發控盒電源組件自動測試系統的設計與實現

張 媛，谷建華，苗克堅，王毅航

（西北工業大學 計算機學院，陜西 西安 710072）

現代航空電子系統的功能越來越復雜，對其可靠性要求越來越高，而各電子系統供電電源的性能對系統功能的實現和系統性能的影響巨大。因此，人們對電源組件的穩定性、可靠性和輸出精度提出了更高的要求。

發控盒電源組件在導彈的發射過程中起到了至關重要的作用，如何準確、快捷地測量其各項性能參數成為一個重要問題[1]。目前多數航空電子系統電源的測試還停留在手工測量輸出（電壓、電流）和人工觀測波形（電源紋波特性）上，測試及記錄過程操作繁雜、易出錯、效率低，而且誤差較大，不符合高精度發控盒電源組件的測試要求[1-3]。為解決上述問題，提出了一種基于VISA、SCPI與串行通信技術的發控盒電源組件自動測試系統方案，其采用程控自動測試與記錄的方式，集成各測試儀器，極大提高了測試效率及測試精度[4-6]。的保持能力）。該系統以工控機為核心，通過軟件控制示波器、交流電源、直流電源及電子負載來實現發控盒電源組件的自動測試。在測試時，系統需要先模擬載機為被測電源組件提供115 V/400 Hz交流電及27 V/28 V直流電，并控制被測電源組件電子負載的接入與斷開。而后，測試系統通過電子負載和示波器測量電源的輸出電壓、電流及紋波，最后將測量結果進行顯示，并生成報表，進行統計分析。系統可實現對電源組件準確、全面、有效地檢測和故障定位，并能對其調試過程進行檢測，以確保其各項參數指標達到標準要求。系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構組成Fig.1 System structure and component

1 系統設計

1.1 系統概述

發控盒電源組件自動測試系統是針對3種電源組件(A/B/C)的測試而設計的。其中，基本測試項目為電壓測試、電流測試、負載能力測試及紋波測試，B、C電源組件還需完成瞬斷測試 （用于檢測產品瞬時斷開供電電源后，27 V輸出電壓

1.2 功能模塊

系統的主要功能模塊如下：

1)測試管理模塊：輸入被測件型號、被測件編號及測試人員等信息；

2)配置模塊：對測試參數進行配置，配置可保存為文件形式，供下次直接加載使用；

3)人機界面模塊：包含自檢程序、校準程序、測試程序；

4)數據處理模塊：對測試的數據進行處理，自動判讀電源組件性能指標的合格與超差；

5)系統通訊模塊：實現與標準儀器之間的通訊，并采集測量數據；

6)報表模塊：形成電子版測試報告。

2 系統硬件設計

2.1 系統硬件組成

電源組件測試系統由工控機、交流電源、直流電源、電子負載、示波器、適配單元等部分組成。其中，交流電源、直流電源和電子負載通過RS232串口與工控機相連，示波器通過USB接口與工控機相連。各部分的功能如下：

1)工控機：運行測控軟件，程控其它儀器，是整個測試系統的核心；

2)交流電源：模擬載機向不同的被測電源組件提供三相115 V/400 Hz或單相115 V/400 Hz交流電；

3)直流電源：模擬載機向不同的被測電源組件提供27 V/28 V直流電；

4)電子負載：作為被測電源組件的負載使用，并可同時檢測負載上的電壓值和電流值；

5)示波器：用于電源組件的紋波測試和瞬斷測試；

6)適配單元：用于轉接來自不同電源組件（A/B/C)的測試線纜到測試儀器。

2.2 適配單元設計

對測試系統而言，適配單元應具有較高的抗干擾能力及可靠的安全性能 （指系統發生意外或操作人員操作不當時，保護操作者的安全和避免測試儀器損壞的能力），。因此，適配單元內部應盡量采用受環境因素影響小的器件，合理分配高電壓、大電流以及高頻等信號的接地點，降低電磁干擾，減小測試誤差。

適配單元主要功能如下：

1)測試線纜識別功能。其原理是，在測試電纜插座內留出3根線，其中一根接地，其余兩根拉高電平，當測試電纜插座與被測件插頭連接后，由預先跳線改變兩根拉高電平的電平高低，即可通過這3根線的高低電平判斷當前線纜是3種電源組件(A/B/C)的哪種，實現線纜的自動識別功能。

2)示波器通道切換功能。由于示波器只有兩個通道，而要觀測七路信號，所以需要輔以通道切換電路實現多通道測量。繼電器具有接觸電阻小，過流大的特點，所以選用其與示波器組成程序控制電路，實現通道切換功能，這不影響系統的測試精度。其中，切換對象有電源組件A/B/C紋波測試，三路；三相115 V自檢測試，三路；27 V直流電源，一路。總計七路。如圖2，為適配單元框圖。

3)27 V對地短接控制。根據測試需求，電源組件輸出的27 V直流電需要控制對地短接或者懸空。系統通過控制大電流觸頭繼電器的通斷來實現。

圖2 適配單元框圖Fig.2 Adapter unit block diagram

3 系統軟件設計

發控盒電源組件測試系統軟件用來實現對電源組件自動測試。該軟件使用Visual Studio 2008集成環境開發，基于MFC框架，采用C++語言編寫。軟件中的波紋顯示部分基于NIMeasure Studio開發。

3.1 軟件分層架構

測試系統的軟件結構總體分為3層：交互層、邏輯層和通訊層，不同的層次完成不同的任務。如圖3所示。

交互層為圖形化程序界面，用于實現用戶與系統之間的交互。用戶對測試過程的監控、狀態的查詢及數據的保存都是在交互層中實現的。邏輯層為交互層提供底層支持，測試功能模塊（自檢模塊、校準模塊、測試模塊）的具體實現都是由邏輯層完成的。通訊層主要完成對底層驅動程序進行封裝并為邏輯層提供統一的函數接口。

圖3 軟件架構Fig.3 Software architecture

3.2 交互層

系統的交互層使用圖形化程序界面與用戶進行交互，操作簡單、方便，同時還提供了與邏輯層進行通訊的接口，這樣設計可以使同一界面加載不同的邏輯層，實現不同的測試項目。用于系統啟動后，對各個儀器進行檢測校準。

3.3 邏輯層

3.3.1 自檢模塊

測試系統對電源組件進行測試前，必須對測試系統本身進行自檢，以確保測試過程的安全可靠。自檢時，通過線纜識別，將測試系統直流27 V/28 V輸出通過測試線纜連接到各儀器的輸入上，實現對各儀器的檢測。

3.3.2 測試模塊

系統軟件實現了對3種型號電源組件的測試，其測試流程大體相同。都可對輸出的紋波、電壓、電流進行單步測試；也可直接選擇自動測試流程，實現對電源組件的綜合測試，最終得到完整報表數據，以供分析。如圖4所示，對發控盒電源組件A的自動測試流程進行了具體說明。

圖4 A發控盒電源組件測試流程Fig.4 A power supply componentauto testing process

3.4 通訊層

在Windows XP環境下，測試系統利用串行通信控件MSComm進行編程，實現了工控機與儀器（直流電源、交流電源、電子負載）的通訊，通訊協議分別適應3個儀器廠家自行規定的串口通訊協議與字符格式。工控機用USB接口與示波器相連，通過SCPI命令實現對示波器的控制。

3.4.1 VISA

VISA(Virtual Instrument Software Architecture)虛擬儀器軟件結構，其實質就是標準I/O函數庫及相關規范的總稱。它對于程序開發者而言，就是一個操作函數集，提供了標準化的I/O接口軟件規范。只需了解VISA I/O函數的格式和參數，調用時將參數傳入就可以完成設備驅動的編寫，而并不用關心VISA庫與儀器間的溝通細節問題。這樣就可實現計算機與各設備間軟件層的連接，使整個系統具有較好的可維護性，大大節省了開發時間，使開發者不必關注底層設置，只需注重儀器本身的控制編程。

在電源組件測試系統軟件的開發中，多次使用到了VISA庫函數，實現了工控機與各個儀器間的通訊。下面對軟件中常用到的VISA函數進行說明：

1)資源管理函數 ViOpenDefaultRM()

在使用VISA函數前，首先要用函數ViOpenDefaultRM()打開資源管理器，對VISA系統進行啟動和初始化，之后才可使用VISA的其他函數。所以說，ViOpenDefaultRM()函數是所有VISA工作的基礎。

2)打開會話函數ViOpen()

ViOpen()函數用于打開特定資源的會話通道,建立與資源的邏輯連接，即實現工控機與儀器的連接。

3)設置屬性函數ViSetAttribute()

ViSetAttribute()函數可用于設置資源狀態值。程序可以使用屬性確定資源或會話的狀態，也可以把資源或會話設置到指定的狀態。

4)讀/寫函數ViRead()/ViWrite()

通過ViRead()與ViWrite()函數進行工控機與儀器間的數據傳輸，讀寫操作。

5)清除器件函數ViClear()ViClear()是發送清除指令。6)關閉會話函數ViClose()ViClose()關閉特定的會話通道。

3.4.2 SCPI命令

若要實現工控機對儀器進行相應的設置，即實現測試系統的程控功能，就需要用到SCPI可編程儀器標準命令（Standard Commands for Programmable Instruments ，SCPI），這是程控各種儀器的基礎，是為解決程控儀器編程進一步標準化而制定的標準程控語言，目前已經成為重要的程控軟件標準之一。

SCPI命令是通過以太網[8]、USB、IEEE488.1、RS232 等接口來控制各個儀器的，但通常只應用于與之對應的儀器。每條命令獨立完成特定的功能，主要用來實現重設、自我測試等的操作，從事對開關的切斷，數據的測量與讀寫等一系列的儀器設置工作。

發控盒電源組件自動測試系統選用的是Agilent公司DSOX2012A型號的示波器[9]，以下是在測試軟件編寫中運用到的部分SCPI命令：

1):TRIGger[:EDGE]:SOURce＜source＞ //設置通道命令

2):CHANnel＜n＞:UNITs＜units＞//設置計量單位命令

3):CHANnel＜n＞:SCALe ＜scale＞//設置垂直刻度命令

4):WAVeform:POINts ＜#points＞//設置單位格子內的采樣點數命令

5):WAVeform:PREamble//返回十項紋波測試參數用于計算，最終得到紋波測試圖的命令

4 結束語

自動測試技術綜合了測量技術、自動化技術、計算機技術、電子技術等多種技術于一體，在航空、航天、航海、信息、能源等領域，有著十分廣闊的應用前景。該發控盒電源組件自動測試系統，利用智能儀器構建了以工控機為核心的測試系統，開發周期短、系統精度高，現已投入使用。系統能夠準確、快捷地自動測試3種電源組件的各項性能參數，其軟件也具有較強的可移植性和可擴充性。由此可見，該測試系統具有良好的應用和推廣使用價值。

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