构建仪器仪表自动测试系统的探讨

构建仪器仪表自动测试系统的探讨

梁思萍

海华电子企业（中国）有限公司510656

摘要：随着计算机技术的快速发展以及通信技术的不断进步，自动测试系统已经广泛应用在多个领域，尤其在军事领域中表现出了卓越的发展趋势。针对目前仪器仪表检定手段不足的实际情况，设计了基于总线技术的仪器仪表自动检定系统。概括了仪器仪表的研究现状和发展方向，介绍了现有的各类总线技术，并基于总线技术搭建了仪器仪表自动检定系统平台，分析了该检定平台的功能，最后着重从软件方面阐述了仪器仪表自动检定系统的实现。

关键词：总线技术；仪器仪表；自动检定；IVI

随着仪器仪表技术的发展，现代仪器仪表的功能越来越强大，结构也越来越复杂。在仪器仪表不断提高和完善的同时，相关的自动测试系统ATS（AutomaticTestSystem）的组建也变得越来越重要。自动测试系统的应用相对于以前单纯利用特定测试设备而言，极大地降低了整个测试系统的组建、开发与维护的成本，工作效率也得到大大提高。

1仪器仪表的研究现状

1.1研究现状

传统的仪器仪表主要是模拟式和机械式的，随着计算机技术和通信技术的不断发展进步，仪器仪表也逐渐迈入智能化和数字化的发展进程。仪器仪表发展的主要方向为集成化、标准化、网络化以及智能化，随着仪器仪表重要性的逐渐显现，人们逐渐利用高精度的仪器仪表取代传统效率低下的仪表计量方式。一方面，在计算机统一指挥下，有待于设计出一种由多台设备共同完成自动测试的系统；另一方面，虚拟仪器随着数字信号处理技术及计算机技术的发展而正在变为现实。目前美国已经实现了仪器仪表通用自动检定系统。最早的仪表自动检定系统是由泰克公司推出的半自动检定系统，TEK公司又完善了该系统通用性较差的缺点，研发了全自动检定系统，通过计算机控制程序和通信协议，实现了自动检定示波器。

1.2仪器仪表检定系统

仪器仪表自动检定系统主要由三部分组成，分别为系统硬件平台、系统软件平台以及用户应用平台。其中系统硬件平台主要是自动测试设备，包括系统测试的硬件资源，软件平台为硬件平台提供了相应的技术支持，硬件平台中的操作系统还可以管理自身事物、规划测试过程、跟踪设备维护需求，同时还可以提供使用帮助。

用户应用平台又称为测试程序集，主要包括自动测试设备和UUT仿真器、编程工具和建模描述语言等。系统软件平台包括应用开发环境、测试资源驱动程序、物理接口以及VISA管理层。

1.3存在的不足

目前仪器仪表自动检定系统通常存在以下问题：

（1）目前仪器仪表都有较快的更新换代速度，而且检定每一种仪器仪表的方法和流程都不是完全相同的，要有针对性的对自动检定系统进行开发，现有的仪器仪表自动检定系统还是建立在原有仪器仪表的基础上，老式仪器仪表的使用需求以及过时的自动检定系统，必然导致不菲的系统维护费用；

（2）现有的仪器仪表自动检定系统是针对特定的仪器仪表的，系统间的互操作性无法实现，与现代仪器仪表的多样化需求相悖；

（3）在现有的仪器仪表自动检定系统中，已经预设了故障树或故障字典，自动检定程序依据此字典对仪器仪表进行检定，无法充分的利用维修人员的经验、仪器仪表本身的内置检定数据以及被检对象的设计知识等，不能充分的发挥出控制计算机的存储和计算能力，导致检定效率低下问题

2VISA及IVI技术简介

2.1VISA技术

VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）是虚拟仪器软件结构框架的简称。它本身并不提供仪器编程能力，即它是一个调用底层代码来控制硬件的高层API（应用程序接口）。实际上，VISA是在工作平台上用于控制VXI，PXI，GPIB，RS232以及其他种类仪器的单一接口程序库，是由组成VXIplug&play系统联盟最大的仪器仪表公司所统一采用的标准。

在LabVIEW中，每个VISA仪器驱动程序VI对应于一个可编程操作，如配置、读取、写入或是触发仪器。VISA就是一个标准的I/O函数库及其相关规范的总称，一般称这个I/O函数库为VISA库，它允许来自不同厂家的软件运行在相同的系统之下。这些库函数用于编写仪器的驱动程序，完成计算机与仪器间的命令和数据传输，以实现对仪器的程控。VISA的内部是一个先进的、面向对象的结构。这一结构使它在接口无关性、可控制性和功能上都有很大提高。

2.2IVI

技术IVI（InterchangeableVirtualInstruments——可互换性虚拟仪器）是在虚拟仪器开发软件的基础上提出的一种仪器驱动技术。主要研究仪器驱动的互换性，测试性能，开发灵活性及测试品质保证。其特有的状态管理结构，可以不重新优化设计硬件系统，在现有测试系统的基础上，从测试系统软件结构出发，消除了测试冗余，提高了测试速度。采用IVI驱动器的测试程序具有与仪器无关性。当测试仪器老化淘汰时，可采用同类测试仪器替代，测试程序仍然可以正常运行，这就可以大大地降低测试系统的研制周期和开发成本，提高仪器维护的灵活性。

随着像LabVIEW等测试编程工具的普及，仪器驱动程序成为自动测试开发人员重要的开发工具。仪器驱动程序为仪器的编程提供了一套高层函数，因此，测试人员可以将注意力集中在测试功能的开发而不是学习与单个仪器编程有关的细节。使用仪器驱动程序后，测试功能更易于开发、维护和升级。

3基于总线搭建仪器仪表自动检定系统平台

3.1平台搭建

本文基于总线技术设计的仪器仪表自动检定系统不仅要实现对仪器仪表的校准，同时还要对仪表数据库进行校准，实现对数据的处理和管理。当待校准的仪器仪表具有程控接口时，只需要将待校准仪表和校准仪表通过程控接口进行连接，就可以实现对仪表的自动控制，然后运行校准程序，实现仪表的自动校准。

当待校准的仪器仪表不具备程控接口时，要根据校准操作步骤，利用程序对校准仪表进行控制，配合完成对待校准仪表的校准操作，实现仪表的半自动校准。根据现实工作中的需要，还可以选择人工仪表校准。搭建的校准平台目前可以对13类待校准仪表进行校准。

该系统共包括六大模块，每个模块的功能都是独立的，系统的主功能就是其中的仪表校准模块。

3.2软硬件配置

GPIB接口包含的输入输出数据线8条、挂钩线3条、管理线5条以及地线若干条，一台包含有GPIB卡的测试控制器最多容纳14台仪器；RS232接口并未对连接器的物理特性进行定义，所以可以连接的连接器型号较多，不同的连接器具有不同的引脚定义，本文选用的连接器型号为DB-9，能传递9个异步通信信号；LAN接口在信息传输过程中采用的是TCP/IP协议。系统硬件配置包括：具有2G内存和160G硬盘的测控计算机；电子科技大学研制的PCI-GPIB卡；以及电源设备、打印设备、路由器和测试附件等。

系统的软件配置包括WindowsServer2003的操作系统；声卡、显卡网卡、GPIB卡以及打印等驱动程序；SQLServer2005数据库；VISA空间、示波器控件、图像显示控件等支撑软件；装备仪表校准系统等应用程序。

结语

仪表电源自动测试系统充分发挥了其开发周期短和软件编程灵活、简便的优点，能够实现仪表电源性能自动、快速、准确测试。自动测试系统设计简单实用，工作稳定，易于维护，具有工程实用性。

参考文献

[1]孙亚匕，陈仁文，周勇，等。测试仪器发展概述[J]。仪器仪表学报，2003，24（5）：480－485。

[2]姜志玲。虚拟仪器技术在自动测试系统中的应用[J]。现代电子技术，2004，27（12）：82－83。

[3]李行善，左毅，孙杰，等。自动测试系统集成技术[M]。北京：电子工业出版社，2004。