基于Matlab和TCP/lP的測試系統開發及應用

劉殿金，魏 兵

（中船724所，南京，211153）

基于Matlab和TCP/lP的測試系統開發及應用

劉殿金，魏 兵

（中船724所，南京，211153）

對MATLAB中儀器控制工具箱的使用方法和儀器控制的實現方案進行探討，針對現有基于TCP/IP接口的測試系統軟件開發的特點，以一典型實例，提出基于MATLAB平臺和TCP/IP接口的測試系統的設計方法和實現技術，敘述了該系統的硬件結構和軟件設計以及該系統的功能特點.實例表明，使用儀器控制工具箱，在MATLAB環境下進行TCP/IP測試系統的開發不僅方便可行，而且編程簡單，功能強大，開發周期短。

測試系統；MATLAB；TCP/IP；Excel；儀器控制工具箱

0　前言

通常把在人工最少參與的情況下能自動進行測量、數據處理， 并以輸出方式測試（量） 結果的系統稱為自動測試系統（ATS ——automated test system） 。隨著TCP/IP技術應用到測試領域，它作為橋梁，把各種可編程儀器與計算機緊密地聯系起來，從此電子測量更快的向自動測試系統的方向發展.一般而言，一個完整的測試系統由控制器、測試儀器、測試軟件以及接口總線4大部分組成。利用常見的PC機做控制器，開發Windows程序作為測試軟件，不但使測試的過程自動化，而且使操作簡單、直觀，可視性大大加強，其中軟件開發平臺的選擇直接影響到系統開發的效率和成效.

目前國內軟件開發平臺主要有高級編程語言（如Visual C++）和Labview軟件，MATLAB軟件作為一套高性能的數值計算和可視化軟件，以其強大的數值分析與處理功能、豐富的仿真功能、方便的編程接口而深受廣大用戶的喜愛.與Visual C++等高級編程語言比較，語法規則更簡單，編程特點更貼近人的思維方式.若能利用MATLAB軟件強大的數值處理能力和編程簡單的優點進行測試系統的設計，無疑對測試系統的開發是有益的，MATLAB（Version 7.0）的儀器控制工具箱（Instrument Control Toolbox）為此提供了對TCP/IP接口通信的支持 .利用該工具箱配以適當的網卡不僅可以進行實時數據采集，而且還可以進行實時控制，由此組建成為自動測試系統。

1　Matlab環境下TCP/IP自動測試系統的設計

1.1系統硬件構成

如圖1所示，系統由一臺PC機、一臺網絡分析儀E5071C、一根網線組成。因虛擬儀器軟件體系結構（VISA）是一種工業標準I/O應用程序接口（API），用它開發I/O應用程序和儀器驅動程序也適用于儀器通信和控制的IVI基礎標準。這樣我們只需要PC機和儀器都安裝VISA庫，我們發送相應的SPCI儀器指令（Standard Commands for Programmable Instruments）給儀器，就可以實現對其操作與控制。

圖1　系統結構框圖

1.2系統軟件設計及功能

如圖2所示，整個程序需要完成如下步驟：連接、初始化網絡分析儀，設置網絡分析儀測試參數，采集數據，顯示數據及保存數據。

測試系統的軟件圖形化界面及功能是基于MATLAB環境、采用面向對象的設計方法實現，圖3為實現的測試系統軟件的操作面板。

圖2　系統流程圖

（1）測試系統操作面板是由GUI設計工具完成，界面中使用的控件功能通過編輯相應的CALL.BACK程序實現.界面設計采用功能面板化設計，如Response面板主要實現測量參數、參數格式等儀表狀態的設置，Stimulus面板實現頻率范圍設置，Send&Read面板實現連接、斷開、數據采集、保存、生產報告。

圖3　測試系統操作面板

（2）測試系統中儀器的設置與調試.以網絡分析儀Agilent E5071C為例說明.首先要正確設置網絡分析儀Agilent E5071C的IP地址.然后對儀器進行TCP/IP接口通信調試，編制網絡分析儀程序如下:

G=visa（'agilent'，'TCPIP0::192.168.4.10::INSTR'）%創建設備對象

fopen（G）；%連接設備

idn=query（G，'*IDN？'）；%獲取設備名稱、序列號

fclose（G）；%斷開連接

delete（G）；%清除內存

通過以上程序調試，確保儀器與計算機可靠通信后，方可進行系統測試

（3）采集數據送到數組中，經過數據處理，然后調用Plot（）函數連接成波形，在屏幕上顯示.由于通信數據支持二進制和文本（ASCII）兩種方式，因此如果選擇文本方式時，應調用Str2num（）函數將文本數據轉換為數值型數據。

（4）MATLAB軟件提供了與Microsoft Excel數據庫軟件的程序接口.將采集的信號數據按照測試人員記錄表要求保存到Excel數據庫中形成測試報告，提高了測試人員的工作效率，同時又避免了記錄數據時出錯。

2　測試與試驗結果

圖4為儀器上顯示的相位波形，圖5為采集到的相位波形，圖6為E5071的傳輸特性的自動測試數據，圖7為E5071的傳輸特性的手動測試報告。通過對比驗證了系統的準確性。

圖4　儀器上顯示的相位波形

圖5　采集到的相位波形

圖6　E5071的傳輸特性的自動測試數據

圖7　E5071的校準中傳輸特性的手動測試數據

3　結束語

TCP/IP高速傳輸性能以及完整的控制協議，使得基于TCP/ IP的測試系統獲得越來越廣泛的應用.在進行TCP/IP測試系統的設計時，系統的功能很大程度取決于測試軟件部分，因而選擇良好的軟件開發平臺具有事半功倍的作用.MATLAB軟件編程簡便、功能強大，儀器控制工具箱提供了基于TCP/IP通信的良好支持.實踐表明，使用儀器控制工具箱，在MATLAB環境下進行TCP/ IP測試系統的開發不僅可以降低設計的復雜度，縮短開發周期，而且所開發系統功能強大，可向上擴充，具有廣泛的應用前景.

［1］ 劉思久 ，張禮勇.《自動測試系統與虛擬儀器原理·開發·應用》，電子工業出版社，2009

［2］ Agilent應用指南1465-9《LAN在測試系統中的應用：基本原理》，Agilent，2004

［3］ Agilent應用指南1465-4《測試系統開發指南選擇測試系統軟件體系結構》，Agilent，2006

［4］ 張德豐.《MATLAB與外部程序接口編程》，機械工業出版社，2009

劉殿金，男，1984年生，工程師，從事外購器件檢驗。

Development and Application of Measurement System Based on MATLAB and TCP/IP

Liu Dianjin，Wei Bing
（The 724st Institute of CSIC，Nanjing，211153）

The paper discusses the using methods of instrument control toolbox and the realizing scheme of instrument control in MATLAB，suggests the designing method and realizing technology of a measurement system based on MATLAB platform and TCP/IP interface with a typical example by taking into consideration the developing the measurement system software，and depicts the hardware structure and the software design of the system as well as the system functions and characteristics.The example shows that the development of TCP/IP measurement system in the context of MATLAB with instrument control toolbox is not only feasible，but the programming is simple，powerful and short in exploring period.

measurement system；MATLAB，TCP/IP；Excel；instrument control toolbox