基于虛擬儀器的儀表電源自動測試系統的設計與應用

　　1、引言
　　
　　儀表電源的性能優劣會直接影響到儀表的工作，為了保證儀表能夠在復雜環境卜正常工作，對儀表電源的性能提出了兩個基木要求:穩定性和可靠性。在大批量的儀表電源的性能檢測中，*依靠人工完成，將耗費大量的時間和精力，因此設計開發了一種儀表電源自動測試平臺，對儀表電源實行快速、自動和準確測試，并給出測試報告。
　　
　　2、儀表電源性能指標
　　
　　儀表電源的性能指標主要有二項:源效應、負載效應和漂移。源效應和負載效應體現了儀表電源的穩定性能，而漂移體現了儀表電源可靠性能。　　
　　源效應的測量是僅山于源電壓的變化而引起電壓或電流穩定輸出量的變化量的測量。對于穩壓儀表電源的源效應測量，采用圖1所示電路，計算公式為　　
　　220伏時，負載分別為zui大值、zui小值時取樣電阻凡上的輸出電壓值;U為源電壓為198伏、242伏時，負載分別為zui大值、zui小值時取樣電阻凡上的輸出電壓值;R，為取樣電阻。
　　
　　負載效應的測量是僅山于負載的變化而引起電壓或電流穩定輸出量的變化量的測量。對于穩壓儀表電源負載效應的測量，采用圖1所示電路，計算公式為:　　
　　變為零或zui小額定值時被測穩壓儀表電源輸出電壓值。
　　
　　對于穩流儀表電源負載效應的測量，采用圖2所示電路，計算公式為　　
　　其中為穩流儀表電源的負載效應;1偽負載電壓為zui大額定值時取樣電阻凡上的輸出電壓值;Vi為負載電壓改變為零或額定zui小值時取樣電阻R2上的輸出電壓值;R2為取樣電阻。
　　
　　漂移的測量是在電源預熱、安穩（熱平衡）后，電壓或電流穩定輸出量在規定時間內的緩慢和連續zui大變化量的測量，包括輸出擾動，頻率范圍從直流20hz。對穩壓儀表電源漂移的測量，采用圖3所示的連接示意圖，測量計算公式為:　　
　　3、測試系統硬件設計
　　
　　針對上述性能指標的自動、快速、準確測量，采用了如圖5所示的硬件框圖。　　
　　該硬件平臺主要山模擬信號調理單元、模擬信號采集轉換單元（A/D）、上位機單元、可編程電源、可編程負載以及各連接總線組成。在自動測試過程中，首先上位機通過GPIB總線控制可編程電源的輸出和可編程負載的大小，以滿足待測電源各性能指標測試過程中的測試條件;然后信號調理單元將待測電源的輸入電參數和輸出電參數調理成合適大小，以方便上位機對模擬信號的采樣與處理，Jl將處理結果通過CAN總線傳遞給上位機;zui后上位機接受到下位機傳輸過來的數據，通過虛擬儀器而板顯示，并保存數據，給出性能報告。
　　
　　考慮到下位機的功能只是控制模擬信號通過A/D轉換芯片轉換、接收A/D裝換后的數據Jl二處理、與上位機進行數據交換，因此普通的單片機*可以勝任;而A/D轉換芯片則選用的是ADS7864，它可以同時采樣保持6路模擬信號Jl二進行轉換，精度也達到12位，可以滿足系統的要求;可編程電源采用的是Chroma公司的中-相可編程交流電源Chroma6560，它能夠輸出高達SOOV的電壓，分辨率能達到0.1V，精度達到I%，負載調整率為0.2%，因此完夠滿足測試系統的要求;在各種連接總線中，山于可編程電源有多種總線連接方式，因此總線有多種選擇，木系統中選擇了GPIB作為可編程電源的連接總線，而考慮到待測電源的遠程測試，下位機與上位機的通信總線選取了具有遠程通信能力的CAN總線。
　　
　　4、測試系統軟件設計
　　
　　測試系統軟件分為兩部分:上位機軟件和下位機軟件。下位機軟件采用Keil公司uvision2調試軟件編寫，而上位機軟件采用LabWindows/CVI6編寫·LabWindows/CVI6是NI公司開發的一款虛擬儀器編程語言，它采用簡中一直觀圖形用戶界而設計，建立界而友好的虛擬儀器而板，將功能強大的C語言與測控技術有機結合，具有靈活的交互式編程方法和豐富的庫函數;它利用函數而板輸入函數的參數，采用事件馭動編程，通過回調函數處理用戶事件，簡化了應用程序流程的控制，有效地提高了工程設計的效率和可靠性。
　　
　　圖6為系統軟件框圖。　　
　　測試系統軟件分成四大部分:儀器控制部分、數據采集部分、數據處理顯示部分、數據保存部分。儀器控制部分主要實現了可編程電源的初始化、輸出電壓設置、過電壓保護設置以及可編程負載的設置;數據采集部分主要實現調理信號的A/D轉換、與上位機的通信以及采集數據的傳輸;數據處理顯示部分主要實現采樣數據的處理和顯示，并實現和下位機的通信;zui后數據保存部分將所得到的數據保存，以備數據的再處理。
　　
　　為了提高系統軟件的運行速度，采用了多線程技術。多線程是指操作系統支持一個進程中執行多個線程的能力。軟件編寫中，采用多線程的編程技術，整個軟件含有完成不同功能的多個線程，如數據采集、數據處理、實時數據顯示、圖形曲線生成線程和用戶界而線程。這樣，多個線程同時執行，在一段時間并行完成更多的任務，既加快了系統的反映速度，又提高了執行效率。木測試系統通過Labwindows/CVI提供的線程函數在線程池中分別創建了二個線程:主線程、數據采集線程、波形顯示線程。主線程完成儀器的初始化和控制，數據采集線程完成采樣數據的接收和存儲，波形顯示線程完成電壓、電流的實時顯示。各個線程都有自己的內存空間，互相之間獨立，沒有數據交換。通過多線程技術，大大提高了系統的反應速度。
　　
　　另外，考慮到采樣數據量比較大，而日‘為了便于以后的查詢，數據存儲采用了數據庫存儲。數據庫管理軟件（DBMS）選用了簡單易用的微軟ACCESSo數據庫可以存儲大量的測試信急，包括被測對象信急、測試儀器信急、測試結果信急和測試人員信急等，采用數據庫，方便的實現了這些數據的維護和管理。
　　
　　5、結論
　　
　　實驗結果表明，采用LabWindows/CVI6虛擬儀器實現儀表電源自動測試系統，充分發揮了其開發周期短和軟件編程靈活、簡便的優點，能夠實現儀表電源性能自動、快速、準確測試。自動測試系統設計簡中工作穩定，易于維護，實驗結果證明了其工程實用性。