基于GPIB的多通道采集模塊通用可配置自動測試系統(tǒng)

唐彬浛 李儀 柳明輝 黃濤

摘 要：本文設(shè)計了一套用于多通道采集模塊的通用可配置自動測試系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)基于GPIB接口的硬件環(huán)境搭建以及軟件控制流程。該系統(tǒng)可支持不同種類的多通道采集模塊實現(xiàn)多套并行、定時循環(huán)、自動測試、數(shù)據(jù)處理、指標(biāo)判定、報表輸出等功能。

關(guān)鍵詞：自動測試系統(tǒng);GPIB;多通道采集模塊

Abstract：This paper designs an universal configurable automatic test system for multi-channel acquisition modules，and introduces the hardware environment and software control process about this system based on GPIB interface in detail.The system can be used for different kinds of multi-channel acquisition modules，realizing multiple sets of parallel，timing cycle，automatic test，data processing，index determination，report output and other functions.

Key words：Automatic test system;GPIB;Multi-channel acquisition module

多通道采集模塊常用于電子戰(zhàn)設(shè)備中，完成瞬時帶寬覆蓋下的干涉儀功能，提取通道間的相位差信息和協(xié)方差信息，最終形成PDW報文輸出給下一級信號處理模塊。根據(jù)電子戰(zhàn)裝備型號的不同，模塊的通道個數(shù)、指標(biāo)要求以及對外接口型號也不同。同時，為了保障電子戰(zhàn)設(shè)備在各種極端惡劣條件下的正常運行，模塊需要進(jìn)行一系列環(huán)境應(yīng)力篩選，并在試驗過程中對性能指標(biāo)進(jìn)行全覆蓋性測試。傳統(tǒng)的解決方案是，對應(yīng)產(chǎn)品特點開發(fā)專用的自動測試軟件、搭建專用的硬件測試環(huán)境。

近年來該類產(chǎn)品呈現(xiàn)出多品種、小批量的生產(chǎn)模式，傳統(tǒng)的解決方案開發(fā)代價高、周期長，不能快速響應(yīng)測試需求，形成高效的測試產(chǎn)出能力。為了支撐生產(chǎn)，急需開發(fā)自動化程度更高、通用性更好的集成測試平臺。

基于以上，筆者開發(fā)出了一套基于GPIB接口的多通道采集模塊通用可配置自動測試系統(tǒng)。測試人員只需將多件待測模塊接入系統(tǒng)中，在人機(jī)交互界面設(shè)置好對應(yīng)參數(shù)，剩下的工作將由主控計算機(jī)自動完成，直到拿到完整的測試報告。不僅提高了生產(chǎn)效率，同時也釋放了大量的人力、物力資源。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 測試需求分析

該系統(tǒng)主要利用GPIB總線實現(xiàn)，將多臺測試儀器與主控計算機(jī)用GPIB進(jìn)行連接，然后通過計算機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)對儀器的控制，再加上其他硬件資源，組建一個完整的自動測試系統(tǒng)。

首先是對測試儀器的選用，從指標(biāo)測試需求出發(fā)，目前在產(chǎn)和即將投產(chǎn)的多通道采集模塊常見的指標(biāo)體系包括：頻率覆蓋范圍、動態(tài)范圍、靈敏度、測頻精度、鑒相精度、脈寬測量精度、重頻測量精度、幅度測量精度等，選用帶有GPIB接口的信號源、頻譜儀、電源、示波器即可完成性能指標(biāo)測試。

其次，從通用和多套并行考慮，模塊常用對外接口連接器為MLRM或LRM，設(shè)計一個通用測試母板，集成MLRM和LAM連接器各5個，同時還包括加電接口和數(shù)據(jù)傳輸接口。若產(chǎn)品更迭，只需靈活開發(fā)對應(yīng)母板，即可快速接入系統(tǒng)，實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)。

最后，從解決資源占用問題考慮，一臺信號源只能用于一路激勵信號輸出，要實現(xiàn)多套并行，需要人工介入，在測試過程中根據(jù)測試需求實時更換電纜、切換通道，造成人力、物力資源的極大浪費。筆者在系統(tǒng)中增加開關(guān)以及功分器恰好可以解決此問題。常見的多通道采集模塊通道數(shù)不超過8個，因此選用一分八功分器。開關(guān)的增加可實現(xiàn)當(dāng)前測試模塊的選擇。模塊測試數(shù)據(jù)由串口RS232上報給主控計算機(jī)，用MOXA卡對計算機(jī)進(jìn)行串口擴(kuò)展，獲得5路串口通信。

1.2 系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建

系統(tǒng)硬件連接示意圖如圖1所示，信號源、頻譜儀、電源、示波器之間用GPIB母線連接，儀器與計算機(jī)之間利用GPIB-USB-HS連接。硬件連接時需要注意GPIB總線的傳輸距離最遠(yuǎn)不得超過20m，且相鄰的測試儀器之間最好不要超過2m，系統(tǒng)中每個測試儀器的GPIB主地址都是0～31之間的數(shù)，且不能重復(fù)。

時鐘源可用信號源或晶振代替，給模塊提供采樣時鐘。信號源輸出激勵信號，通過1個5路開關(guān)控制測試模塊位號的選通，每一路各接入1個一分八功分器輸入給對應(yīng)模塊。電源通過母板同時給插入母板的模塊供電。測試數(shù)據(jù)通過RS232上報給主控計算機(jī)，再由計算機(jī)完成測試數(shù)據(jù)分析、處理、指標(biāo)判定、報表輸出等功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件需實現(xiàn)時間軸控制、產(chǎn)品協(xié)議解析、儀器驅(qū)動、指標(biāo)測試、報表生成等功能，我們選擇Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)環(huán)境、選擇C#為開發(fā)語言。C#作為高級編程語言開發(fā)可靠高效，非常適合進(jìn)行自動測試平臺的開發(fā)。

2.1 功能模塊設(shè)計

依據(jù)模塊化設(shè)計原則我們將系統(tǒng)軟件劃分為以下功能模塊。

2.1.1 可配置接口LoadTestFilePara（）

軟件運行時自動從指定路徑的結(jié)構(gòu)化XML文件中解析課題號、通道數(shù)、測試頻點、測試功率、合格判據(jù)等個性化測試參數(shù)并傳遞給測試方法庫，用戶通過編輯XML文件即可實現(xiàn)對不同課題的產(chǎn)品測試。

2.1.2 時間軸控制模塊GenTime（）

通過多個定時器對加電線程、監(jiān)控線程、測試線程進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)雜的時間軸控制，滿足定時循環(huán)測試的一鍵式測試需求。

2.1.3 產(chǎn)品協(xié)議解析模塊GetPDW（）

同時開啟5個串口線程對多個產(chǎn)品進(jìn)行報文監(jiān)聽和解析，解包邏輯按照產(chǎn)品通信協(xié)議編寫，解包結(jié)果實時顯示于全脈沖采集窗口。

2.1.4 測試方法庫TestZB（）

按照產(chǎn)品規(guī)范對多通道采集模塊的頻率覆蓋范圍、動態(tài)范圍、靈敏度、測頻精度等指標(biāo)進(jìn)行測試方法編寫及封裝，測試時實時將測試結(jié)果更新于DGV控件上。

2.1.5 儀器驅(qū)動庫InstrumentControl（）

通過GPIB總線對程控信號源和程控電源進(jìn)行控制，支持常見指令如供電開關(guān)、射頻信號開關(guān)、頻率功率設(shè)置、脈沖參數(shù)設(shè)置、電流電壓設(shè)置等的下發(fā)。

2.1.6 報表生成模塊WordSave（）

調(diào)用Microsoft Office Word不合格數(shù)據(jù)自動報紅提醒測試人員進(jìn)行異常處理。調(diào)用Microsoft Office Word交互接口對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行完整準(zhǔn)確的記錄并自動輸出標(biāo)準(zhǔn)化的Word報表，方便檢驗、歸檔與后期追溯。

2.2 測試流程

軟件流程如圖2所示。

運行軟件后軟件主面板如圖3所示。

主界面由菜單欄、測試配置及控制窗、測試結(jié)果顯示窗組成。菜單欄可以進(jìn)行儀器和插損配置、全脈沖采集。測試配置及控制窗可根據(jù)實測產(chǎn)品情況設(shè)置對應(yīng)的測試信息并控制測試的執(zhí)行與中斷。測試結(jié)果顯示窗用于實時顯示測試結(jié)果。

（1）點擊“儀器與插損測試”，進(jìn)行儀器GPIB地址配置，插損測試。

（2）選擇產(chǎn)品編號以便調(diào)取相應(yīng)的測試配置文件，根據(jù)產(chǎn)品實際連接情況填寫對應(yīng)序列號、串口號，選擇試驗項目可確定實際測試的性能指標(biāo)選項同時調(diào)取對應(yīng)的測試報告模板，根據(jù)實際情況填寫測試參數(shù)，勾選“自動保存”。

（3）點擊“設(shè)備初始化”，若失敗，檢查系統(tǒng)連接狀態(tài)。

（4）點擊“開始測試”，開啟自動測試線程，測試結(jié)束后可自動生成報表并儲存。

（5）若產(chǎn)品故障，可點擊“全脈沖采集”，查看實時上報的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析。

若進(jìn)行高低溫循環(huán)試驗，可根據(jù)溫度變化時間提前設(shè)置產(chǎn)品上下電時間，測試時間，點擊“開始循環(huán)測試”，后續(xù)工作無需人員參與即可完成整個試驗。同時增加監(jiān)控功能，若有異常可報警。

3 結(jié)論

本文介紹了一個基于GPIB的多通道采集模塊通用可配置自動測試系統(tǒng)，并闡述了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和測試流程。系統(tǒng)通過對通道個數(shù)、指標(biāo)要求的配置，實現(xiàn)多種類、多套并行、定時循環(huán)、自動測試、數(shù)據(jù)處理、指標(biāo)合格性判定、測試報告輸出等功能。解決了當(dāng)前模塊多品種、小批量生產(chǎn)的測試需求。

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作者簡介：唐彬浛（1991—），女，碩士，工程師，主要研究方向為中試制造。