開關(guān)電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要： 按照以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了新一代開關(guān)電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動(dòng)完成開關(guān)電源功能測(cè)試，并能存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果、生成測(cè)試報(bào)表和進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過程分析。實(shí)際使用結(jié)果表明，該系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)具有開發(fā)周期短，總體成本低，測(cè)試吞吐量高，擴(kuò)展性好和升級(jí)容易等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足客戶的要求。

　　開關(guān)電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)是電源行業(yè)生產(chǎn)制造部門必備的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。傳統(tǒng)的開關(guān)電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)以GPIB 卡控制多臺(tái)傳統(tǒng)儀器，完成自動(dòng)化測(cè)試功能。整個(gè)系統(tǒng)受限于傳統(tǒng)儀器功能，不易擴(kuò)展，很難滿足產(chǎn)品升級(jí)所帶來的新的測(cè)試要求；受限于GPIB 總線速度，很難實(shí)現(xiàn)并行測(cè)試和提高測(cè)試速度；受限于封閉式的應(yīng)用軟件，很難進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)和二次開發(fā)。另外，整個(gè)系統(tǒng)的硬件成本非常高，開發(fā)周期非常長(zhǎng)。

　　為縮短開發(fā)周期、降低系統(tǒng)成本、提高測(cè)試效率、滿足日益更新的測(cè)試需求，本文根據(jù)以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架重新設(shè)計(jì)了整個(gè)開關(guān)電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，并成功實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)。

　　1 以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架簡(jiǎn)介

　　以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架是近年發(fā)展起來的一種自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架。它包括測(cè)試管理軟件、測(cè)試開發(fā)軟件、系統(tǒng)服務(wù)與驅(qū)動(dòng)程序軟件、處理總線平臺(tái)和模塊化I/O 與儀器控制五個(gè)層次，如圖1 所示。

圖1 以軟件為核心的模塊化的系統(tǒng)構(gòu)架

　　以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架能縮短自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間、降低自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的總體成本、為自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)提供更大的靈活性。

　　2 電源自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)功能需求

　　根據(jù)用戶需求，該系統(tǒng)應(yīng)有如下功能：

　?。?） 覆蓋所有需要測(cè)試的功能，如表1 所示：

表1 測(cè)試功能需求表

　　（2） 測(cè)試項(xiàng)目編輯功能，可以根據(jù)不同的測(cè)試需求增加或刪減測(cè)試項(xiàng)。

　?。?） 測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，把測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　（4） 測(cè)試報(bào)表生成功能，根據(jù)需要自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)表。

　?。?） 用戶管理功能，根據(jù)不同用戶授予不同權(quán)限。

　?。?） 靈活系統(tǒng)構(gòu)架，根據(jù)實(shí)際需求增加或刪減儀器設(shè)備。

　　（7） 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能，能計(jì)算出Cpk,繪制出控制圖。

　　2.2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 系統(tǒng)總線選擇

　　系統(tǒng)總線是系統(tǒng)硬件構(gòu)架的核心，它決定了數(shù)據(jù)傳輸速度，直接影響系統(tǒng)的測(cè)試效率。

　　常見的總線有GPIB、USB、Ethernet/LAN/LXI、PXI和PXI Express,其帶寬和傳輸延遲比較如圖2所示：

圖2 常見總線帶寬和傳輸延遲比較。

　　PXI Express 總線具有最大的帶寬和最低的傳輸延遲。PXI 總線具有很高的帶寬和很低的傳輸延遲。

　　考慮PXI 總線的模塊化儀器大大多于PXI Express 總線，本文將選擇PXI 作為系統(tǒng)總線。

　　2.2.2 PXI 總線介紹

　　PXI （PCI eXtensions for Instrumentation,面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展） 是一種堅(jiān)固的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI 結(jié)合了PCI 的電氣總線特性與CompactPCI 的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard 機(jī)械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。

　　這使它成為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能、低成本運(yùn)載平臺(tái)。這些系統(tǒng)可用于諸如制造測(cè)試、軍事和航空、機(jī)器監(jiān)控、汽車生產(chǎn)及工業(yè)測(cè)試等各種領(lǐng)域中。

　　PXI 在1997 年完成開發(fā)，并在1998 年正式推出，它是為了滿足日益增加的對(duì)復(fù)雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2.3 硬件系統(tǒng)構(gòu)架

　　本系統(tǒng)使用的硬件如表2 所示：

表2 開關(guān)電源自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)硬件

　　測(cè)量硬件選用基于PXI 總線的模塊化儀器，功率硬件選用基于GPIB 總線的傳統(tǒng)儀器。PXI 總線與GPIB 總線一起構(gòu)建以PXI 總線為核心的混合總線系統(tǒng)。這樣的總線系統(tǒng)既具有PXI 總線的優(yōu)點(diǎn)，又能利用具有大功率優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)儀器。整個(gè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架如圖3 所示。