基于Labview的FMA程控系統實現

張榮軍

摘 要：廣播電視類專用儀器大都比較精密且昂貴，在實際工作中，大部分測控儀器依賴進口，雖然功能強大，都是英文或德文操作界面，對于使用者提高了使用門檻，易用性普遍太差，但好在各類儀器在出廠前都考慮了擴展性，大部分廠家都設計了程控接口，本文將以市場占有率較高的FMA調制度分析儀接入遙控接口，即具體為GPIB通用數據接口與筆記本電腦相連，完成一系列功能強大的全中文自動測試，對于廣播電視行業的廣大技術維護工作者無疑是雪中送炭。

關鍵詞：程控儀器;數據采集;LabVIEW;GPIB-USB

中圖分類號：TN702 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0044-02

1項目所屬科學技術領域

隨著計算機技術的普及，各種自動化測控技術也日臻完善，各種總線技術和軟件技術不斷交織融合，以前依靠人工操作的任務越來越多的交給了電腦去完成。廣播電視行業也不例外，各種先進的專業測試儀器也在各個發射臺站發揮著重要作用，如比較常見的FMA調制度分析儀，它在中短波以及電視調頻等領域有著廣泛的應用，俗稱三大指標測試，用FMA調制度分析儀就可以輕松完成，然而，該儀器為德國進口，全英文操作界面，操作步驟繁瑣，易出錯等弊端。

本設計采用較為成熟的儀器專用接口GPIB接口，通過GPIB-USB轉換卡，使用工程師專用編程語言Labview，由一臺筆記本電腦實現全自動一鍵測試與記錄功能。該系統不但具有數據實時顯示、記錄、存儲等功能，更重要的是界面友好，操作簡便，易用性極強。

本文以FMA調制度分析儀核心，結合LabVIEW開發平臺，通過程控接口實現自動化測試與記錄功能。

2主要內容

該項目針對解決普遍使用的德國生產的FMA調制度分析儀安全使用風險高、測試應用不規范、貴重精密儀器使用效能低等突出問題，由我們創新開發的一款專用儀器測試程序，通過破解和深挖儀器SCPI協議和物理編程GPIB接口，采用LabVIEW編程語言、全中文界面，完全脫離開儀器本身，通過鼠標點擊電腦應用程序界面按鈕，可全自動或半自動完成一系列精準、快捷的對發射機三大指標測試和記錄，簡化了操作步驟，提升了智能化測試和貴重儀器安全運行等級，達到推動基層臺站智能化運行維護的目的。

3該項目特點

（1）本系統是自動化程控類，即儀器程控類項目。破解和深挖儀器SCPI協議和物理編程GPIB接口，實現了FMA儀器與電腦的通訊、控制和數據傳輸。為發射臺站推進智能化運行維護進程，拓展功能應用，保障電臺安全傳輸發射作了有力技術支持。

（2）大幅降低和簡化了FMA儀器使用門檻。完全脫離開儀器英文面板功能按鍵操作和英文菜單參數設置，全中文界面。對發射機房值檢維護人員只需簡單儀器培訓和軟件應用操作指導，即可掌握FMA儀器的安全使用和專項測試，操作便捷、風險性低。

（3）完善的系統程序設定和安全門限保護，弱化了人的干擾。發射機三大指標測試不會因誤操作而燒毀被測設備或貴重儀器，提升了FMA儀器的安全操作等級。可有效防止損壞貴重儀器或發射機貴重器件事故的發生，提高了儀器使用頻次，發揮了儀器效能。

（4）投資成本低、系統搭建簡便、推廣應用性強。

4特點及應用推廣情況

本項目是針對發射臺站眾多配置此類型號儀器存在突出問題而創新開發的應用系統，且經過三個臺站的測試應用和風險評估，具有一定的獨創性，具有很強的針對性和廣泛的應用性，投資成本低，對基層臺站推進智能化運行維護進程做了有益嘗試。

4.1主要技術創新點

4.1.1攻關破解德國羅德與施瓦茨公司生產的FMA儀器SCPI協議

通過逐步測試、驗證并掌握了儀器通信接口協議代碼，為后續FMA系列儀器的開發和拓展應用打下了堅實的基礎。

4.1.2采用GPIB-USB轉換器，連接FMA儀器與計算機通信、控制和數據傳輸

采用GPIB-USB轉換器，將具有GPIB接口的儀器信號轉變為USB接口信號，利用計算機強大的運算功能對FMA儀器進行遠端通訊、功能控制和數據交換。將FMA儀器原有測試模式（英文按鍵操作、英文菜單參數設置）轉變為計算機應用程序界面鼠標點擊操作、自動測量記錄數據的模式。

4.1.3基于LabVIEW圖形化編程指令的拓展應用，大幅降低和簡化了FMA儀器使用門檻

（1）借助GPIB-USB轉接器，將FMA儀器（背板配置GPIB接口）與計算機互聯，把帶有破解SCPI協議編碼的LabVIEW圖形化編程指令與儀器進行通信聯絡、功能調用及驗證、參數設定和數據交換，在計算機上實現與FMA儀器本身一樣的功能。

（2）FMA儀器屬貴重高精密儀器，測量準確、價格昂貴、全英文面板功能按鍵和菜單，使用儀器風險等級高（容易造成儀器或發射機損壞），儀器配置久遠（該型儀器原廠早已停產，一旦儀器出現故障、異態或升級維護，只能返回德國總部維修），耗費資金大、維修周期長，操作人員心理壓力大、使用人員少、儀器使用效能低。

（3）基于LabVIEW圖形化編程軟件開發的這套應用系統，完全達到了與儀器本身測試一樣的功能，全中文界面、完善的系統程序設定和安全門限保護，弱化了人的干擾，界面友好，風險性低，容易上手。

4.1.4應用系統程序運行安全、穩定、可靠

（1）儀器背板配置的物理編程GPIB接口，其數據轉換器是NI公司的產品，LabVIEW軟件是NI設計平臺的核心，具有良好的兼容性。

（2）該軟件幾乎不用代碼，只需將破解的SCPI協議編碼嵌入圖形化編程，產生框圖形式的指令，有別于其他計算機語言采用文本形式的代碼指令，是開發測量或控制系統的理想選擇。

4.1.5項目詳細內容

（1）儀器安全操作風險高。FMA儀器在各發射臺站使用已達16年之久，德國羅德與施瓦茨公司早已停止了該型儀器的生產，因其價格昂貴，儀器面板信息、功能菜單和用戶手冊都是英文，中短波發射機三大指標測試操作步驟關聯功能鍵多、菜單參數設置繁瑣，一不小心，極易造成發射機過荷引發貴重器件損壞，而發射機已調波信號的接入和干擾的介入，又比較容易造成儀器自身的損壞，風險性高，一旦儀器損壞，造成的損失巨大。

（2）儀器自身強大功能未充分發揮。FMA儀器屬于貴重精密儀器，測量精準性高，對于排查發射機系統安全播出隱患、異態或故障具有較強的參考作用，在日常的播出工作中，開展每月發射機三大指標測試，是提升運行維護質量的一項重要工作措施。

（3）儀器安全操作使用門檻高。會正確、安全使用FMA儀器操作測試的人員較少，在機房雖有“FMA測試發射機三大指標操作卡片”，但是在實際測試中仍然容易出現操作錯誤。測試勞動強度大、操作人員精神高度緊張，有些同志甚至懼怕造成事故而拒絕使用該儀器，操作自信心不強，導致發射機房原本例行開展專項技術測試的一項工作任務落到了部門領導的肩上，既帶不出來隊伍，又給原本事務繁忙的機房主任增加了工作任務。

（4）儀器的操作應用效能比低是一種普遍現象。對FMA儀器操作使用不熟練、不規范、不安全還是占有相當數量的比例，更有甚者是該儀器從未使用過，所在機房的每月例行的發射機三大指標測試都是由機房主任帶領人員完成的，從側面也印證了FMA儀器操作使用的難度。

4.2詳細科學技術內容

4.2.1設計思路

用程控儀器標準命令（SCPI）寫到LabVIEW程序中，再通過LabVIEW的運行，調用簡單的標準命令，即可完成和本地儀器操作的任意功能，可根據實際需要完成由用戶所需的任意單一功能或組合功能，極大發揮該儀器的功能，可一鍵完成發射機三大指標（如雜音、頻響或失真）的測量。

4.2.2硬件連接

準備一臺裝有WIN7操作系統的筆記本電腦，配置一個GPIB-USB轉換器，將GPIB端與FMA儀器背板的GPIB接口（28號指示即為GPIB程控接口）對接，USB端接筆記本電腦，即可完成硬件的互聯。

4.2.3開發軟件安裝

在筆記本電腦上安裝LabVIEW2016中文版程序，安裝NI4884-1850f1驅動程序，無需其它軟件，啟動軟件即可編寫程序。

標準SCPI協議源代碼如圖1所示，開發界面如圖2所示，應用界面如圖3所示。

4.2.4實測場景（如圖4所示）

FMA儀器設置工作在REMOTE遙控狀態，利用開發程序進行指標自動測試。

5結語

本設計在研究使用程控技術、自動化測試、labview軟件開發技術的基礎上，通過具體案例應用，把數據采樣，總線傳輸、數據保存記錄等功能，一一得以實現。

本設計主要工作是程序的設計與編寫，所涉及的硬件都是原裝固有的，無需任何改動。但是對SCPI命令要非常了解，通用命令都一樣，沒有特別之處，但就其自己的個性方言來講，還是有一定難度存在的，至于硬件驅動也是通用型即可正常使用。由于采用了筆記本電腦，老式的GPIB傳統接口有著固有缺陷，所以采用GPIB-USB轉換卡來實現數據傳輸與交換。

FMA程控系統功能強大，不僅有自動測試和手動測試，尤其在全中文操作界面下，友好的交互界面最為實用，其中包括用戶登錄管理，管理用戶，調制電平的設定與存儲及調用等等，都體現著以人為本的設計原則。

在具體設計過程中，都是通過一個個具體模塊來完成功能，在主程序中不斷調用各個子模塊來實現代碼復用，這樣編程效率會比較高，冗余代碼較少。

在物聯網飛速發展的今天，智能化與網絡化是發展方向。儀器儀表的自動化監測與測量是發展的必然趨勢，通過本設計，深刻的認識到了程控儀器技術是儀器發展的重要發展方向。自動化智能儀器以嶄新的模式和強大的功能深入人心。伴隨信息技術的不斷飛躍和發展，程控智能儀器必將拓展到各個領域，引起測控儀器的深層次變革。