伺服電源模塊的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

田明，呂金玲，趙云率

（長(zhǎng)春理工大學(xué)光電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

伺服電源模塊的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

田明，呂金玲，趙云率

（長(zhǎng)春理工大學(xué)光電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

為了解決伺服電源傳統(tǒng)測(cè)試中周期長(zhǎng)、測(cè)試準(zhǔn)確性差、對(duì)測(cè)試人員的技術(shù)要求高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套伺服驅(qū)動(dòng)電源的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。首先完成電源模塊測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，接著詳細(xì)介紹了硬件的組成和實(shí)現(xiàn)方案，之后設(shè)計(jì)其軟件的整體結(jié)構(gòu)和流程，并以QT為軟件開發(fā)環(huán)境，通過(guò)VISA庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)通訊控制，完成測(cè)試軟件開發(fā)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：該測(cè)試系統(tǒng)界面友好、操作性強(qiáng)，可以大幅度提高伺服電源測(cè)試的效率與可靠性。

電源測(cè)試；自動(dòng)測(cè)試；QT軟件；VISA

伺服電源驅(qū)動(dòng)模塊作為伺服驅(qū)動(dòng)器的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響伺服系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，電源模塊的失效將引起系統(tǒng)的癱瘓，造成經(jīng)濟(jì)損失，威脅人身安全。因此對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)電源模塊進(jìn)行規(guī)范化的系統(tǒng)測(cè)試具有重要的意義［1］。

目前對(duì)于電源產(chǎn)品的性能的測(cè)試大多采用傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法，測(cè)試的周期、精準(zhǔn)度以及可靠性依賴于測(cè)試人員的技術(shù)水平以及熟練程度［2］。對(duì)于測(cè)試項(xiàng)目多，測(cè)試參數(shù)難調(diào)整，測(cè)試步驟繁瑣的電源測(cè)試項(xiàng)目，傳統(tǒng)的測(cè)試方法將無(wú)法保證伺服電源的測(cè)試規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格一致，使得驅(qū)動(dòng)器的整體性能降低。因此，以自動(dòng)化技術(shù)為核心，依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，結(jié)合通訊技術(shù)，開發(fā)一套伺服電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，將對(duì)增加伺服驅(qū)動(dòng)器安全性，提高伺服電源的測(cè)試效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要價(jià)值［3］。

本文使用TCP/IP網(wǎng)口協(xié)議以及RS485串口協(xié)議為主要通信協(xié)議，以工控機(jī)（PC機(jī)）、程控電源、電子負(fù)載、絕緣耐壓設(shè)備以及示波器為硬件平臺(tái)，以QT為軟件開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)一套伺服驅(qū)動(dòng)電源的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。

1 測(cè)試系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示為伺服電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的架構(gòu)，主要有工控機(jī)單元、選通控制單元、負(fù)載單元、待測(cè)單元（待測(cè)電源模塊）以及信息采集單元組成。其工作原理為：待測(cè)電源模塊安裝于自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中，并與測(cè)試系統(tǒng)的負(fù)載單元通過(guò)線纜連接；工控機(jī)通過(guò)選通控制單元，分發(fā)TCP/IP、RS485等協(xié)議報(bào)文到負(fù)載單元，控制負(fù)載單元為待測(cè)電源模塊提供匹配負(fù)載，并形成完整的回路；信息采集單元采集回路上的電壓電流等信息，將數(shù)據(jù)經(jīng)由選通控制單元傳回工控機(jī)；工控機(jī)上運(yùn)行自動(dòng)化測(cè)試軟件，對(duì)采集的回路信息進(jìn)行分析與判斷。

圖1 伺服電源測(cè)試系統(tǒng)

2 測(cè)試系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)方案

伺服電源測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示，其中PC機(jī)為測(cè)試系統(tǒng)的工控機(jī)部分，路由器與TP板組成測(cè)試系統(tǒng)的選通控制單元，示波器或者數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)信息采集單元，電子負(fù)載與絕緣耐壓設(shè)備組成系統(tǒng)的負(fù)載單元，待測(cè)伺服電源模塊（UUT）為待測(cè)單元。

圖2 伺服電源測(cè)試系統(tǒng)方案

2.2 硬件組成

伺服電源測(cè)試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：工控機(jī)（PC機(jī)）、程控電源、電子負(fù)載、待測(cè)單元（UUT）、示波器、絕緣耐壓設(shè)備、TP板以及路由器等，可以外接顯示器、鼠標(biāo)等外圍設(shè)備。

工控機(jī)（PC機(jī)）為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，其系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行伺服電源測(cè)試軟件VisaNet，通過(guò)TCP/ IP、RS485協(xié)議控制程控電源、電子負(fù)載、示波器等硬件設(shè)備，其作用為協(xié)調(diào)控制測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)硬件設(shè)備的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)在不同測(cè)試階段的軟件環(huán)境與硬件狀態(tài)之間的匹配，存儲(chǔ)與傳輸待測(cè)單元的環(huán)境信息，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與檢驗(yàn)并打印出測(cè)試結(jié)果。

路由器的主要作用是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，并通過(guò)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選通。它將工控機(jī)的一路網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)換成雙通道，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文控制程控電源的輸出，為待測(cè)伺服電源模塊（UUT）供電，也控制示波器采集UUT與電子負(fù)載之間4路信號(hào)，同時(shí)并將采集回的信號(hào)傳輸并存儲(chǔ)于工控機(jī)，供給測(cè)試軟件VisaNet的原始數(shù)據(jù)；TP板也是選配控制單元的組成部分，在硬件接口上在將工控機(jī)的USB接口轉(zhuǎn)換成兩路的RS485的串口，在軟件上將上位軟件發(fā)出的伺服驅(qū)動(dòng)RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換成電子負(fù)載、絕緣耐壓設(shè)備的RS485協(xié)議，并通過(guò)Switch轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電子負(fù)載與絕緣耐壓設(shè)備的通訊選配。程控電源使用的是普源精電科技有限公司的RIGOL DP800系列的可編程線性直流電源。其作用是為待測(cè)伺服電源設(shè)備提供穩(wěn)壓電源或特定波形的電源輸出。電源配置有USB Host，LAN，RS232接口，支持GPIB，本測(cè)試系統(tǒng)使用LAN接口，以搭建局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

示波器采用RIGOL DS1104Z數(shù)字示波器，提供四路模擬通道，采樣率高達(dá)2GSa/s，具有邊沿、脈寬等豐富的觸發(fā)功能，提供USB Device，雙USB Host，LAN等標(biāo)準(zhǔn)接口，支持遠(yuǎn)程控制。其作用是采集待測(cè)伺服電源模塊（UUT）與負(fù)載間回路的4路信號(hào)，將采集的數(shù)據(jù)傳回給工控機(jī)。

絕緣耐壓設(shè)備采用同輝TH9320-S8交直流絕緣耐壓測(cè)試儀，最大可輸出6kV DC或5kV AC，其作用是輸出一個(gè)高壓加在UUT模塊的絕緣體上并持續(xù)一段時(shí)間，檢查UUT模塊承受過(guò)電壓的能力。電子負(fù)載使用艾德克斯公司IT8722多路直流可編程電子負(fù)載設(shè)備，可以精確的控制負(fù)載的電流，模擬負(fù)載的短路，其作用是模擬伺服電源真實(shí)環(huán)境下的負(fù)載，提供UUT的測(cè)試環(huán)境。

2.3 硬件通訊控制方案

伺服驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的通訊協(xié)議主要有兩種：TCP/IP協(xié)議、RS485串口通訊協(xié)議。其中PC使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文，經(jīng)由路由器設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，分別與程控電源和示波器進(jìn)行通訊控制；程控電源與示波器將根據(jù)PC發(fā)送的指令序列，執(zhí)行相應(yīng)的初始化、打開、采集信號(hào)、輸出電壓以及關(guān)閉等動(dòng)作，并將動(dòng)作的執(zhí)行結(jié)果、當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)或者采集的信號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)由IP數(shù)據(jù)報(bào)通知PC機(jī)。RS485協(xié)議主要用于PC機(jī)與電子負(fù)載、絕緣耐壓設(shè)備間的通訊，主要功能是將一路的USB通訊，轉(zhuǎn)換成兩路的RS485協(xié)議的報(bào)文，以控制電子負(fù)載與絕緣耐壓設(shè)備。

圖3 伺服電源測(cè)試軟件結(jié)構(gòu)

3 伺服測(cè)試軟件開發(fā)

伺服驅(qū)動(dòng)電源測(cè)試系統(tǒng)是一套軟硬件緊密結(jié)合的綜合系統(tǒng)［4］，其硬件平臺(tái)提供測(cè)試過(guò)程中的近似真實(shí)的電路測(cè)試環(huán)境，而軟件系統(tǒng)則要保證測(cè)試項(xiàng)目的可維護(hù)性，測(cè)試系統(tǒng)的易用性，測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于使用TCP/IP協(xié)議、RS485協(xié)議設(shè)計(jì)了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的硬件通訊方案，并且每個(gè)協(xié)議下的通訊格式由設(shè)備廠商定義，因此使用VISA虛擬儀器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。VISA［5-6］是計(jì)算機(jī)與儀器之間的標(biāo)準(zhǔn)軟件接口規(guī)范，在應(yīng)用層與硬件之間增加一層軟件封裝，用以屏蔽不同硬件設(shè)備的底層驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)與接口和開發(fā)平臺(tái)無(wú)關(guān)的儀器控制。為滿足跨平臺(tái)移植的要求，該測(cè)試軟件采用Qt作為軟件的開發(fā)環(huán)境。

3.1 測(cè)試軟件整體結(jié)構(gòu)

如圖3所示的電源測(cè)試軟件的軟件結(jié)構(gòu)，采用自下而上的軟件設(shè)計(jì)方法，將VisaNet電源測(cè)試軟件分為三個(gè)層次：功能開發(fā)層、軟件管理層以及用戶交互層。功能開發(fā)層，是整個(gè)軟件結(jié)構(gòu)的最低層，主要完成設(shè)備資源的自檢與調(diào)試、測(cè)試用例的功能實(shí)現(xiàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件接口等功能，關(guān)注系統(tǒng)功能的具體實(shí)現(xiàn)；軟件管理層關(guān)注于軟件功能間的關(guān)系和組織邏輯，主要完成軟件功能的劃分，用戶數(shù)據(jù)的管理框架開發(fā)以及測(cè)試過(guò)程的管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；用戶交互層是軟件架構(gòu)的頂層，主要軟件與測(cè)試人員間的交互，主要關(guān)注于用戶的操作習(xí)慣，軟件界面安排美觀與風(fēng)格一致。

3.2 伺服電源軟件測(cè)試流程

VisaNet電源自動(dòng)化測(cè)試軟件其頂層界面包括前面板和后面板。其中后面板主要完成軟件的硬件管理功能，包括VISA通訊，硬件設(shè)備自檢，硬件資源的調(diào)試等功能；前面板完成測(cè)試過(guò)程的管理，主要包括測(cè)試用例管理，測(cè)試用例配置，測(cè)試數(shù)據(jù)采集分析，測(cè)試報(bào)表生成與存儲(chǔ)等功能。其整個(gè)測(cè)試的過(guò)程參考圖4。數(shù)據(jù)庫(kù)參與整個(gè)測(cè)試過(guò)程，完成與用戶交互數(shù)據(jù)的顯示，硬件資源狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，測(cè)試用例配置以及測(cè)試報(bào)表等文檔的管理。

圖4 VisaNet軟件電源測(cè)試流程圖

3.3 QT平臺(tái)下的VISA儀器通訊實(shí)現(xiàn)

利用VISA實(shí)現(xiàn)儀器通訊的基本步驟為：首先通過(guò)viOpenDefaultRM函數(shù)打開Resource Manager的Session（通訊通道）；使用viOpen函數(shù)加上目標(biāo)儀器的地址，打開目標(biāo)儀器；使用viWrite函數(shù)對(duì)目標(biāo)儀器發(fā)送命令，以控制儀器；使用viRead函數(shù)來(lái)獲取目標(biāo)儀器返回工控機(jī)的數(shù)據(jù)（包括測(cè)量的數(shù)據(jù)）；最后在程序結(jié)束前，使用viClose函數(shù)關(guān)閉Session以釋放資源。本文在QT平臺(tái)下，首先在其pro文件中添加visa.h的頭文件以及VISA動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的路徑，如：INCLUDEPATH+="C：/ProgramFiles（x86）/IVIFoundation/VISA/WinNT/Include"LIBS +=-L"C：ProgramFiles（x86）IVIFoundation VISAWinNTlibmsc"-lvisa32。

之后通過(guò)編寫封裝類JDVisaNet，在類的公有函數(shù)中封裝VISA通訊函數(shù)viOpen、viWrite、vi-Read、viClose等函數(shù)。

表1 自動(dòng)化電源測(cè)試結(jié)果表

在該類中不僅封裝好基礎(chǔ)的vi操作，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)錯(cuò)誤的處理操作，例如int JDVisaNet：：getLastError（）；也實(shí)現(xiàn)了對(duì)通訊過(guò)程中一些事件的處理，例如void JDVisaNet：：processEvents（int t）。

最后通過(guò)信號(hào)槽機(jī)制將這些函數(shù)與QT UI Designer中的控件關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)其功能。

4 測(cè)試結(jié)果

如表1所示，電源測(cè)試的項(xiàng)目很多，包括輸出紋波測(cè)試、輸出噪聲測(cè)試、輸出電源精度、電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、過(guò)載紋波、開關(guān)頻率、絕緣耐壓測(cè)試、輸出電壓上升波形測(cè)試等。每條測(cè)試項(xiàng)目均有各自的實(shí)現(xiàn)方法，例如輸出紋波是在額定的輸入電壓以及額定負(fù)載下使用示波器電壓探頭觀察輸出電壓的周期性波動(dòng)的幅值大小；絕緣耐壓是在指定的位置給管腳加2000VDC的高壓，測(cè)試漏電流的大小，其值不超過(guò)30mA。

5 結(jié)論

本文采用自動(dòng)化測(cè)試、儀器控制、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)電源模塊的自動(dòng)化測(cè)試。根據(jù)實(shí)際的測(cè)試結(jié)果可知，本測(cè)試系統(tǒng)提高了伺服電源模塊的測(cè)試效率與測(cè)試精度，增加測(cè)試結(jié)果的可靠性與可重復(fù)性，達(dá)到了電源測(cè)試維護(hù)規(guī)范要求，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

［1］汪洋.航空電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.

［2］良青陽(yáng)，董恩生，董永貴，等.基于虛擬儀器的飛機(jī)電源綜合測(cè)試系統(tǒng)的研究［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（12）：2202-2205.

［3］薛文琪，翟正軍.基于虛擬儀器的電源測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010，31（6）：1330-1334.

［4］張波.軍用電源模塊自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)工程管理與信息技術(shù)學(xué)院，2014.

［5］肖志剛，柳維旗.基于GPIB總線技術(shù)的熱電池測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（16）：160-162.

［6］楊心宇，章國(guó)寶，柴繼濤，等.基于VISA庫(kù)的電源測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2014，27（5）：55-56.

Implementation of Servo Power Module Automatic Testing System

TIAN Ming，LV Jinling，ZHAO Yunshuai
（School of Optoelectronic Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）

Because of the long period and poor accuracy of servo power testing in convention manual method，especially the high technical requirements of the tester，an automatic servo power testing system has been designed and implemented to solve these problems.Firstly，this paper completes the architecture design of the servo power module automatic testing system.Additionally，the hardware structure and implementation scheme is introduced in detail.Finally，it designs the automatic testing software framework with QT software and implements the communication protocol control of instruments by using the functions of VISA.It is proved in practice that the system designed in this article can improve the efficiency and reliability of the servo power testing in significant measurement with its friendly interface and strong maneuverability.

power module testing；automatic test；QT software；VISA

TP274

A

1672-9870（2017）01-0051-04

2016-10-26

田明（1971-），男，副教授，E-mail：tianming@cust.edu.cn