基于LabVIEW的排阻老化電阻值測試系統

田恬 肖仕武

摘 要： 針對目前排阻老化過程中電阻值測試存在的勞動效率低下、誤差大、重測現象突出、成本高等問題，設計基于LabVIEW開發平臺的排阻老化過程中電阻值測試系統。系統由計算機、數字萬用表、測試表筆、信號轉換盒和待測排阻構成。實現了測試記錄的自動化，提高了排阻測試工序的自動化程度，以及排阻老化試驗電阻值的測試效率，并且能有效降低老化試驗的人工成本、減少人為的失誤和重測現象，具有結構簡單、界面友好、操作方便、讀數直觀、成本低廉、開發簡潔高效、靈活更新升級的特點。

關鍵詞： 電阻值； 老化； 排阻； LabVIEW； 數字萬用表； 測試效率

中圖分類號： TN98?34； TP29； TH86 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）16?0005?04

Abstract： In allusion to the problems of low labor efficiency， big error， lots of repetitive tests， and high cost in the current resistance value test during the pack resistor aging process， a system for testing resistance values during the pack resistor aging process is designed based on the LabVIEW development platform. The system is composed of the computer， digital multimeter， tester pen， signal conversion box， and to?be?tested pack resistor， which can realize the automation of testing and recording， improve the automation degree of the pack resistor test process and the resistance value testing efficiency of the pack resistor aging test， and effectively reduce the labor cost， human errors and repetitive tests in the aging test. The system has the characteristics of simple structure， friendly interface， easy operation， intuitive reading， low cost， simple and efficient development， and flexible update and upgrade.

Keywords： resistance value； aging； pack resistor； LabVIEW； digital multimeter； testing efficiency

0 引 言

在當今電子產業中，電阻仍然是使用最廣泛的電子元件之一，其在電子電路中通常起到限流、分壓等作用，根據材料、結構等不同有多種不同的分類。在電阻產品的開發生產過程中，電阻的老化試驗是非常重要的一環，對于檢驗并提高電阻的穩定性有著重要的意義。電阻的老化過程通常是在一塊PCB實驗板上制作上千個電阻，形成排阻，把排阻連同PCB電路板一起放入老化試驗箱中進行老化，老化一段時間后取出，測試電阻值，并記錄電阻值；之后再放入老化試驗箱中進行老化，老化一段時間后再取出測試電阻值，記錄下電阻值；如此進行幾十次的老化測試，并對所有的測試電阻值進行對比分析。

當前的電阻值測試采取手工測試、人工讀取、手工記錄的方法，存在勞動效率低下、誤差大、重測現象突出、成本高等問題。

近些年，隨著計算機技術、電子技術、通信技術、計算機信息處理技術的迅猛發展，傳統的儀器正向軟件化、數字化和虛擬化方向發展。虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）的概念是由美國國家儀器公司（NI）最先提出的，與傳統儀器一樣，它可以分為數據采集、數據分析處理、顯示結果三大功能塊。虛擬儀器的最大特點是將計算機資源與儀器硬件相結合，在系統內共享軟硬件資源[1?2]。

基于虛擬儀器在數據采集、分析、存儲方面的優點，本文針對以上電阻測試方法存在的缺陷，在LabVIEW提供的開發環境下設計一種排阻老化過程中電阻值測試系統。系統實現了測試記錄的自動化，提高了排阻測試工序的自動化程度，以及排阻老化試驗電阻值的測試效率，并且能有效降低老化試驗的人工成本、減少人為的失誤和重測現象，具有結構簡單、界面友好、操作方便、讀數直觀、成本低廉的特點，并且系統的開發簡潔高效，可以靈活進行更新升級。這些特點使得本文所設計的排阻老化過程中電阻值測試系統具有一定的推廣意義和應用前景，社會效益潛力巨大。

1 設計原理和組成

排阻老化電阻值測試系統由計算機、數字萬用表、測試表筆、信號轉換盒和待測排阻組成，如圖1所示。

計算機通過串口連接數字萬用表，數字萬用表的電阻測試插孔連接測試表筆，測試表筆連接信號轉換盒，信號轉換盒連接計算機聲卡輸入端，同時測試表筆連接待測排阻。

其設計原理為：打開信號轉換盒上的電源開關，簡易信號發生器工作。啟動計算機，運行計算機測試程序，計算機控制數字萬用表進行電阻值的測量。把萬用表的表筆放于待測排阻的電阻兩引腳，此時萬用表測得的電阻值為待測排阻電阻的值。按下測試表筆上的測試按鍵開關，測試按鍵開關通過控制信號轉換盒的輸入控制端，控制信號轉換盒中的簡易信號發生器的輸出端輸出信號，送給計算機的聲卡，聲卡接收到信號后，使計算機控制萬用表讀取電阻測量值，計算機按照設定的方式進行存儲記錄和分析。之后把萬用表的表筆放于待測排阻的下一個電阻的兩引腳，如此測量，完成上千個電阻的多次老化試驗測量，從而提高排阻測試效率和精度，減少測量誤差。

2 設計方案

2.1 數字萬用表

數字萬用表包含通信接口，具有與計算機通信功能。其主要技術參數如下：

1） 電阻測量量程：500 Ω/5 kΩ/500 kΩ/5 MΩ/50 MΩ；

2） 最大精度為±（0.2%+6）；

3） 分辨率為0.01 Ω。

2.2 測試表筆

測試表筆包括測試表筆棒、測試表筆線和測試按鍵開關。測試按鍵開關安裝在測試表筆棒上。測試按鍵開關通過連線連接到信號轉換盒中的簡易信號發生器上，控制信號發生器的輸出。

2.3 信號轉換盒

信號轉換盒這部分功能可以通過硬件電路實現，也可以通過軟件實現。若采用硬件實現，則信號轉換盒由簡易信號發生器、輸入控制端、輸出端、電池和電源開關組成。輸入控制端連接到測試表筆上的測試按鍵開關，輸出端通過連線連接到計算機聲卡的輸入端。在本文的設計中，充分發揮虛擬儀器在降低硬件成本、共享計算機資源方面的優勢，設計采用了基于LabVIEW和聲卡的簡易信號發生器。測試表筆與計算機聲卡通過連線連接，編程控制虛擬信號發生器發出信號到測試表筆，由測試按鍵開關控制信號的輸出，以便計算機聲卡讀取信號。具體可通過LabVIEW軟件實現。

3 LabVIEW編程實現

3.1 前面板設計

前面板顯示有4個模塊，分別是存儲設置模塊、電阻值測量顯示模塊、簡易信號發生器波形顯示模塊、錯誤顯示模塊。圖2為基于LabVIEW開發平臺的排阻老化過程中電阻值測試系統的LabVIEW程序前面板圖。

軟件實現的主要功能之一是電阻值測試。在正式測試前，為了確保測量的準確性和嚴謹性，首先在前面板中需要設置采集測量參數，其中包括對待測排阻進行調零設置，排阻測試的初始行設置，初始行設置是使待測電路板上的排阻對應的行和要保存到的電子表格中的行對應起來。同時也要對數據存儲方式進行設置，包括文件路徑選擇、PCB板選擇和試驗天數選擇，從而將測量數據按設置的方式分類保存到Excel文件中，以便后續進行比較與分析。為了便于在排阻老化測試試驗過程中對多塊電路板進行測試，設置了PCB板選擇項。同時在排阻老化測試試驗過程中，對同一塊電路板上的電阻需要隔幾天時間進行測量一次，共需多次測量，因此設置了試驗天數選擇項。

開始測試時，測試表筆放于待測電阻上，計算機控制萬用表進行電阻測量，萬用表讀取電阻測量值，計算機通過串口發送數據采集命令，采集數字萬用表測量的電阻值。實測電阻值會顯示在“測試電阻值”顯示框內。聲卡采集簡易信號發生器產生的信號，采集的信號波形隨時間顯示在參考信號波形圖中。待電阻值穩定后，按下測試表筆按鍵開關或點擊前面板上的測試保存確定按鈕，若此時計算機聲卡采集到簡易信號發生器產生的信號，則萬用表測量的電阻值將按照設定的方式保存到Excel文件中，根據Excel中預先設置好的公式進行數據分析。保存時系統會發出蜂鳴聲，以達到提醒測試人員，表示這次測試完成。如果運行錯誤，錯誤將會顯示在前面板的錯誤顯示模塊中。

3.2 程序框圖設計

后面板的設計主要由對信號發生器信號進行采集的采集模塊、數字萬用表電阻測量與讀取模塊、把電阻值保存于電子表格中的存儲模塊組成。

信號采集模塊程序框圖如圖3所示，主要包括采集卡的驅動和控制子程序，其設計因數據采集卡而異。程序框圖中信號采集模塊主要調用Sound VI中的函數Sound Input Configure VI和Sound Input Read VI兩個模塊，即包括聲卡的配置和聲卡讀取子程序等。目前，普通聲卡的采樣頻率[3?5]一般分為4檔，分別為 44.1 kHz，22.05 kHz，11.025 kHz，8 kHz。值得注意的是，根據采樣定理，采樣頻率應為被測信號頻率的2倍以上。實際應用中，為保證信號不失真，采樣頻率[6]一般應設定為5～10倍。采樣位數、緩沖區等參數可根據需要進行設計。本設計中，簡易信號發生器的信號頻率設計為1 kHz左右，因此聲卡的采樣頻率設定為8 kHz即可。

信號采集模塊采集簡易信號發生器的信號，初始時，信號采集模塊條件結構輸入為假，進入假循環結構，當電阻測試過程中沒有按下測試表筆上的按鍵開關時，信號采集模塊采集不到信號，此模塊輸出變量為假，此假變量輸出控制保存模塊進入假條件循環，保存模塊不保存數據，整個程序循環運行。當電阻測試過程中按下測試表筆上的按鍵開關時，信號采集模塊采集到信號發生器的信號，此模塊輸出變量為真，此真變量輸出控制保存模塊進入真條件循環，保存模塊保存萬用表測量的電阻值數據。整個程序循環運行，信號采集模塊進入真條件循環結構，在真條件循環結構里設置輸出變量為假，下次循環時此條件循環結構又進入到假循環。

波形顯示模塊采用波形圖控件，顯示測量信號波形。

數字萬用表電阻測量與讀取模塊程序框圖如圖4所示，電阻值采集測量模塊利用LabVIEW中的Agilent 34401 Initialize VI，Agilent 34401 Configure Measurement VI子模塊進行萬用表初始化、參數配置串行通信編程，利用Agilent 34401 VISA Read VI子模塊，使計算機向萬用表發送數據讀取命令，讀取萬用表測量的電阻值數據，此測量的電阻值送存儲模塊進行數據的保存處理。電阻測試之前可對測試電阻值進行清零，消除測量誤差。測量結束，利用Agilent 34401 Close VI子模塊關閉萬用表[7?10]。

存儲模塊程序框圖如圖5所示，功能是把測量的電阻值保存于電子表格中，利用LabVIEW中的Excel Open VI子模塊初始化打開電子表格文件，利用Row Col To Range Format VI子模塊把數字萬用表測量的電阻值存放于電子表格中指定的行和列。初始行設定為起始行，與電路板上的電子初始序號對應，經過循環結構后，每循環運行1次，行序號加1。試驗天數為測量的時間標記。當老化電阻阻值超出范圍或失效時，保存的結果為“不測”或“無效測量”。保存結束后，Beep VI 發出一聲蜂鳴聲，表示測量結果已保存，測試結束，進入下一次測量。

錯誤顯示模塊采用錯誤輸入控件，當發生錯誤時，實時顯示錯誤類型和來源，并根據該信息決定是否需跳過執行某些功能。

4 實驗驗證

每個實驗條件下試驗兩塊單板，編號A板、B板，A板測試1?600#樣品，B板測試1?450#樣品。配置1∶1的濃鹽酸腐蝕氣體，實驗板懸掛放置，以確保試驗樣品與腐蝕氣體充分接觸。實驗PCB板如圖6所示。

測試時，按編號順序從左到右測試，每3天測1次。測試表筆應點于測試焊盤處，不能點于排阻上以防損傷樣品。如果焊盤被腐蝕，則測試電阻兩個端頭。測試點示意如圖7所示。

每次的測試數據記錄于表格的R（Ω）列中，則Δ[RR]值會根據Excel公式自動統計出。測試完畢后，要求先分析Δ[RR]值是否異常，如有偏大（>2%時，底色變黃；>3%時，底色變紫；>5%時，底色變紅）或異常偏?。ㄘ撝禐榧t色帶括號字體），若括號內數值>5%，則需要確認焊盤之間是否有短路。每次的測量數據需與試驗前的數據對比，以Δ[RR]>5%為失效判據。異常數據需要先復測確認，再繼續下一輪試驗。表1列出A板的部分實驗數據。

5 結 論

本文設計了一種基于LabVIEW開發平臺的排阻老化過程中電阻值測試系統。采用LabVIEW圖形編程軟件，充分利用計算機的強大功能，系統實現了測試記錄的自動化，提高了排阻測試工序的自動化程度，以及排阻老化試驗電阻值的測試效率，并且能有效降低老化試驗的人工成本、減少人為的失誤和重測現象，具有結構簡單、界面友好、操作方便、讀數直觀、成本低廉的特點，并且系統的開發簡潔高效，可以靈活進行更新升級。這些特點使得本文所設計的排阻老化過程中電阻值測試系統具有一定的推廣意義和應用前景，社會效益潛力巨大。

參考文獻

[1] 薛楠，陳亭，薛易.高精確度智能微歐計的設計[J].哈爾濱理工大學學報，2005，10（6）：1?4.

XUE Nan， CHEN Ting， XUE Yi. Design of high precision intelligent digital micro?ohmmeter [J]. Journal of Harbin University of Science &Technology;， 2005， 10（6）： 1?4.

[2] 宋偉文，周一飛.多量程微歐計的設計與研究[J].洛陽工業高等?？茖W校學報，2002，12（2）：31?32.

SONG Weiwen， ZHOU Yifei. The design of multimicro?omher [J]. Journal of Luoyang Technology College， 2002， 12（2）： 31?32.

[3] 郝張紅，劉先勇，袁長迎，等.基于聲卡的虛擬音頻信號采集與處理[J].微計算機信息，2007（34）：98?99.

HAO Zhanghong， LIU Xianyong， YUAN Changying， et al. Virtual volume signal acquisition and analysis based on sound card [J]. Microcomputer information， 2007（34）： 98?99.

[4] 徐肖攀，周建釗.基于LabVIEW及聲卡的工程裝備噪聲測量系統設計[J].機械制造與自動化，2013，42（2）：134?136.

XU Xiaopan， ZHOU Jianzhao. Design of noise measurement system in engineering equipment based on LabVIEW and sound card [J]. Machine building & automation， 2013， 42（2）： 134?136.

[5] 王全明，王練，李凡，等.基于LabVIEW虛擬儀器的氧化鋅電阻片自動交流老化試驗系統[J].電瓷避雷器，2006（6）：30?33.WANG Quanming， WANG Lian， LI Fan， et al. Automatic ageing test system of ZnO varistor based on Labview and virtual instrument [J]. Insulators and surge arresters， 2006（6）： 30?33.

[6] 許超，徐惠鋼，謝啟.基于LabVIEW的變頻器老化檢測系統[J].儀表技術與傳感器，2016（5）： 68?72.

XU Chao， XU Huigang， XIE Qi. Inverter burning test system based on LabVIEW [J]. Instrument technique and sensor， 2016（5）： 68?72.

[7] 嚴保康，周鳳星，徐波.基于LabVIEW的IBA實時數據導出系統[J].儀表技術與傳感器，2017（4）：91?94.

YAN Baokang， ZHOU Fengxing， XU Bo. Real?time data export system for IBA based on LabVIEW [J]. Instrument technique and sensor， 2017（4）： 91?94.

[8] 賈曉寒，郭利強，郭濤.基于LabVIEW的水壓傳感器數據采集系統設計[J].儀表技術與傳感器，2016（12）：83?86.

JIA Xiaohan， GUO Liqiang， GUO Tao. Design of pressure sensor data acquisition system based on LabVIEW [J]. Instrument technique and sensor， 2016（12）： 83?86.

[9] 張素萍，李朝強.基于MSComm和隊列技術的LabVIEW數據采集系統設計[J].國外電子測量技術，2016，35（6）：86?91.

ZHANG Suping， LI Chaoqiang. Design of data gathering system of LabVIEW based on MSComm and queue [J]. Foreign electronic measurement technology， 2016， 35（6）： 86?91.

[10] 顧卓璟，張興敢，唐嵐，等.一種高精度電阻測量儀系統設計[J].現代電子技術，2012，35（3）：184?187.

GU Zhuojing， ZHANG Xinggan， TANG Lan， et al. Design of high accuracy resistance measuring instrument system [J]. Modern electronics technique， 2012， 35（3）： 184?187.