胡亞軍

（上海交通大學(xué)，上海200030）

通信電源系統(tǒng)是整個通信網(wǎng)絡(luò)的心臟和源動力，在通信系統(tǒng)中的地位舉足輕重。為確保通信電源系統(tǒng)可以安全可靠的運(yùn)行，在生產(chǎn)過程中必須對它的各項性能參數(shù)進(jìn)行全面的檢測。

原有對通信電源系統(tǒng)的測試方法為手動測試，操作人員不僅要連接許多線纜和設(shè)備，而且要人工判斷系統(tǒng)的各個量值。它的測試時間長，重復(fù)測試結(jié)果的一致性差，人為因素多，測試不穩(wěn)定，測試數(shù)據(jù)不容易存檔，等等。因此，電源系統(tǒng)的性能得不到足夠的保障。

本文提出的測試方法，首先啟動氣動裝置實(shí)現(xiàn)測試端口的自動連接，這便省去了人工連接線路；然后基于LabWindows／CVI 的開發(fā)環(huán)境，利用GPIB 卡控制各種儀器和設(shè)備，通過TCP／IP 通信的方式與電源系統(tǒng)對話。該方法可以快速可靠地完成各個參數(shù)的測試，從而提高了效率，并且可對測量數(shù)據(jù)自動存檔。

1 概 述

1.1 LabWindows／CVI 簡介

LabWindows／CVI 是美國 NI （National Instruments ）公司推出的交互式C 語言開發(fā)平臺。它將功能強(qiáng)大 ﹑使用靈活的C 語言平臺與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來，利用它的集成化開發(fā)環(huán)境﹑交互式編程方法﹑函數(shù)面板和豐富的庫函數(shù)大大增強(qiáng)了C 語言的功能，為熟悉C 語言開發(fā)設(shè)計的人員編寫檢測系統(tǒng)﹑自動測試環(huán)境﹑數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)﹑過程監(jiān)控系統(tǒng)等應(yīng)用軟件提供了一個理想的軟件開發(fā)環(huán)境。

虛擬儀器技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的新一代儀器技術(shù)，它的實(shí)質(zhì)是利用計算機(jī)來模擬傳統(tǒng)儀器的各項功能。LabWindows／CVI 是開發(fā)虛擬儀器應(yīng)用程序的軟件工具中的佼佼者，和其它虛擬儀器開發(fā)工具相比，它的主要特點(diǎn)有：

（1）LabWindows／CVI 以功能強(qiáng)大、最為流行的C語言為基礎(chǔ)，一般程序員無須再花時間去學(xué)習(xí)其它計算機(jī)語言，從而節(jié)省了開發(fā)時間。

（2）友好的界面編輯方式，在程序設(shè)計中靈活地應(yīng)用各種工具可以方便程序設(shè)計，減輕程序員負(fù)擔(dān)。

（3）各種功能強(qiáng)大的軟件包大大增強(qiáng)了LabWindows／CVI 的性能，這些軟件包括接口函數(shù)庫、信號處理函數(shù)庫、Windows SDK 等。

1.2 GPIB 總線技術(shù)

GPIB （General Purpose Interface Bus ）被稱為通用接口總線，是最早由HP 公司提出的一種接口儀器標(biāo)準(zhǔn)（HP IB ），1975 年被改進(jìn)為IEEE485 標(biāo)準(zhǔn)。目前的協(xié)議為488.2 。GPIB 總線是廣泛用于自動測試系統(tǒng)的一種并行外總線標(biāo)準(zhǔn)，是專為儀器控制應(yīng)用而設(shè)計的。它是一種用于連接設(shè)備的總線，計算機(jī)、電壓表、信號發(fā)生器、示波器等都可以通過GPIB 總線連接起來，組成一功能系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：積木式結(jié)構(gòu)，可拆卸、易于重建；控制器可以是計算機(jī)、微處理器或簡單的程序；數(shù)據(jù)傳送可靠，使用靈活，價格低廉。正是由于以上特點(diǎn)，GPIB 廣泛應(yīng)用于對測試儀器進(jìn)行計算機(jī)控制、計算機(jī)與計算機(jī)之間的通訊，以及對其它電子設(shè)備的控制。

LabWindows／CVI 中的GPIB 函數(shù)庫可以實(shí)現(xiàn)打開／關(guān)閉 GPIB 設(shè)備、總線配置、I／O 讀寫、GPIB 設(shè)備控制、總線控制和板控制等功能。

1.3 TCP／IP 通信技術(shù)

Internet 中使用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP／IP協(xié)議集。TCP 協(xié)議是TCP／IP 協(xié)議集中隸屬于傳輸層的傳輸控制協(xié)議。IP 協(xié)議是Internet 網(wǎng)絡(luò)中隸屬于網(wǎng)絡(luò)層的基礎(chǔ)協(xié)議。IP 協(xié)議提供可靠的、盡力的、無連接的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)，構(gòu)成了Internet 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。TCP 協(xié)議以此為基礎(chǔ)增加了連接管理和確認(rèn)重發(fā)等機(jī)制，向更高層的應(yīng)用程序提供面向連接的、可靠的傳輸服務(wù)。

在LabWindows／CVI 中 可利用TCP 函數(shù)庫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，在每次連接中都涉及到服務(wù)器和客戶。其中TCP 服務(wù)器可以通過網(wǎng)絡(luò)向客戶應(yīng)用程序發(fā)送或從客戶應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)。TCP 客戶可以向TCP服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)送連接請求，并從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)。服務(wù)器注冊后就等待客戶向它發(fā)出連接請求，而客戶只能向已經(jīng)存在的服務(wù)器發(fā)出連接請求。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

通信設(shè)備直流供電系統(tǒng)的組成如圖1 。系統(tǒng)的輸入為交流220V，整流器一方面給通信設(shè)備供電，另一方面又給蓄電池充電，以補(bǔ)充蓄電池因局部放電而失去的電量，控制器用于監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)，直流配電架主要連接和轉(zhuǎn)換直流供電系統(tǒng)中整流器和蓄電池組向通信設(shè)備供電的電源設(shè)備。蓄電池組用于保證不間斷供電。

圖1 直流供電系統(tǒng)的組成

該電源系統(tǒng)測試的部件主要由一臺計算機(jī)、一塊GPIB 卡、數(shù)據(jù)采集器、直流電源、負(fù)載測試治具和待測系統(tǒng)等組成，如圖2 。

圖2 電源系統(tǒng)測試的硬件結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集器Agilent 34970A 可配置成20 至120個通道，6 位半分辨率，250 通道／秒掃描速率，50 000 個讀數(shù)存貯，0.004 %基本直流精度，可測量交直流電流、電阻、頻率和周期，以及由熱電耦、熱電阻和熱敏電阻提供的溫度直流和交流電壓，標(biāo)準(zhǔn)GPIB 和RS232 接口。在該測試系統(tǒng)中，它主要用來控制繼電器，通道切換和量測電壓。

直流電源Agilent 3645A，主要用來模擬蓄電池的功能，實(shí)現(xiàn)電池的過壓、欠壓和低壓斷電。

測試治具內(nèi)部由繼電器組，告警指示燈和氣動裝置組成。氣動裝置用于自動連接測試端點(diǎn)。繼電器組主要用于切換不同的測試設(shè)備和開關(guān)。告警指示燈共有4 組紅綠燈，用于查看不同的系統(tǒng)告警，如斷路告警、熔絲告警、溫度告警等。

待測電源系統(tǒng)由兩個模塊，一個控制器和一個直流配電架組成。模塊用于整流，將220 V交流變?yōu)?4 V直流?？刂破饔糜谠O(shè)定系統(tǒng)的電壓，監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)。直流配電架用于放置模塊和控制器，它裝有自動空氣斷路器、接觸器、熔斷器等部件，為不同容量的負(fù)載分配電能，當(dāng)直流供電異常時，產(chǎn)生告警起到保護(hù)作用。

交流電220 VAC 用于模塊的輸入供電。

負(fù)載用于模擬通信設(shè)備，用來提供AC 供電和電池供電時系統(tǒng)的負(fù)載。該系統(tǒng)測試時負(fù)載設(shè)定為20 A。

3 系統(tǒng)的軟件開發(fā)

系統(tǒng)軟件以Labwindows 8.5 為編程語言，可運(yùn)行在 Windows XP，Vista 和 Windows7 之上。

3.1 測試流程

根據(jù)測試要求，首先制定一個合理的測試流程，如圖3 所示，可分為三大部分，第一部分為自檢，第二部分為AC 交流部分，第三部分為DC 直流部分（即電池部分）。

（1）自檢。操作人員將待測電源系統(tǒng)放置在治具上后，先進(jìn)行自檢，對系統(tǒng)中所有設(shè)備進(jìn)行復(fù)位并初始化，檢測系統(tǒng)供電的狀態(tài)是否正常。

（2 ）AC 部分。自檢通過后，先輸入交流電220 VAC，在這一部分，先量測空載時系統(tǒng)輸出電壓、電流、系統(tǒng)狀態(tài)，加載后量測系統(tǒng)電壓及電流，并檢測模塊是否均流，接著將負(fù)載切換到電池端，量測電池電壓及電流，然后執(zhí)行一些告警測試，包括直流過壓、欠壓、熔絲告警、斷路器告警、溫度告警等。

（3）DC 部分。檢測電池供電后系統(tǒng)的輸出電壓、電流、檢測AC 告警、電池過壓告警、欠壓告警，實(shí)現(xiàn)低壓關(guān)機(jī)功能。

3.2 核心代碼解析

下面列出幾個關(guān)鍵的測試代碼。

（1）GPIB 通信代碼

GPIB／GPIB－488.2 函數(shù)庫一共包括 10 個子類，分別為 Open／Close 子類，Configuration 子類，I／O子類，Device Control 子類，Bus Control 子類，Board Control 子類，Callbacks 子類 ，Locking 子類，Thread－Specific Status 子類，GPIB－488.2 子類，該測試方法中主要應(yīng)用GPIB－488.2 子類中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)GPIB 通信。

圖3 測試流程圖

（2）TCP／IP 通信代碼

該電源系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)端口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，以讀取系統(tǒng)內(nèi)部信息。

由于要讀取系統(tǒng)信息屬于客戶向服務(wù)器發(fā)出連接，因此先確定該通信屬于客戶程序。與TCP 服務(wù)器連接時，我們必須獲得服務(wù)器的名稱或IP 地址和服務(wù)器的端口號。

（3）HP34970 控制代碼

由于HP34970 提供了程序的功能面板大大方便了編程，我們只需要調(diào)用其中的庫函數(shù)指令，即可實(shí)現(xiàn)測試中所需要的通道切換和量值。

4 總 結(jié)

在軟件調(diào)試過程中也曾出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)過分析，都得到了解決：

（1）將大量數(shù)值變量放置在C 文件中，導(dǎo)致程序的可讀性、可維護(hù)性較差。

解決方法：建立一個INI 配置文件，將所需要的測試數(shù)值和范圍存儲在該文件內(nèi)，這樣一旦要修改數(shù)值，只需更改INI 文件中的數(shù)據(jù)，無需重新編譯C 文件。

（2 ）TCP／IP 通信讀取數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，會出現(xiàn)誤碼或亂碼。

解決方法：設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，部分是由于不同指令輸入后讀取的數(shù)據(jù)大小不同，一些數(shù)據(jù)超出了Buffer 的最大范圍，只需將Buffer 設(shè)定到合適數(shù)值范圍即可。

另外，也可能是由于數(shù)據(jù)類型設(shè)置錯誤導(dǎo)致，在字符串處理過程中，數(shù)據(jù)類型有整型、浮點(diǎn)型、字符型等，必須設(shè)置相符的數(shù)據(jù)類型，否則有可能導(dǎo)致誤碼甚至編譯不通過。

（3）提示操作員查看告警燈狀態(tài)的次數(shù)有8 次，明顯太多，不利于生產(chǎn)也不符合自動化測試的理念。

解決方法：改變測試方法，由目測告警燈狀態(tài)的判斷方法，改為通過TCP／IP 通信讀取系統(tǒng)內(nèi)部告警信息來進(jìn)行自動判斷。

實(shí)際檢測和使用表明，該測試方法操作簡便，測試周期大大縮短，測試的穩(wěn)定性，精度都有了質(zhì)的提高，并且所有測試數(shù)據(jù)都自動存檔，從而有效地提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。

［1］劉寶貴，張 旭.通信電源設(shè)備使用維護(hù)手冊·通信用直流供電系統(tǒng)［M］.北京：人民郵電出版社，2008.

［2］強(qiáng)生澤，楊貴恒，李 龍.現(xiàn)代通信電源系統(tǒng)原理與設(shè)計［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］張毅剛，喬立巖.虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境Lab Windows／CVI 6.0［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［4］宋宇峰.Lab Windows／CVI 逐步深入與開發(fā)實(shí)例［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.