基于GPIB的電源自動(dòng)化管理在武器產(chǎn)品測(cè)試中的應(yīng)用

楊東升

中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009

引 言

電源組件提供產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)中所需的直流和交流電源，包含多個(gè)程控直、交流電源。以往的試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)電源的管理相對(duì)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)中必須由專門(mén)人員監(jiān)察電源電流是否正常，若電流出現(xiàn)異常時(shí)，人為斷開(kāi)電源以保護(hù)產(chǎn)品。試驗(yàn)系統(tǒng)存在操作人員多、緊急情況響應(yīng)速度慢、數(shù)據(jù)利用不充分等問(wèn)題。

本文通過(guò)GPIB總線，把總控制臺(tái)計(jì)算機(jī)和多臺(tái)程控電源連接，組成以計(jì)算機(jī)為控制核心的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)電源管理系統(tǒng)。本文詳細(xì)闡述了利用GPIB/GPIB-488.2函數(shù)庫(kù)和SCPI命令集對(duì)電源控制的原理。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)各路輸出電源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；讀取、記錄電源流數(shù)據(jù)等功能。

1 GPIB總線技術(shù)概述

GPIB接口也稱作HP-IB ,是上世紀(jì)六七十年代美國(guó)惠普公司發(fā)明的一種通用儀器接口系統(tǒng), IEEE 將其完善并推廣為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——IEEE488。GPIB接口一般傳輸速率大約為1MB/s,在測(cè)試領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[1]。

GPIB 是一種數(shù)字化并行總線,共有24根,包括16 根信號(hào)線、8 根地址線。16 根信號(hào)線又包括8根數(shù)據(jù)線、5 根控制線和3根握手線。8根數(shù)據(jù)線為DIO1～DIO8；5根控制線分別為ATN (Attention)，IFC(Interface Clear)，REN（Remote Enable），EOI（End Or Identify），SRQ（Service Request）；3根握手線分別 為 DAV（Data Valid），NRFD（Not ReadyFor Data），NDAC（Not Data Accept）[2]。

利用GPIB接口可以將多臺(tái)帶有GPIB接口的儀器組合形成較大的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)組建和拆散靈活?；贕PIB總線的測(cè)試系統(tǒng)便于擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能，可在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活的傳輸、處理、綜合、利用和顯示，使原來(lái)儀器采用硬件邏輯很難解決或無(wú)法解決的問(wèn)題迎刃而解[3]。

2 電源自動(dòng)管理硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電源自動(dòng)管理系統(tǒng)硬件組成包含以下四部分：多路直流、交流供電電源；GPIB接口；控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；若干GPIB電纜。

各部分的作用為：直流、交流供電電源為武器產(chǎn)品正常工作提供能源；控制用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于控制電源輸出，讀取并存儲(chǔ)電源工作電壓、工作電流數(shù)據(jù)，是電源自動(dòng)管理系統(tǒng)的控制核心；GPIB接口以及GPIB電纜為控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸提供物理層支持。

利用GPIB電纜把帶有GPIB接口的程控電源和主控計(jì)算機(jī)聯(lián)接成網(wǎng)絡(luò)化的電源自動(dòng)管理系統(tǒng)。GPIB系統(tǒng)的連接方式可以是線型、星型或者混合拓?fù)湫?。電源自?dòng)管理系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示。

圖1 電源自動(dòng)管理系統(tǒng)硬件組成框圖

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接好后，需要對(duì)系統(tǒng)的每個(gè)GPIB設(shè)備分配1～31之間任意數(shù)值的地址，各設(shè)備地址不能沖突。

3 電源自動(dòng)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法

本系統(tǒng)利用NI公司LabWindowsCVI軟件作為開(kāi)發(fā)工具，利用GPIB/GPIB-488.2函數(shù)庫(kù)和可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)命令集SCPI(Standard commands for programmable instruments)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源設(shè)備的自動(dòng)控制。

3.1 通過(guò)GPIB總線對(duì)程控電源控制及測(cè)量的軟件實(shí)現(xiàn)原理

通過(guò)GPIB總線實(shí)現(xiàn)對(duì)程控電源控制以及測(cè)量是電源自動(dòng)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心。利用GPIB/GPIB-488.2函數(shù)庫(kù)和SCPI命令集可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)GPIB總線對(duì)程控電源的輸出控制以及測(cè)試等功能。

GPIB/GPIB-488.2函數(shù)庫(kù)共包含10個(gè)子類，具有打開(kāi)/關(guān)閉GPIB設(shè)備、配置總線、讀/寫(xiě)I/O、控制GPIB設(shè)備、控制總線等功能。

SCPI是架構(gòu)在IEEE488.2上的可程控儀器標(biāo)準(zhǔn)指令集。整個(gè)SCPI 命令可分為兩個(gè)部分,一是IEEE488.2 公用命令,另一部分是SCPI 儀器特定控制命令。公用命令用來(lái)控制重設(shè)、自我測(cè)試和狀態(tài)操作，與特定測(cè)量無(wú)關(guān)；SCPI中的儀器特定控制命令是與儀器控制測(cè)量相關(guān)的[4]。

SCPI給出了描述儀器功能的 “樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)”通用儀器模型，根據(jù)測(cè)試和控制需要，沿著“樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)”從樹(shù)頂開(kāi)始向下尋找各分支，找到了系統(tǒng)具體的功能塊，將多個(gè)儀器功能的助記符連起來(lái)構(gòu)成一個(gè)復(fù)合詞，而助記符之間用冒號(hào)隔開(kāi)，以得到一個(gè)完整的功能的SCPI 的指令。SCPI 的指令結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，圖2中A、B、C、D、E、分別表示各功能的助記符，圖2 中子功能1的 SCPI指令為 A：C：E[5]。

圖2 SCPI指令結(jié)構(gòu)示意圖

以下舉例說(shuō)明利用GPIB/GPIB-488.2函數(shù)庫(kù)和SCPI命令集實(shí)現(xiàn)通過(guò)GPIB總線對(duì)程控電源的輸出控制以及測(cè)試。設(shè)置電源的GPIB地址為Dev_Addr_n。

a) 控制設(shè)備的輸出狀態(tài)：

b) 設(shè)置電源輸出電壓45V的實(shí)現(xiàn)：

c) 讀取設(shè)備的電流直流輸出大?。?/p>

GPIB/GPIB-488.2函數(shù)庫(kù)和SCPI命令集是實(shí)現(xiàn)電源設(shè)備的自動(dòng)控制的基礎(chǔ)，利用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)集可實(shí)現(xiàn)GPIB總線對(duì)標(biāo)準(zhǔn)程控設(shè)備的控制。

3.2 電源自動(dòng)管理系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)

在利用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)集實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)程控設(shè)備的控制的基礎(chǔ)上,本系統(tǒng)運(yùn)用LabWindowsCVI軟件，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了符合武器產(chǎn)品試驗(yàn)需求的電源自動(dòng)管理系統(tǒng),使系統(tǒng)具備以下的功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)電源電流、電壓的輸出控制；各路輸出電源進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)控，保證產(chǎn)品的安全；讀取記錄電源的電流數(shù)據(jù)，為試驗(yàn)分析提供電源歷史數(shù)據(jù)。

電源管理系統(tǒng)是武器產(chǎn)品測(cè)試軟件系統(tǒng)中的子單元,電源管理軟件流程要與武器產(chǎn)品測(cè)試流程相適應(yīng)。根據(jù)武器產(chǎn)品測(cè)試流程，電源管理系統(tǒng)分為3個(gè)子功能模塊：電源初始化、電源輸出控制、電源監(jiān)視。各個(gè)子功能模塊的原理框圖以及電源自動(dòng)管理系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖3 電源自動(dòng)管理系統(tǒng)工作流程圖

電源自動(dòng)管理系統(tǒng)工作流程如下所述：

a) 試驗(yàn)開(kāi)始，根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目初始化電源，通過(guò)GPIB總線配置多路電源的工作狀態(tài)，配置內(nèi)容包括：電源是否工作、電源輸出電壓，最大輸出電流等，配置完成后返回電源初始化好，返回主測(cè)試程序；

b) 通過(guò)人際友好界面獲得“武器產(chǎn)品加電”指令，控制電源輸出狀態(tài)為“ON”，啟動(dòng)電流采集計(jì)時(shí)器中斷，返回主測(cè)試程序；

c) 在主程序運(yùn)行中，電流采集計(jì)時(shí)器定時(shí)產(chǎn)生中斷，并進(jìn)入電源監(jiān)視程序塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的采集、保存和正確性判讀。若出現(xiàn)非正常電流數(shù)據(jù)，啟動(dòng)自動(dòng)斷電計(jì)時(shí)器，連續(xù)測(cè)得數(shù)個(gè)非正常電流數(shù)據(jù)后，斷開(kāi)電源供電；

d) 通過(guò)人際友好界面獲得“武器產(chǎn)品斷電”指令，控制電源輸出狀態(tài)為“OFF”，終止電流采集計(jì)時(shí)器，返回主測(cè)試程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用以往的試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，必須由專門(mén)人員監(jiān)察電源電流是否正常，若電流出現(xiàn)異常時(shí)，人為斷開(kāi)電源以保護(hù)產(chǎn)品。試驗(yàn)系統(tǒng)存在操作人員多、緊急情況響應(yīng)速度慢、數(shù)據(jù)利用不充分等問(wèn)題。采用GPIB總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)程控電源設(shè)備的自動(dòng)控制，采用GPIB電纜組成網(wǎng)絡(luò)化的電源系統(tǒng)，充分利用計(jì)算機(jī)軟件功能實(shí)現(xiàn)多種實(shí)用的電源控制測(cè)試功能，使測(cè)試電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，解決電源管理中的實(shí)際問(wèn)題。

[1]王瑩,陳健.基于GPIB總線的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,22(3)：68-69

[2]毛義梅,張 晶.基于GPIB接口總線的虛擬儀器設(shè)計(jì)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2001,22(4)：281-283

[3]李建華等.數(shù)據(jù)接口總線GPIB 及其應(yīng)用[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù),2004,30(6)：63-66

[4]史君成等.LABWindows虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2007

[5]井濤,郭永瑞. 一種實(shí)用的SCPI 語(yǔ)法分析設(shè)計(jì)方法[J].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù),2006,25(2)：42-44