指定出發(fā)地和目的地位置，通過LabVIEW內(nèi)置的DDE和ActiveX協(xié)議滿足通信的需要[4]。Excel預先編制出符合標準的證書模板，利用LabVIEW的通信功能把采集的數(shù)據(jù)傳遞到Excel表格中預先設定好的位置。當需要打印生成證書時，調(diào)用Excel中固化的程序把相關文本信息中的內(nèi)容導入指定格式的證書中[5]。

3 實驗結果

對PXI－4060數(shù)字表模塊分別采用自動測試系統(tǒng)和手動測試方法進行數(shù)據(jù)采集。測試比較結果如表1所示。

圖4 程序設計流程圖

圖5 部分數(shù)據(jù)采集程序

表1 PXI－4060部分數(shù)據(jù)測試結果

由表1可以看出，兩種測試方法的結果基本一致。實驗結果表明，本文設計的自動測試系統(tǒng)完全可以滿足對數(shù)字表模塊的電壓、電流、電阻等電學參量的測試，數(shù)據(jù)準確可靠。

4 結束語

本自動測試系統(tǒng)按照數(shù)字多用表計量檢定規(guī)程采用直接測量法，具有數(shù)字化、自動化、規(guī)范化、標準化等特點。系統(tǒng)突出的優(yōu)點是采用了模塊化設計思想，被檢數(shù)字表每一個功能的檢定程序都被設計為一個功能模塊，方便系統(tǒng)中增加新型表的自動檢定程序。該測試系統(tǒng)已應用在總參某計量站，為完成計量測試任務起到了重要作用。

[1]張鐘華.現(xiàn)代計量測試技術的進展 [J].中國計量學院學報，2006，17(1):1－6.

[2]徐楊梅，許寶杰，徐小力.虛擬儀器環(huán)境下PXI總線遠程測控系統(tǒng)研究[J].計算機測量與控制，2005(13):123－124.

[3]黃琦志，黃琦蘭，李軻.基于GPIB接口的數(shù)字多用表自動化檢定系統(tǒng)[J].計量技術，2005(7):42－44.

[4]陳錫輝.LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通 [M].北京:清華大學出版社，2008.

[5]王曉蘭.基于LabVIEW的自動測試系統(tǒng)中動態(tài)報表的生成方法 [J].測控技術，2008，27(9):63－64.