基于TestCenter软件平台自动测试系统设计

2022-09-07魏志强聂继鑫闫佳晖

宇航计测技术 2022年4期

魏志强，王兵，马敏，聂继鑫，闫佳晖

（北京航天计量测试技术研究所，北京 100076）

1 引言

随着自动测试技术的快速发展，将多种无线电计量标准设备整合成一套能够适应各类常规无线电仪器设备的自动计量测试平台的技术已经成熟，不存在技术瓶颈，具有很好的技术基础，只需根据具体计量检定需求整合计量流程、接口驱动、开关切换等资源，就可以研制出满足需求的电学无线电自动计量测试平台。本文针对无线电类通用仪器设备的自动计量测试需求，在当前实验室已有的各类计量标准设备的基础上，适当增加接口及开关设备，构建通用性强、可扩展、可删减、可重构的无线电自动测试系统，实现无线电仪器的自动化、智能化改造，提升仪器测试效率，降低计量测试服务成本，提高市场竞争力。

2 总体方案设计

自动测试系统的设计目标是实现不同类型的无线电仪器的自动测试。采用综合一体化设计思路，运用成熟技术，采用自动测试理念搭建测试系统。硬件设计采用主控平台搭建、测试资源集成、接口交联与适配模块化的自顶向下的设计方法，做到平台通用、资源可扩展、接口适配可替换。软件设计采用“核心平台＋测试流程”的方式，通过统一的操作界面展现给不同级别的用户，为用户提供权限管理、信息共享、平台维护等功能。

2．1 系统组成及架构

自动测试系统主要用于频谱分析仪、信号发生器、矢量网络分析仪等设备的自动计量校准／检定，该系统通过GPIB、LAN、USB 以及串口等总线协议，使用GPIB 控制线、五类屏蔽网线、USB 电缆或串口电缆等连接标准仪器和被校仪器，实现自动测试系统对所连接仪器的自动控制，对频谱分析仪、信号发生器、矢量网络分析仪等设备按照测试流程进行自动化计量校准／检定，计量校准／检定数据存储至主控计算机硬盘，软件平台能够实现测试数据收集，并对测试数据进行分析运算，界面展现及数据管理，最终形成计量校准／检定测试报告，如图1 所示。

图1 自动测试系统组成及架构框图Fig．1 Block diagram of automatic test system composition and architecture

2．2 测试系统硬件组成

自动测试系统的硬件平台由核心层、仪器层和被测件层组成，如图2 所示。

图2 自动测试系统硬件组成框图Fig．2 Block diagram of automatic test system hardware

核心层是指系统的控制核心，即主控计算机。主控计算机内部安装有自动计量测试程序，测试程序通过GPIB、LAN、USB、COM 等控制总线控制测试仪器完成所有测试流程的运行、测量及后级处理等操作。仪器层主要是指测试仪器，包括自动测试所需的全部标准测试仪器。针对无线电参数测试所用的测试仪器包括信号发生器、功率分析仪、频率计数器、函数发生器、频谱分析仪、接收机、矢量网络分析仪等。被测件层主要是指频谱分析仪、信号源、衰减器等微波测试仪器及微波部件。

为了解决手动更换电缆的问题以提升测试效率，在设计过程中需引入开关矩阵。在测试过程中，主控计算机通过对开关矩阵的控制，选择开关的通断组合来控制被测件与测试仪器的连接，实现仪器的互通互连及一键全自动测试功能。

2．3 测试系统软件组成

自动测试系统软件设计是采用“核心平台＋测试流程”的设计思想，包括人机界面和TestCenter 软件平台两部分，如图3 所示。 TestCenter 软件平台是由中电41 所研发的一款国产化通用测试软件，该软件类似于NI 的LabVIEW 软件，所不同的是软件的开发方式由编码型转变为插件型，进一步简化了测试程序的开发，但同时也具有编码型的功能，满足不同编程人员需求。人机界面是基于TestCenter软件平台进行开发的，开发人员可根据实际操作需求和操作界面的美观性进行自行开发。通过人机界面控制TestCenter 软件平台，实现自动测试的数据交互。

图3 自动测试系统软件组成框图Fig．3 Block diagram of automatic test system software

人机界面为统一的操作员界面，包括测试信息管理、设备管理、标准文件管理、测试执行和数据管理模块。各模块功能如下：

①测试信息管理主要包括测试单位信息、测试人员信息、送检单位信息和测试地点信息的管理；

②设备管理主要为测试系统提供设备硬件信息、驱动信息以及测试附件信息的管理功能；

③标准文件管理主要是指对自动测试所依据的标准文件进行信息编辑和信息查看；

④测试执行主要用于测试标准、测试单位、测试人员等参数的配置及测试程序的执行；

⑤数据管理主要是将测试数据存储至数据库，或生成Word、Excel、TXT、XML 等格式数据文件。

TestCenter 软件平台为测试流程编辑平台，包括设备控制、差损管理、测试编辑、数据采集和报告输出模块，各模块功能如下：

①设备控制主要是软件平台通过LAN、GPIB、USB 和COM 通信协议实现仪器的控制；

②差损管理主要实现通道差损、相位等数据的收集，为测试结果修正提供补偿数据；

③测试编辑主要是对测试参数进行编辑，可以实现程序的循环、跳转、延时及其他复杂的控制流程设计；

④数据采集可实现自动测试项目流程中仪器仪表数据采集与数据交互功能；

⑤报告输出是指在软件测试结束能够生成用户所需的测试报告。

3 自动测试设计

自动测试设计是整个设计的核心，考虑到软件设计的通用性、可扩展性以及设计人员的编程能力等因素，本设计采用TestCenter 软件平台进行设计。TestCenter 软件平台为用户提供了可视化、组装式的开发环境，它将测试序列的开发方式由编码型转变为插件型，用户只需从插件库中拖放所需插件并组装即可完成测试序列开发，大大降低开发人员的编程能力。该平台不仅包含了丰富的基础插件和行业应用插件，而且插件可持续更新和扩充。同时，TestCenter 软件平台兼容符合国际标准的IVI 驱动，针对不兼容的仪器设备也可自行开发驱动程序，该功能提高了软件的可扩展性。本设计的软件测试流程如图4 所示，测试步骤如下：

图4 软件测试流程图Fig．4 Flow chart of software test

（1）启动自动测试软件，对测量仪器进行初始化配置，主要是配置被测仪器设备类型、型号、序列号，以及测试日期、测试地点、客户单位等信息。

（2）仪器设备基本信息配置完成后，加载对应的测试项目。测试项目加载完成后，软件界面显示所有测试参数，用户可根据实际测试需求进行灵活配置，也可对测试参数进行临时编辑，参数选择完成后并保存，生成自动测试流程文件。

（3）在所有的配置结束后，点击开始，软件将自动执行配置完成的测试项目，测试结束后生成测试报告。自动测试过程中若发生错误，软件将进行错误报警并弹出提示，询问用户是否继续进行测试：如用户选择“是”，软件将继续进行测试；如用户选择“否”，软件将结束测试，并记录错误信息。

测试项目的开发是自动测试程序开发的核心。首先，在TestCenter 软件平台建立一个工程文件，然后在该工程文件下新建不同参数的测试项目，不同测试项目属于并列关系。其次，在新建的测试项目根目录下，再次新建多个测试组，多个测试组之间属于并列关系，且每个测试组可单独完成一条语序的控制。在测试组的根目录下是编程的最小颗粒度，即测试节点。在测试节点的根目录下，开发人员可以完成仪器调用、初始化、复位、信号的开启与关闭、数据的读取等所有功能的控制。在测试节点的编程过程中，开发人员只需调研TestCenter 插件库中的插件即可完成测试节点编程。丰富的插件库可满足大部分的编程需求，对于缺少的极少数插件，开发人员可以通过编程调用程控命令直接控制或单独开发插件来实现控制。最后，待多个测试组开发完成后，通过软件调试功能来验证整个测试项目。在整个测试项目开发过程中，开发人员几乎不需要进行开发程序的编写，极大地降低了开发难度，这也正是本设计选择TestCenter 软件平台的原因。频率响应测试参数的开发界面如图5 所示，图中①为新建的工程文件，图中②为新建的测试项目，图中③为新建的测试组，图中④为节点编辑界面，图中⑤为插件库界面。开发界面简洁清晰，适合非专业软件人员开发使用。

图5 频率响应开发界面图Fig．5 Frequency response development interface diagram

4 应用与验证

本文所设计的自动测试系统已应用于频谱分析仪、信号源、矢量网络分析仪等仪器设备的自动测试。为了验证自动测试系统的可靠性和稳定性，本设计选择E4447A 频谱分析仪作为被测对象进行验证。依据《JJF 1396－2013 频谱分析仪校准规范》，针对“分辨率带宽”和“频率响应”两个核心指标进行验证，如表1 和表2 所示。