關(guān)于無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)探討

鄭長春

【摘 要】建立無線電機(jī)動檢測系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)裝備計量保障自動化的關(guān)鍵。本文將對無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討，首先分析了自動化計量裝置的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，包括信號發(fā)生器、數(shù)字示波器和數(shù)字多用表等。在此基礎(chǔ)上，探討系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，包括軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和關(guān)鍵模塊設(shè)計等。

【關(guān)鍵詞】無線電技術(shù)；機(jī)動計量保障；系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

0 前言

隨著電子裝備技術(shù)的快速發(fā)展，其實(shí)驗(yàn)范圍也顯著擴(kuò)大，對電子檢測技術(shù)提出了更高要求。由于在實(shí)際工作環(huán)境中，電子裝備的種類多、分布廣，在進(jìn)行無線電計量檢測時，測試項(xiàng)目眾多，數(shù)據(jù)可靠性要求較高，同時還要求檢測過程盡量簡單?；谏鲜鲂枨?，對無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，滿足實(shí)際工作需要，促進(jìn)測試設(shè)備計量保障技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

1 自動化計量裝置的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1.1 信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計

自動化計量裝置是系統(tǒng)的基本組成部分，主要包括信號發(fā)生器、數(shù)字示波器和多用表等。其中，信號發(fā)生器采用信號源自動化計量系統(tǒng)，能夠?qū)?50kHz～18GHz頻率范圍內(nèi)的合成信號發(fā)生器檢定測試。系統(tǒng)內(nèi)的主要裝置包括測試接收機(jī)、微波變頻器、功率探頭、微波功率探頭、微波信號源、微波計數(shù)器和頻譜分析儀等。這些設(shè)備能夠在系統(tǒng)控制下，自動對信號源進(jìn)行測試。其中，測量接收機(jī)頻率范圍為150kHz～1300MHz，利用變頻器可以使測量頻率擴(kuò)至18GHz。此外，還要更換更高頻率的功率探頭[1]。

1.2 數(shù)字示波器系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字示波器是無線電計量保障的基礎(chǔ)設(shè)備，該設(shè)備系統(tǒng)能夠?qū)?00MHz頻率范圍內(nèi)的數(shù)字示波器技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測定檢測。系統(tǒng)中包含的主要設(shè)備是示波器校準(zhǔn)器。本次設(shè)計采用Fluke公司出產(chǎn)的5820A型號校準(zhǔn)器，該裝置的優(yōu)勢特點(diǎn)包括：（1）幅度垂直偏轉(zhuǎn)，使用方波或直流校準(zhǔn)，量程幅度準(zhǔn)確度高；（2）快沿動態(tài)響應(yīng)，可以檢測模擬或數(shù)字變換器的所有垂直偏轉(zhuǎn)電路瞬態(tài)響應(yīng)，快沿小于300ps；（3）穩(wěn)幅狀態(tài)波的帶寬校驗(yàn)，正弦信號源具有良好的幅度準(zhǔn)確度和平坦度，能夠確定示波器帶寬、檢測不連續(xù)性及突降；（4）時標(biāo)的水平定時，準(zhǔn)確度大±3.3×10-7，能夠滿足多數(shù)高性能數(shù)字示波器的校準(zhǔn)需要[2]。

1.3 數(shù)字多用表設(shè)計

數(shù)字多用表在電學(xué)的計量測試中十分常用，是無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。目前使用的數(shù)字多用表一般帶有GPIB控制接口，對其進(jìn)行檢測和校準(zhǔn)的裝置也帶有GPIB接口，為自動化檢定的實(shí)現(xiàn)提供了保障。對數(shù)字多用表的檢定系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，采用5700型號標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，具有多功能校準(zhǔn)源，可以滿足無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的檢測需要。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

完整的自動計量測試系統(tǒng)分為多個層次結(jié)構(gòu)，在本次系統(tǒng)設(shè)計中，處于最底層的是I/O接口控制軟件，主要負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行通訊，連接測量目標(biāo)和被檢測設(shè)備。本次設(shè)計采用VISA設(shè)計I/O接口軟件，VISA是VPP制定的接口軟件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在I/O控制軟件之上是系統(tǒng)的儀器驅(qū)動層，通過應(yīng)用儀器驅(qū)動程序，可以為控制軟件開發(fā)提供方便，不必進(jìn)行程控代碼編制。儀器驅(qū)動層的上層是應(yīng)用軟件層，也是軟件開發(fā)的核心部分，需要實(shí)現(xiàn)儀器控制、管理服務(wù)和人機(jī)交互等功能。在系統(tǒng)二是過程中，要引導(dǎo)測試過程，控制硬件設(shè)備，并與數(shù)據(jù)庫連接，自動生成報告，并實(shí)現(xiàn)配置管理。在應(yīng)用軟件層中，可以方便的調(diào)用各種測試模塊。比如示波器的自動檢定，采用較為成熟的IVI驅(qū)動技術(shù)，支持多種型號示波器檢測，而且程序開發(fā)效率較高。

2.2 通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)命令設(shè)計

計量保障系統(tǒng)采用IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該協(xié)議提供了程控儀器數(shù)字接口的編碼、格式和公共命令，是一個針對性較強(qiáng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。IEEE488.2協(xié)議對測量儀器的接口信息結(jié)構(gòu)以及信息交換方式進(jìn)行了規(guī)定，可以確保儀器通信軟件的高度兼容，實(shí)現(xiàn)儀器間的信息交換和公共命令是被功能。IEEE488.2協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要由三部分組成，包括器件相關(guān)規(guī)定、系統(tǒng)相關(guān)規(guī)定和控制者相關(guān)規(guī)定。具體包括：（1）儀器配置接口功能要求；（2）計算機(jī)和儀器的信息傳遞方法，包括信息控制操作；（3）對傳遞消息語法作出精確描述，確定語法原則；（4）規(guī)定一組適用于所有儀器的公用命令，可識別儀器固件版本；（5）串行查詢功用狀態(tài)報告；（6）儀器與應(yīng)用程序的同步技術(shù)；（7）地址自動配置技術(shù)。

可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI建立在IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)之上，可以解決特定類型和功用的測量儀器兼容問題，制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)省程序開發(fā)時間，為儀器數(shù)據(jù)處理提供一個標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。SCPI標(biāo)準(zhǔn)命令面向測試功能，與物理層硬件和程序語言無關(guān)，可以使測試程序具有可移植性。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本次系統(tǒng)設(shè)計采用InterBase7.0數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和Access數(shù)據(jù)庫，可以保證數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)設(shè)計簡單易用的要求，而且維護(hù)成本較低，是性能卓越的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫之一。數(shù)據(jù)庫設(shè)計是無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，用于對測試軟件運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和處理。數(shù)據(jù)庫與各個功能模塊相連，是數(shù)據(jù)流的起點(diǎn)和終點(diǎn)。無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括4個子數(shù)據(jù)庫，分別是指標(biāo)和測試點(diǎn)數(shù)據(jù)庫、測試證書數(shù)據(jù)庫、信號發(fā)生器數(shù)據(jù)庫和測試流程庫。其中，信號發(fā)生器數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵表包括客戶表、儀器信息表和儀器表等，屬于基本信息模塊，可以減少冗余信息，實(shí)現(xiàn)基本數(shù)據(jù)輸入的規(guī)范化管理。指標(biāo)和測試點(diǎn)數(shù)據(jù)庫包含多個參數(shù)表，一般一個項(xiàng)目對應(yīng)一個表，負(fù)責(zé)杉樹設(shè)置和指標(biāo)信息管理，為測試結(jié)果判斷提供依據(jù)。測試證書信息庫是信息載體，收入證書信息，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理。測試流程庫錄入測試流程表，是關(guān)于測試項(xiàng)目的流程配置，系統(tǒng)讀取測試流程實(shí)現(xiàn)自動化檢測。

2.4 關(guān)鍵模塊設(shè)計

根據(jù)硬件系統(tǒng)和檢測對象，軟件系統(tǒng)也可以分為信號發(fā)生器、數(shù)字示波器、數(shù)字多用表等幾個部分。其中，信號發(fā)生器的測定軟件分為六大模塊，分別是識別驗(yàn)證模塊、測試模塊、信息管理模塊、信息查詢模塊、使用工具模塊和系統(tǒng)維護(hù)模塊。其中，測試模塊是整個系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)檢測被檢信號源的型號、出廠編號、檢定信息和測試日期等，并將測試信息保存在數(shù)據(jù)庫中。數(shù)字示波器部分的關(guān)鍵模塊與信號發(fā)生器基本類似，但測試對象和項(xiàng)目有所不同。數(shù)字多用表的檢測系統(tǒng)則與前兩個系統(tǒng)有所不同，可以分為5大模塊，包括登錄驗(yàn)證模塊、測試模塊、信息錄入及修改模塊、證書管理模塊和信息查詢模塊。其中，測試模塊功能包括直流電壓電流測試、交流電壓電流測試、二線和四線電阻測試等。此外，還要進(jìn)行系統(tǒng)操作界面設(shè)計，分別為三個檢測系統(tǒng)設(shè)置對應(yīng)的檢測操作界面，還要具備用戶身份識別功能，通過驗(yàn)證后，即可進(jìn)行檢定操作。操作界面的設(shè)計應(yīng)盡量簡潔實(shí)用，方便操作，通過點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕，即可完成測試，滿足自動化測定需求。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的自動化計量裝置和系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計，基本可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求，滿足電子裝備的自動化檢測需求。本次設(shè)計采用的基礎(chǔ)設(shè)備可以滿足多數(shù)工況下，機(jī)動計量檢測的準(zhǔn)確性要求。通過數(shù)據(jù)庫與關(guān)鍵模塊的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)管理和自動化檢測提供保障。此外，簡潔實(shí)用的操作界面，可以滿足檢測過程操作簡單的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉智超.測繪裝備機(jī)動計量保障系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].解放軍信息工程大學(xué)，2012.

[2]王琳娜.無線電機(jī)動計量保障系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2011.endprint