虛擬儀器技術(shù)在電子組件自動檢測設(shè)備中的運(yùn)用

摘 要

本文在簡要介紹虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上，闡述了在電子組件自動檢測設(shè)備中運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動調(diào)試及檢測的方法，以及在某工程研制項(xiàng)目電子組件自動檢測設(shè)備的運(yùn)用效果，實(shí)現(xiàn)了測試過程的自動化。

【關(guān)鍵詞】電子組件 自動檢測 LabView 虛擬儀器技術(shù)

1 虛擬儀器簡介

1.1 概述

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)的迅速發(fā)展，美國國家儀器公司在20世紀(jì)80年代中期提出了虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助用戶創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應(yīng)用的需求。虛擬儀器所有測量測試儀器的主要功能可由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測試和分析、結(jié)果輸出顯示三大部分組成，其中數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出完全可由基于計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)來完成，因此提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就可構(gòu)成基于計(jì)算機(jī)組成的測量測試儀器。

1.2 虛擬儀器硬件技術(shù)

虛擬儀器體系按總線類別來分，一般可分為以下幾種類型：一是PC-DAQ方式，常見的總線產(chǎn)品為PCI總線；二是GBIB總線方式，適合于精確度要求高，但不要求計(jì)算機(jī)高速傳輸?shù)膽?yīng)用；三是VXI總線方式，具有標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛；四是PXI總線方式，由具有開放性的PCI總線擴(kuò)展而來，在機(jī)械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮了PCI總線的全部優(yōu)點(diǎn)，具有級別更高、定義更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境一致性指標(biāo)，符合工業(yè)環(huán)境下振動、撞擊、溫度與濕度的極限條件。經(jīng)對以上幾種虛擬儀器總線比較，可以看出VXI總線和PXI總線的性能較優(yōu)異，采用這兩種總線符合虛擬儀器硬件技術(shù)的發(fā)展方向。

1.3 虛擬儀器軟件技術(shù)

軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。LabView是實(shí)現(xiàn)虛擬儀器軟件的軟件開發(fā)平臺，基于數(shù)據(jù)流的編譯型圖形編程環(huán)境，它把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時的語言編程簡化成用簡單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能（圖形），并用線條把各種圖形連接起來的簡單圖形編程方式，使得不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測試要求和任務(wù)快速“畫”出自己的程序，“畫”出儀器面板、這大大提高了工作效率，減輕了科研和工程技術(shù)人員的工作量。

1.4 虛擬儀器具有的特點(diǎn)

虛擬儀器較傳統(tǒng)儀器，主要特點(diǎn)有：開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用低，技術(shù)更新周期短（0.5-1年），硬件價格低，軟件是關(guān)鍵，開放靈活、可重復(fù)配置，可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器，自動、智能化、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)龋淳哂屑夹g(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時間少，以及出色的集成等優(yōu)勢。

2 自動檢測設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

某工程研制項(xiàng)目包括多個復(fù)雜電子系統(tǒng)，電子組部件種類、數(shù)量、調(diào)試檢測內(nèi)容較多，存在所需調(diào)試設(shè)備繁多，調(diào)試工藝復(fù)雜，工作效率較低，調(diào)試錯誤率較高等問題，調(diào)試和檢測方法的落后對電子組件生產(chǎn)的質(zhì)量和效率造成一定影響。基于虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)、研發(fā)一套電子組件自動檢測設(shè)備，用于電路組、部件性能測試，可簡化調(diào)試工藝，提高儀器使用效率及電路檢測效率。設(shè)備設(shè)計(jì)、研發(fā)過程大致分為需求分析、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制、功能調(diào)試、儀器校準(zhǔn)等。針對各個電路組、部件等測試對象的功能、性能不同特點(diǎn)，進(jìn)行供電、測試信號和測試需求分析，將所有需求迭代并集成，再完成硬件電路設(shè)計(jì)需求、接口適配器設(shè)計(jì)、測試并形成相應(yīng)的后臺數(shù)據(jù)流提交測試系統(tǒng)完成電路的實(shí)際測試軟件設(shè)計(jì)，最終形成一套電路組、部件的綜合測試系統(tǒng)。

2.1 需求分析

需求分析包括供電需求分析、測試信號需求分析、軟件設(shè)計(jì)需求分析等。統(tǒng)計(jì)、歸納測試對象的供電電壓、精度及功率要求，作為供電需求分析的依據(jù)。測試信號需求分析：將測試對象視為黑匣子，按流向分類定義輸入、輸出信號；根據(jù)測試信號的數(shù)字信號、模擬信號類型，描述各種測試信號的特征量：

1）通電開關(guān)數(shù)字信號：表達(dá)電壓特征的開關(guān)量；

2）脈沖序列數(shù)字信號：分析確定波特率；

3）直流模擬信號：分析確定電平范圍、精確度、負(fù)載能力；

4）時域模擬信號：分析確定電平幅值范圍、采樣頻率f、精確度、基波頻率；

5）頻域模擬信號：分析確定電平幅值范圍、頻率范圍；

統(tǒng)計(jì)測試信號：確定測試信號類型的通道需求數(shù)；求取k個不同測試信號類型的通道需求最大值；求取測試參數(shù)的最值。

2.2 設(shè)備設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。選用PXI總線的插卡式儀器來構(gòu)成自動檢測設(shè)備，主要由控制器（嵌入式）、PXI機(jī)箱、PXI模塊、程控電源、程控負(fù)載及接口適配器等構(gòu)成。按照模塊化設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行軟件開發(fā)，將每個電路組件或部件的測試設(shè)計(jì)為一個獨(dú)立的軟件模塊，便于測試設(shè)備的功能擴(kuò)充；采用LabView開發(fā)環(huán)境開發(fā)PXI總線的各種用戶應(yīng)用程序，調(diào)用各類開發(fā)包和驅(qū)動程序，通過LabView儀器驅(qū)動，與各基于PXI總線的儀器進(jìn)行通信，完成儀器控制及數(shù)據(jù)采集，檢測電路輸出的各種數(shù)字及模擬信號，同時通過通訊接口提供測試信息，監(jiān)測電路的輸出信息；依據(jù)合格判據(jù)判定各測試模塊的檢測結(jié)果；通過LabView工具包中的可編程Micosoft Word和Excel報(bào)表生成工具打印輸出測試數(shù)據(jù)及結(jié)果報(bào)表，實(shí)現(xiàn)具體的測試目標(biāo)。測試設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中，在硬件接口、軟件接口設(shè)計(jì)中都充分考慮了校準(zhǔn)的操作性。LabView的校準(zhǔn)執(zhí)行程序具有可完成校準(zhǔn)和報(bào)告生成的集成軟件環(huán)境，通過調(diào)用校準(zhǔn)軟件，可實(shí)現(xiàn)測試設(shè)備的自動校準(zhǔn)。

2.3 設(shè)備實(shí)現(xiàn)

經(jīng)設(shè)備的設(shè)計(jì)過程，試制出的測試設(shè)備適用于該工程研制項(xiàng)目控制系統(tǒng)所屬多個電子組件、20余種電路部件的調(diào)試，調(diào)試過程簡單、快速、可靠、安全，滿足研制項(xiàng)目生產(chǎn)使用需求。

3 結(jié)束語

運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的電子組件自動檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了測試過程的自動化，保證了測試的高可靠性，提高了測試速度和精度，使電路組件測試工作質(zhì)量和效率得到提升，且通過對測試設(shè)備軟件的升級，擴(kuò)充其使用功能，具有很強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性。

作者簡介

馬琪（1976-），男，云南省人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為海軍駐昆辦事處工程師，主要從事工業(yè)自動化專業(yè)科研工作。

作者單位

海軍駐昆辦事處 云南省昆明市 650051endprint