LabWindows/CVI電場自動控制系統研制

陳 星，武占成，范麗思

（軍械工程學院靜電與電磁防護研究所，河北 石家莊 050003）

1 引 言

隨著軍隊信息化建設進程的加快，以電子信息系統為核心的信息化武器裝備大量投入使用，使得復雜電磁環境下裝備保障指揮如何發揮更大的效能以保障主戰裝備作戰效能的發揮，成為裝備保障指揮領域急需研究的課題[1]。軍事裝備在復雜電磁環境下的敏感性測試就顯得十分重要了。根據國軍標GJB 151A-97《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求》和GJB 152A-97《軍用設備和分系統電磁發射和敏感度測量》中RS103項目的試驗要求，場強極限值在頻域內變化較小。實驗室構建的電場輻射敏感度測試系統在試驗掃描過程中是手動操作，即通過觀察場強計的讀數大小來調節信號源和大功率放大器的輸出，以保證掃描過程場強值的穩定一致，EMC試驗過程中涉及到頻率敏感點和敏感極限電平，實驗的次數多而麻煩，依據GJB 152A-97中的規定，大致計算一下所需要測試次數，可以算出從8～100MHz（按0.25%步進）最少要經過1011個頻率點。每個頻率點上都要反復調整電磁場內的場強，工作量極大，急需構建電場自動控制系統。依據基于ANSIC為核心的交互式C語言編程的LabWindows/CVI開發平臺，編制自動控制軟件。自動控制軟件采用模塊化編程，主要包括儀器模塊、校正模塊、測試模塊、報告模塊。編制的程序大大加快了測試速度并易于進行升級。

2 輻射敏感度自動測試系統組成

2.1 硬件配置框圖

輻射敏感度測試系統就是對設備或系統進行電磁輻射干擾試驗，從而測量出設備或系統抗電磁輻射干擾的輻射敏感度門限值[2]。

用GTEM室為電場輻射敏感性試驗，已被FCC、IEC、CISPR 以及國標（GB）和國軍標（GJB）所采納。它具有頻帶寬、無需更換天線、場均勻性好、成本低等特點，特別適合EMS自動測試[3]。在構建電場輻射敏感度自動測試系統時，場強幅度變化的大小直接影響測試結果，因此必須將其變化限定在規定的誤差限內。自動控制硬件框圖如圖1所示。

2.2 系統原理

圖1 系統硬件配置圖

信號源、功率計的GPIB接口，通過電纜級連的方式匯入USB-GPIB接口上，系統在不同的GPIB地址區分這兩種儀器。計算機通過GPIB卡控制信號源產生一定類型、頻率和幅值的信號。信號源產生的信號通過功率放大器放大，通過同軸電纜饋入GTEM小室。GTEM小室內的場強由場探頭變為電信號，通過場強測量儀測量它的大小，場強測量儀將電信號轉成光信號通過光纖和RS232接口將場強數據輸入計算機內。測量的場強數值和標準規定的數值進行比較，通過調整信號源的大小直到GTEM室中場強與標定場強的誤差符合規定為止。

3 測試系統軟件設計

3.1 軟件設計的總體思想

編寫自動測試程序之前，首先應該對儀器的原理、功能、操作方法有詳細的了解，對程序的結構進行設計，電場輻射敏感度自動測試系統實現的功能是對GTEM室內場強的控制、通過調節信號源輸出功率大小改變室內場強。涉及控制或通信的儀器主要有信號源、功率計、場強計。為了適應通信總線和測試儀器的變化，驅動程序分層、模塊化設計。程序由底層向上編寫，VISA首先定義了一種管理所有VISA資源的資源管理器，以實現各種VISA資源的管理、控制和分配，內容包括資源尋址、資源創建與刪除、資源屬性的讀取與修改、操作激活、事件報告、存取控制和默認值設置等[4]。VISA調用物理儀器的VPP協議驅動程序，寫入儀器管理配置信息，用戶功能模塊調用VISA函數實現與功能接口。軟件結構主要包括輸入輸出接口軟件、儀器驅動程序、應用軟件開發環境。輸入輸出接口主要是通過VISA I/O來實現，其存在于儀器與儀器驅動程序之間，完成儀器內部寄存器數據的存取操作，是儀器與儀器驅動程序之間進行信息傳遞的底層軟件[5]。應用軟件LabWindows/CVI是基于C語言編程的虛擬儀器軟件開發平臺。它是32位的面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發平臺，以ANSI C為核心，將功能強大、應用廣泛的C語言與測控專業工具有機地結合起來，實現數據的采集、分析和顯示[6]。儀器驅動程序實際上是聯系應用程序與硬件設備的橋梁，VISA庫函數為驅動程序提供了與硬件通訊的軟件接口。通過對函數的調用實現對儀器的操作[7]。虛擬儀器軟件體系結構與軟件設計流程如圖2、圖3所示。

圖2 虛擬儀器軟件體系結構

圖3 軟件設計流程圖

3.2 軟件代碼的編制

在測試的過程中涉及到計算機與信號源、功率計、場強計間的通信，就必須對其進行初始化。信號源、場強計、功率計都有LabWindows/CVI的儀器驅動程序，通過儀器菜單裝載驅動器函數庫，并將其c代碼文件與h頭文件添加到test工程文件中。添加的代碼文件主要包括功率計c代碼文件rsnrvd.c和h頭文件rsnrvd.h，信號源c代碼文件rssml.c、rssmr.c以及其h頭文件rssml.h、rssmr.h。對各個儀器的驅動函數調用進行初始化編程。儀器間是通過安捷倫公司的USB-GPIB卡與RS232接口總線通信，因此也必須安裝USB-GPIB卡的輸入輸出庫Agilent IO Libraries Suite才能對儀器進行通信控制。

3.2.1 儀器模塊

主要包括對儀器的初始化，初始化函數是通過VISA庫中的函數調用來實現的。儀器初始化時對各個儀器的初始化函數的調用如下所示：

3.2.2 校正模塊

對場強的校正可以分成開環校正和閉環校正。在開環的校正過程中，固定信號源輸入功率的情況下得到GTEM室內的場強頻域特性常數K（f），可以用公式表示為 K（f）=P0/E（f）2。對于標定的場強值 E0所需的信號源功率可以表示為P=K（f）·E02。軟件編程過程如下所示，校正完的數據以*.csv格式文件保存。

在閉環校正時，可以調用開環的校正文件，通過調用開環的校正文件來更為精確地獲得標定場強所需的信號源功率。對*.csv文件的調用主要過程是對開環校正文件以塊的形式寫入一個data數組中，取數組中前2*maxfreq項分別放入另外兩個數組中，分別得到頻率與信號源功率數據。軟件編制如下所示：

在獲得開環校正文件上就可以通過測試的場強值來反饋調節信號源功率，直到室內測試場強值與標定場強值的誤差在規定的誤差限內。

3.2.3 測試模塊

在測試模塊中，主要是對校正文件調用，可以是開環數據文件也可以是閉環數據文件。在選擇哪種校正文件時，可以通過實際測量的場強值在頻域內變化大小與實驗對場強變化大小的要求來選擇。對校正文件的調用與閉環校正時對開環校正文件的調用過程一樣。

3.2.4 報告模塊

LabWindows/CVI與 Word、Excel通信基礎是對Active X的調用。LabWindows/CVI調用Active X時，首先要建立其服務器，并進行配置，然后生成系統可以識別的程序文件，一般包括.c、.h、.fp、.obj、.sub等文件[8-9]。主要過程是在LabWindows/CVI開發環境下選擇 Tools-Create ActiveX Automation Controller，然后在ActiveX服務控件選擇框中選擇Microsoft Word 11.0 Object Library將會生成函數對話框，并將其保存為wordsrvr.fp，同時在選擇的目標目錄中還會生成 wordsrvr.c、wordsrvr.h、wordsrvr.obj、wordsrvr.sub等四個文件，將 wordsrvr.fp、wordsrvr.c、wordsrvr.h 文件加入工程后，就可以調用生成的函數庫，從而實現LabWindows/CVI與Word的混合應用。通過對函數庫中函數的調用生成以Word形式的報告。

3.3 異常情況處理

PC機已經從基于字符的DOS用戶界面轉移到更強大的Windows圖形用戶界面，然而增強的GUI也付出了代價。在許多連續采集數據并在軟件界面上顯示的自動測試過程中，用戶界面是一個制約因素[10]。

在編制軟件測試GTEM室內場強或是控制場強的過程中，當測量的過程中遇到特殊情況時，軟件能夠迅速停止下來并關閉儀器。在此過程中界面控件動作與硬件通信是同時進行的，如果用單線程的話，軟件不能夠快速響應控件事件，甚至造成死機。因此在編程的過程中就必須應用到多線程技術才能克服數據采集與界面顯示之間的矛盾。

在LabWindows/CVI中提供了兩種多線程技術，分別是線程池（Thread Pools）和異步定時器（Asynchronous Timers）機制[11]。該軟件的編寫用到的是線程池機制，使用線程池創建線程函數，在調用線程函數進行場強的校正。具體的線程池代碼如下所示：

當出現過載或者是檢測員需要暫停的情況時，需要釋放與線程池相關聯的校正線程函數，停止校正或是關閉儀器。在LabWindows/CVI開發平臺中用到釋放線程的函數為：

4 結束語

該文主要介紹了電場輻射敏感度自動控制技術的軟件編制過程。通過軟件架構的分析，進行了模塊化編程，軟件的四大模塊通過對函數庫和校正文件的調用實現其功能。在校正場強的過程中，開環校正的速度很快，適合對于場強要求不是很高的場合。閉環校正相對于開環校正速度比較慢，因為有一個標定場強誤差限需要滿足，其實現主要是通過開環校正的數據產生的場強與測量場強值比較，來修正信號源的功率值，比較修正的過程比較費時，但是閉環產生的場強值更為精確，得到的實驗數據也就更可靠。在保證GTEM室內場強值的精確的基礎上如何加快閉環校準速度值得進一步的研究和探討。

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