发控盒电源组件自动测试系统的设计与实现

张 媛，谷建华，苗克坚，王毅航

（西北工业大学 计算机学院，陕西 西安 710072）

现代航空电子系统的功能越来越复杂，对其可靠性要求越来越高，而各电子系统供电电源的性能对系统功能的实现和系统性能的影响巨大。因此，人们对电源组件的稳定性、可靠性和输出精度提出了更高的要求。

发控盒电源组件在导弹的发射过程中起到了至关重要的作用，如何准确、快捷地测量其各项性能参数成为一个重要问题[1]。目前多数航空电子系统电源的测试还停留在手工测量输出（电压、电流）和人工观测波形（电源纹波特性）上，测试及记录过程操作繁杂、易出错、效率低，而且误差较大，不符合高精度发控盒电源组件的测试要求[1-3]。为解决上述问题，提出了一种基于VISA、SCPI与串行通信技术的发控盒电源组件自动测试系统方案，其采用程控自动测试与记录的方式，集成各测试仪器，极大提高了测试效率及测试精度[4-6]。的保持能力）。该系统以工控机为核心，通过软件控制示波器、交流电源、直流电源及电子负载来实现发控盒电源组件的自动测试。在测试时，系统需要先模拟载机为被测电源组件提供115 V/400 Hz交流电及27 V/28 V直流电，并控制被测电源组件电子负载的接入与断开。而后，测试系统通过电子负载和示波器测量电源的输出电压、电流及纹波，最后将测量结果进行显示，并生成报表，进行统计分析。系统可实现对电源组件准确、全面、有效地检测和故障定位，并能对其调试过程进行检测，以确保其各项参数指标达到标准要求。系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构组成Fig.1 System structure and component

1 系统设计

1.1 系统概述

发控盒电源组件自动测试系统是针对3种电源组件(A/B/C)的测试而设计的。其中，基本测试项目为电压测试、电流测试、负载能力测试及纹波测试，B、C电源组件还需完成瞬断测试 （用于检测产品瞬时断开供电电源后，27 V输出电压

1.2 功能模块

系统的主要功能模块如下：

1)测试管理模块：输入被测件型号、被测件编号及测试人员等信息；

2)配置模块：对测试参数进行配置，配置可保存为文件形式，供下次直接加载使用；

3)人机界面模块：包含自检程序、校准程序、测试程序；

4)数据处理模块：对测试的数据进行处理，自动判读电源组件性能指标的合格与超差；

5)系统通讯模块：实现与标准仪器之间的通讯，并采集测量数据；

6)报表模块：形成电子版测试报告。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件组成

电源组件测试系统由工控机、交流电源、直流电源、电子负载、示波器、适配单元等部分组成。其中，交流电源、直流电源和电子负载通过RS232串口与工控机相连，示波器通过USB接口与工控机相连。各部分的功能如下：

1)工控机：运行测控软件，程控其它仪器，是整个测试系统的核心；

2)交流电源：模拟载机向不同的被测电源组件提供三相115 V/400 Hz或单相115 V/400 Hz交流电；

3)直流电源：模拟载机向不同的被测电源组件提供27 V/28 V直流电；

4)电子负载：作为被测电源组件的负载使用，并可同时检测负载上的电压值和电流值；

5)示波器：用于电源组件的纹波测试和瞬断测试；

6)适配单元：用于转接来自不同电源组件（A/B/C)的测试线缆到测试仪器。

2.2 适配单元设计

对测试系统而言，适配单元应具有较高的抗干扰能力及可靠的安全性能 （指系统发生意外或操作人员操作不当时，保护操作者的安全和避免测试仪器损坏的能力），。因此，适配单元内部应尽量采用受环境因素影响小的器件，合理分配高电压、大电流以及高频等信号的接地点，降低电磁干扰，减小测试误差。

适配单元主要功能如下：

1)测试线缆识别功能。其原理是，在测试电缆插座内留出3根线，其中一根接地，其余两根拉高电平，当测试电缆插座与被测件插头连接后，由预先跳线改变两根拉高电平的电平高低，即可通过这3根线的高低电平判断当前线缆是3种电源组件(A/B/C)的哪种，实现线缆的自动识别功能。

2)示波器通道切换功能。由于示波器只有两个通道，而要观测七路信号，所以需要辅以通道切换电路实现多通道测量。继电器具有接触电阻小，过流大的特点，所以选用其与示波器组成程序控制电路，实现通道切换功能，这不影响系统的测试精度。其中，切换对象有电源组件A/B/C纹波测试，三路；三相115 V自检测试，三路；27 V直流电源，一路。总计七路。如图2，为适配单元框图。

3)27 V对地短接控制。根据测试需求，电源组件输出的27 V直流电需要控制对地短接或者悬空。系统通过控制大电流触头继电器的通断来实现。

图2 适配单元框图Fig.2 Adapter unit block diagram

3 系统软件设计

发控盒电源组件测试系统软件用来实现对电源组件自动测试。该软件使用Visual Studio 2008集成环境开发，基于MFC框架，采用C++语言编写。软件中的波纹显示部分基于NIMeasure Studio开发。

3.1 软件分层架构

测试系统的软件结构总体分为3层：交互层、逻辑层和通讯层，不同的层次完成不同的任务。如图3所示。

交互层为图形化程序界面，用于实现用户与系统之间的交互。用户对测试过程的监控、状态的查询及数据的保存都是在交互层中实现的。逻辑层为交互层提供底层支持，测试功能模块（自检模块、校准模块、测试模块）的具体实现都是由逻辑层完成的。通讯层主要完成对底层驱动程序进行封装并为逻辑层提供统一的函数接口。

图3 软件架构Fig.3 Software architecture

3.2 交互层

系统的交互层使用图形化程序界面与用户进行交互，操作简单、方便，同时还提供了与逻辑层进行通讯的接口，这样设计可以使同一界面加载不同的逻辑层，实现不同的测试项目。用于系统启动后，对各个仪器进行检测校准。

3.3 逻辑层

3.3.1 自检模块

测试系统对电源组件进行测试前，必须对测试系统本身进行自检，以确保测试过程的安全可靠。自检时，通过线缆识别，将测试系统直流27 V/28 V输出通过测试线缆连接到各仪器的输入上，实现对各仪器的检测。

3.3.2 测试模块

系统软件实现了对3种型号电源组件的测试，其测试流程大体相同。都可对输出的纹波、电压、电流进行单步测试；也可直接选择自动测试流程，实现对电源组件的综合测试，最终得到完整报表数据，以供分析。如图4所示，对发控盒电源组件A的自动测试流程进行了具体说明。

图4 A发控盒电源组件测试流程Fig.4 A power supply componentauto testing process

3.4 通讯层

在Windows XP环境下，测试系统利用串行通信控件MSComm进行编程，实现了工控机与仪器（直流电源、交流电源、电子负载）的通讯，通讯协议分别适应3个仪器厂家自行规定的串口通讯协议与字符格式。工控机用USB接口与示波器相连，通过SCPI命令实现对示波器的控制。

3.4.1 VISA

VISA(Virtual Instrument Software Architecture)虚拟仪器软件结构，其实质就是标准I/O函数库及相关规范的总称。它对于程序开发者而言，就是一个操作函数集，提供了标准化的I/O接口软件规范。只需了解VISA I/O函数的格式和参数，调用时将参数传入就可以完成设备驱动的编写，而并不用关心VISA库与仪器间的沟通细节问题。这样就可实现计算机与各设备间软件层的连接，使整个系统具有较好的可维护性，大大节省了开发时间，使开发者不必关注底层设置，只需注重仪器本身的控制编程。

在电源组件测试系统软件的开发中，多次使用到了VISA库函数，实现了工控机与各个仪器间的通讯。下面对软件中常用到的VISA函数进行说明：

1)资源管理函数 ViOpenDefaultRM()

在使用VISA函数前，首先要用函数ViOpenDefaultRM()打开资源管理器，对VISA系统进行启动和初始化，之后才可使用VISA的其他函数。所以说，ViOpenDefaultRM()函数是所有VISA工作的基础。

2)打开会话函数ViOpen()

ViOpen()函数用于打开特定资源的会话通道,建立与资源的逻辑连接，即实现工控机与仪器的连接。

3)设置属性函数ViSetAttribute()

ViSetAttribute()函数可用于设置资源状态值。程序可以使用属性确定资源或会话的状态，也可以把资源或会话设置到指定的状态。

4)读/写函数ViRead()/ViWrite()

通过ViRead()与ViWrite()函数进行工控机与仪器间的数据传输，读写操作。

5)清除器件函数ViClear()ViClear()是发送清除指令。6)关闭会话函数ViClose()ViClose()关闭特定的会话通道。

3.4.2 SCPI命令

若要实现工控机对仪器进行相应的设置，即实现测试系统的程控功能，就需要用到SCPI可编程仪器标准命令（Standard Commands for Programmable Instruments ，SCPI），这是程控各种仪器的基础，是为解决程控仪器编程进一步标准化而制定的标准程控语言，目前已经成为重要的程控软件标准之一。

SCPI命令是通过以太网[8]、USB、IEEE488.1、RS232 等接口来控制各个仪器的，但通常只应用于与之对应的仪器。每条命令独立完成特定的功能，主要用来实现重设、自我测试等的操作，从事对开关的切断，数据的测量与读写等一系列的仪器设置工作。

发控盒电源组件自动测试系统选用的是Agilent公司DSOX2012A型号的示波器[9]，以下是在测试软件编写中运用到的部分SCPI命令：

1):TRIGger[:EDGE]:SOURce＜source＞ //设置通道命令

2):CHANnel＜n＞:UNITs＜units＞//设置计量单位命令

3):CHANnel＜n＞:SCALe ＜scale＞//设置垂直刻度命令

4):WAVeform:POINts ＜#points＞//设置单位格子内的采样点数命令

5):WAVeform:PREamble//返回十项纹波测试参数用于计算，最终得到纹波测试图的命令

4 结束语

自动测试技术综合了测量技术、自动化技术、计算机技术、电子技术等多种技术于一体，在航空、航天、航海、信息、能源等领域，有着十分广阔的应用前景。该发控盒电源组件自动测试系统，利用智能仪器构建了以工控机为核心的测试系统，开发周期短、系统精度高，现已投入使用。系统能够准确、快捷地自动测试3种电源组件的各项性能参数，其软件也具有较强的可移植性和可扩充性。由此可见，该测试系统具有良好的应用和推广使用价值。

[1]于长城,富力.某型导弹发控盒电路板综合测试系统的设计[J].战术导弹技术,2004(6):44-47.YU Chang-cheng,FU Li.Design of synthetic testing system for circuit board in launch control box of certain missile[J].TacticalMissile Technology,2004(6):44-47.

[2]潘迪夫,杜贵益,王志伟.基于LabVIEW 的开关电源自动测试系统[J].微计算机信息,2009(16):77-79.PAN Di-fu,DU Gui-yi,WANG Zhi-wei.Switch power supply automated test system based on LabVIEW [J].Microcomputer Information,2009(16):77-79.

[3]薛文琪,翟正军.基于虚拟仪器的电源测试系统设计与实现[J].计算机工程与设计,2010,3(6):1330-1334.XUEWen-qi,ZHAIZheng-jun.Design and implementation of power test system based on virtual instrument[J].Computer Engineering and Design,2010,31(6):1330-1334.

[4]方丹,崔少辉,卢慧卿,等.通用检测系统中检测适配器及描述软件的研究[J].弹箭与制导学报,2011,2(31):185-188.FANG Dan,CUIShao-hui,LU Hui-qin,et al.Research of the inspect adapter and describe software in general detect system [J].Journal of Projectiles,Rockets,Missiles and Guidance,2011，2(31):185-188.

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[6]蒋荣华,陈光禹.虚拟仪器软件结构VISA函数的设计与实现[J].测控技术,2006,3(25):63-65.JIANG Rong-hua,CHEN Guang-yu.Viture instrumentation software architecture:design and realization of VISA[J].Measurement&Control Technology,2006,3(25):63-65.

[7]孙秀梅,王雪.Visual C++典型模块与项目实战大全[M].北京：电子工业出版社,2012.

[8]李许军，姜毅龙.基于以太网的时间同步器校园打铃系统设计[J].电子科技，2013（9）：145-147.LI Xu-jun，JIANG Yi-long.Design of Ethernet-based bell ringing system using the time synchronizer[J].Electronic Science and Technology，2013（9）：145-147.

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