基于PXI總線的數字表網絡自動測試系統

尹麗云，許興明，王心元

(北京無線電計量測試研究所，北京 100039)

0 引言

儀器的計量校準檢定是恢復、保持設備性能指標，保證測量準確可靠的技術手段。隨著電子技術的迅速發展和廣泛應用，儀器的測量范圍越來越廣，測量的速度和精度要求也越來越嚴格[1]。對于需要多臺儀器、測試參數較復雜的測試項目，依靠傳統的測試方法，不僅測量效率低，而且無法保證測量的可靠性。移動計量保障車是對不便于送到實驗室的儀器設備進行檢定，為各單位科研試驗任務或突發事件的計量需求提供設施和技術保障的重要設備。計量車內同時配備數字表、數據采集器、示波器、信號發生器等多種設備，為了便于對儀器的控制管理，保障車內多采用局域網的控制方式。針對計量保障車內空間有限、設備復雜的布局，對PXI數字表模塊的檢定，本文設計了一種基于PXI總線的數字表網絡自動測試系統。該系統以LabVIEW作為測試軟件開發平臺，利用多功能校準源5520A實現自動測試。

1 系統組成和工作原理

系統用兩臺計算機完成對被測數字表模塊的自動測試，其中主控計算機控制校準源5520A，負責數據的處理和證書報告的生成，客戶端計算機負責把從數字表采集來的數據通過局域網傳輸至主控機進行數據處理。

1.1 系統組成

本系統由5520A多功能校準源、GPIB接口卡、被檢數字多用表 (以PXI－4060數字表模塊為例)、PXI機箱、主控計算機、客戶端計算機組成。多功能校準源5520A用來校準6位半以下的數字儀表，同時它本身帶有GPIB接口，為儀器的可程控性創造了條件。PXI－4060是NI公司生產的一款5位半的數字多用表，具有通用測量功能。該模塊附帶的NI-DMM驅動軟件多采用LabVIEW編程，編程時可以調用已有的程序模塊，提高編程效率[2]。主控計算機作為計量系統的控制中心，客戶計算機通過PXI總線來完成對數字表的控制。接口卡選用NI公司的USB-GPIB接口卡，該卡作為控制卡，在自動測試系統中廣泛使用。

1.2 工作原理

通過計算機對可程控的5520A型多功能校準源和數字多用表PXI－4060進行程控，實現對數字多用表模塊的自動檢測。將校準源的標準電壓、電流、電阻等信號程控輸出，分別加到被檢數字多用表模塊上，然后通過客戶端計算機上安裝的PXI接口卡和MXI電纜進行數據采集。利用LabVIEW基于C/S模式編寫TCP/IP通信的服務器端和客戶端應用程序，TCP/IP網絡VI能夠與遠程應用程序建立通信。主控計算機控制多功能校準源輸出相應的信號。客戶端計算機將采集的數據傳送到主控計算機進行數據處理和超差判斷。自動檢定系統的原理框圖如圖1所示。

圖1 自動檢定系統原理框圖

由于校準器5520A與數字表 PXI－4060距離較遠，需采用較長的連接線。為了降低引線上的影響，在測量10 kΩ以下的低量程電阻時，采用四線測量法消除引線電阻的影響。在測量交流電壓時采用雙絞屏蔽線纜，把電磁干擾對交流電壓測量的影響降到最低。

2 系統軟件設計

數字表網絡自動測試系統軟件主要實現儀表檢定過程的參數設置、數據管理和鑒定證書打印等功能。利用NI公司的可視化編程工具LabVIEW，將系統軟件的功能按模塊化實現，并通過用戶界面和后臺應用程序的組織方法，將軟件的功能與具體業務需求有機地結合在一起，設計出一套檢定管理程序。

2.1 界面及功能設計

用戶界面主要實現自動測試系統軟件運行的初始參數設置、測試功能選擇、測試過程數據顯示和測試結果處理操作等人機對話，系統前面板示意圖如圖2所示。

測試系統運行之前，必須對系統中的各程控儀器進行硬件地址和軟件參數信息設置。GPIB設備地址范圍在1～31之間，校準源5520A地址設置應該與儀器的實際地址保持一致，圖2中相應的設定5520A的地址為4。同時還應該設置被檢數字表模塊所在計算機的IP地址，以確保兩臺計算機之間的數據通信正常進行。儀器地址和IP地址設置完畢后，還要指定信息文件存儲路徑和文件名稱，以確保信息文件調用的準確性。

圖2 系統前面板示意圖

測試系統采用模塊化編程，首先將儀器的各種功能模塊化，然后根據需要選擇相應的模塊來實現特定的要求。模塊化方法雖然開發工作量大，但使用簡單，且便于升級和更改。本測試系統對PXI－4060實現了DCV，ACV，OHM，ACI，DCI 5種測試功能，如圖3所示。用戶可以選擇任意一項功能執行測試，也可以根據需求將5個測量模塊作為一個整體系統，實現整體綜合測試。

圖3 系統選項測試界面示意圖

在測試檢定過程中，為了更直觀監視實時測量動態，被檢儀器的量程、實際測量值、各測試點的允許誤差、實際誤差及測量結論全部在前面板上以表格形式顯示出來。當判定不合格時，計算機發出響聲提醒操作者，并在屏幕上用紅色顯示“超差”，在超差點前加*表示超差。

測試系統運行完畢后，可根據證書上超差點的情況和超差數值，對被檢數字表的超差量程進行校準。

測試前進行信息錄入，如儀器的編號、送檢單位等。設置完畢，點擊左上角的測試進入測試界面，選擇測試項目進行相應的測試。按照模塊化的思路，將主程序分為單項測試和綜合測試，其中單項測試界面示意圖如圖3所示。

單項測試將5個主要功能模塊放置在自動檢定程序的前面板上，根據需要從主程序界面調用模塊進行檢定。綜合測試程序實現對數字表各功能的依次檢定。當測試完畢后，系統把信息存儲文件中包含的相關信息導入證書中。

2.2 應用程序設計

在設計程序時要依據檢定規程和檢定技術，掌握標準源和被檢表的技術指標和程控指令[3]。本測試系統對數字表模塊的5個功能進行檢定，依據檢定規程JJG315－83，JJG598－89，JJG34－1999，JJG35－1999，JJG724－91，對應于數字表的交直流電壓、交直流電流和電阻等5個基本功能的數據校準。程序設計流程圖和部分數據采集程序如圖4，5所示。

程序設計分主程序和客戶端子程序兩部分實現，主程序實現界面參數設置、功能選擇和數據顯示等功能，客戶端子程序實現對主程序選擇設置功能的詳細實現。客戶端子程序從主程序接收數據信息對數字表模塊進行相應的配置。系統工作時需要同時運行主程序和客戶端子程序。子程序根據TCP/IP協議與主程序建立連接后，接受主程序發送過來的字符串，對數字表進行功能的設置和量程的選擇，同時把數字表的讀數發送回至主程序，進行數據后續判斷和處理。

2.3 證書生成

通信協議讓程序指定需要發送或接受的數據，并指定出發地和目的地位置，通過LabVIEW內置的DDE和ActiveX協議滿足通信的需要[4]。Excel預先編制出符合標準的證書模板，利用LabVIEW的通信功能把采集的數據傳遞到Excel表格中預先設定好的位置。當需要打印生成證書時，調用Excel中固化的程序把相關文本信息中的內容導入指定格式的證書中[5]。

3 實驗結果

對PXI－4060數字表模塊分別采用自動測試系統和手動測試方法進行數據采集。測試比較結果如表1所示。

圖4 程序設計流程圖

圖5 部分數據采集程序

表1 PXI－4060部分數據測試結果

由表1可以看出，兩種測試方法的結果基本一致。實驗結果表明，本文設計的自動測試系統完全可以滿足對數字表模塊的電壓、電流、電阻等電學參量的測試，數據準確可靠。

4 結束語

本自動測試系統按照數字多用表計量檢定規程采用直接測量法，具有數字化、自動化、規范化、標準化等特點。系統突出的優點是采用了模塊化設計思想，被檢數字表每一個功能的檢定程序都被設計為一個功能模塊，方便系統中增加新型表的自動檢定程序。該測試系統已應用在總參某計量站，為完成計量測試任務起到了重要作用。

[1]張鐘華.現代計量測試技術的進展 [J].中國計量學院學報，2006，17(1):1－6.

[2]徐楊梅，許寶杰，徐小力.虛擬儀器環境下PXI總線遠程測控系統研究[J].計算機測量與控制，2005(13):123－124.

[3]黃琦志，黃琦蘭，李軻.基于GPIB接口的數字多用表自動化檢定系統[J].計量技術，2005(7):42－44.

[4]陳錫輝.LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通 [M].北京:清華大學出版社，2008.

[5]王曉蘭.基于LabVIEW的自動測試系統中動態報表的生成方法 [J].測控技術，2008，27(9):63－64.