基于虛擬儀器的電子鎮流器自動化測試系統

周 律，朱金龍，周昱明，汪 亮

(上海理工大學機械工程學院，上海200093)

電子鎮流器憑借著體積小、質量小、無頻閃、光效高和壽命長等優勢己經在家居、商用以及工業照明等場合逐步取代傳統的電感式鎮流器，成為近些年來市場上的主導產品。大力推廣并普及這種產品是當前節約能源、保護環境的大形勢下的必然趨勢。隨著電子鎮流器要求越來越高，產品更新換代速度越來越快，對測試系統的要求也隨之提高，以此提高電子鎮流器的質量和可靠性以及縮短研發、生產周期[1]。

電子鎮流器的測試項目眾多，且系統要求高可靠性和高柔性。傳統的人工測試需要重復接線，造成勞動強度大、測試效率和精度都較低[2]。隨著計算機及軟件技術的發展，虛擬儀器技術得到了廣泛應用，所以依托計算機自動檢測電子鎮流器成為照明企業研制和生產單位的首選。在工控機為硬件核心的電子自動化測試系統的設計與開發中引人虛擬儀器技術，利用其提供的圖形化編程環境針對不同的測試要求編寫測試虛擬面板，可以快速搭建一套功能豐富人機界面友好的測試系統。因此，本文提出研制開發一種基于虛擬儀器技術的電子鎮流器自動化測試系統。該系統可以實現多種型號、多系列、多個測試項目的鎮流器測試要求，同時測試過程自動完成，自動生成測試報告，不需要重復接線，測試精度和效率提高，實現無人看守，安全穩定運行。

1 測試系統的硬件設計

自動測試系統的工作概述：將被測電子鎮流器放入溫箱內，穩定一段時間后，烘箱按照一定溫度曲線不斷升溫達到預設溫度，燈管置于長度可調的燈架上，按照實驗要求通過繼電器開關矩陣對被測鎮流器輸入輸出端分別進行各種開關動作，包括輸入端通斷，輸出端通斷，燈頭轉換。交流電源輸出端連接在3通道功率分析儀的3個輸入端，這樣使用功率計對所有被測樣品掃描，測量輸入電參數并記錄到測試報告中[3]。該測試系統硬件主要由工控機、可編程電源、功率分析儀、溫度控制器、NI USB-6501采集卡、通用接口總線(GPIB)連接線、繼電器開關箱和被測對象組成。

系統的硬件原理層次圖如圖1所示。其中，電源采用美國Pacific ASX單項三相交流源，可編程控制，具有程控儀器(可編程儀器)標準命令集(SCPI)的GPIB(IEEE-488.2)界面，頻率為15～1 200 Hz，電壓為0～354 V。高精度功率分析儀為橫河WT1803，在PC上通過GPIB通信方式，可讀取高精度功率分析儀測得的數值數據，然后進行保存[4]。溫控器采用歐姆龍數字溫控器E5EZ，通過J型熱電偶輸入溫度，同時配備通信功能。可通過RS485串口線與電腦通信，進行設定溫度，讀取溫度。NI USB-6501可提供24個單端數字通道，即組成3個DI/O端口的24個引腳 (P0.＜0..7＞、P1.＜0..7＞和P2.＜0..7＞)，作為驅動繼電器動作的信號。圖2所示為可USB-6501控制的繼電器驅動電路圖。其中24和5 V電源的地是分開的，再配合使用光偶U1、U2，可以實現隔離，防止干擾。PA0、PA1為與USB-6501連接的端口。二極管D1、D2起反向續流作用，抑制浪涌，一般選用IN4004。在線圈兩端接發光二極管VD1、VD2，當光耦導通，繼電器吸合，同時發光二極管被點亮，表明繼電器線圈已經加上電源。

圖1 系統硬件原理層次圖

圖2 繼電器驅動電路圖

2 測試系統的軟件設計

所謂虛擬儀器就是基于工控機的測試系統，以虛擬軟件開發為平臺，利用PC機強大的圖形環境建立圖形化的虛擬儀器面板，完成對儀器的控制、數據分析與顯示[4]。用戶可根據實驗需求在計算機上制作虛擬操作面板，使得這種系統既具有很大的靈活性和易操作性，又可以節省大量的費用[5-6]。

本系統應用Labview軟件實現了測試的自動控制，數據采集、存儲、分析、顯示及輸出。測試系統的軟件結構圖如圖3所示，用戶通過控制界面對系統進行操作，測試系統主要完成兩個功能：一是對儀器的控制，完成邏輯關系；二是完成對數據的實時記錄及處理。儀器控制包括通過GPIB對程控電源的模式以及電壓、頻率的設定；對功率儀表的量程設定，數據讀取等；通過RS485對溫控表設定溫度值，讀取當前溫度。數據的記錄及處理主要是每隔一段時間將數據保存在Excel中，部分實驗要利用數據生成更加直觀的圖表，最終生成正規的報告。報告不僅包括實驗產生的數據，還要有表頭、記錄時間、實驗是否通過的判斷。同時，軟件系統設置了安全保護，當溫箱溫度超過上限或者發生短路時，系統將進行自動保護操作，發出停止運行的命令。

圖3 系統軟件框圖

系統軟件的編寫基于Labview的數據流編程思想設計，采用模塊化編程方法，根據不同功能組建各種模塊，最后將各個模塊整合為一套系統。基本狀態機模式能夠滿足主程序結構的需要。該模式能夠很好地使應用程序的各個功能以狀態的方式有順序地執行，并且保證了程序的可讀性(以狀態圖的方式顯示清晰明了)和擴展性(日后只需要擴展狀態即可擴展相應的功能)。如圖4所示，狀態機是由一個While循環、一個條件結構和一個移位寄存器組成的，其中While循環用來保證程序可以連續地運行；條件結構的各種分支中的代碼用來描述狀態機的各種狀態，以及下一狀態的選擇；移位寄存器用來將之前狀態所做出的選擇傳遞到下一次循環的選擇端子。

圖4 主程序的狀態機模式

本測試系統實驗都只需要測試輸入端參數，鎮流器輸入端可以通過程控電源來快速通斷，而輸出端的通斷需要USB-6501控制繼電器來實現。繼電器控制程序的編寫如圖5所示。

圖5 USB-6501控制繼電器程序框圖

系統包含的實驗較多，但大致的流程是一致的。現在以快速開關實驗為例介紹其流程。在每一個測試之前都上電穩定一段時間，然后測試鎮流器的電壓、電流、功率等參數，將這些數據與開始設定的參數比較，如果測量值超過一定范圍判定實驗樣品失效。如果測量值在允許的范圍內，繼續實驗，主要是控制電源使得鎮流器一段時間得到電壓，一段時間斷開電源，同時這個時間是不斷增加的，直到到達設定的數值為止，實驗結束，再次測量，與參考值比較，用來判定實驗是否通過，同時將判斷結果寫入報告，繼續下一個實驗，如圖6所示。

圖6 快速開關實驗流程圖

程控電源和功率儀表的驅動程序官方已經提供，功能齊全，也可以自己編寫常用功能，更方便在應用程序中使用。所謂的驅動程序，實際上就是一組VI，每個VI包含了硬件設備最常用的功能。一個驅動程序的VI也是由一個或者多個VISA函數構成。圖7是功率儀表一個VI程序框圖[7]。例如，Reading?告訴需要從功率儀表中讀取的測量值，通過VISA寫入命令，然后VISA讀取字節數，返回測量值。

圖7 功率儀表VI程序框圖

3 設備測試實驗

虛擬儀器技術的理念就是利用軟件代替或部分代替傳統儀器的硬件，降低儀器開發成本，提高儀器性能[8]。圖8所示為系統軟件界面，本測試系統的人機界面友好，操作者可以方便地進行參數設置，并且實時觀察到系統的運行狀態，同時操作按鈕與實際按鈕相似，溫度的顯示也很直觀。此外，該系統包括多個測試實驗，每個測試要有獨自的Excel類型測試報告，實驗是否合格都有判斷并記錄。同時虛擬面板上也顯示實驗時的狀態如實驗進行的時間和實驗是否有異常，若有異常，則在此實驗的界面顯示報警燈亮，繼續另一個實驗[9]。

圖8 系統軟件界面圖

多個型號鎮流器在使用本測試系統后，與人工測試結果對比，測試的結果準確無誤，效率更高，節省大量人力，同時避免了重復接線帶來的誤差。

4 結論

由于采用了虛擬儀器開發技術，本系統的開發周期短，自動化程度高，檢測準確，穩定，具有實用性和先進性。抗干擾能力強，適合工業現場測試使用。

通過測試比較和實際應用結果表明，該測試系統的性能滿足實驗需要。與人工測試相比，系統的數據處理，測試可重復性，穩定性，方便性都有很大的優勢，還可以進一步擴充實驗模塊，發揮更大的功能[10]。

基于虛擬儀器技術的電子鎮流器綜合實驗自動化測試系統可以充分利用先進的計算機硬件資源，發揮出更高的開發效率。用該測控系統對電子鎮流器進行了多項性能測試，證明了使用該系統測定的參數準確，降低了測試工人的勞動強度，提高了測試精度和效率，能夠完成對不同型號的電子鎮流器實驗項目的測試。該測試系統現已應用于新產品研發測試以及實際生產檢測中，對于照明行業的發展都起著積極的推動作用。

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[10] 林濤，鄒黎華，耿勇男.多類型多通道的數據采集系統設計[J].電子測量與儀器學報，2009，23(1)：236-239.