真空熱試驗測控儀器驅(qū)動器的設(shè)計與應(yīng)用

郎建國

【摘 要】在航天器研制過程中，真空熱試驗是不可或缺的試驗項目，而在航天器真空熱試驗中，需要使用到各種型號的測控儀器。由于這些儀器的驅(qū)動方式大不一樣，在開發(fā)測控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的時候就會遇到很多問題。因此，為了實現(xiàn)儀器的快速驅(qū)動，需要對測控儀器驅(qū)動器進(jìn)行通用化設(shè)計，以此來解決測控應(yīng)用軟件通用性差、版本復(fù)雜和繼承性較差的問題。本文闡述了真空熱試驗測控儀器驅(qū)動器的設(shè)計及應(yīng)用現(xiàn)狀，以供參考。

【關(guān)鍵詞】真空熱試驗；測控系統(tǒng)；通用化設(shè)計；應(yīng)用現(xiàn)狀

真空熱試驗是一種耗資大、狀態(tài)復(fù)雜和耗時長的試驗項目，在航天器的研制過程中發(fā)揮著重要作用，通過對航天器在軌運行時所處的環(huán)境進(jìn)行模擬，來驗證其各項設(shè)計是否滿足具體的需要。因此，真空熱試驗是一種提高航天器在軌運行可靠性的有效手段。在真空熱試驗中，外熱流模擬與溫度控制是兩項十分關(guān)鍵的技術(shù)，而這兩項技術(shù)的實現(xiàn)需要用到各種不同型號的測控儀器，這些儀器以數(shù)字采集儀器和程控電源為主。由于測控儀器的型號不同，其總線方式和通訊接口也不一樣，因而它們具有不一樣的驅(qū)動方式，使得程序的執(zhí)行效率較低，無法滿足實際需要。本文試圖通過對真空熱試驗測控儀器驅(qū)動器進(jìn)行通用化設(shè)計，以簡化各種儀器的驅(qū)動方式，解決測控應(yīng)用軟件面臨的諸多問題。

1.用于真空熱試驗的測控儀器

在真空熱試驗中，試驗測控系統(tǒng)是測控系統(tǒng)的重要組成部分，而試驗測控系統(tǒng)使用的儀器主要分為型號各異的數(shù)字萬用表和程控電源兩類。數(shù)字萬用表主要用來測量熱流和溫度等參數(shù)，目前主要包括Mobrey公司的3595EA和3595EH、吉時利公司的K2750以及惠普公司的E1411B等幾種型號；程控電源主要用來進(jìn)行外熱流模擬和溫度控制，主要包括Sorensen公司的DLM150-4、安捷倫公司的N5750以及惠普公司的6655A等型號。在這些測控儀器中，除了Mobrey公司的兩種數(shù)字萬用表在連接控制計算機的時候需要專門的接口卡并通過S-NET網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之外，其他儀器可經(jīng)過網(wǎng)關(guān)或直接與控制計算機進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)交換時可通過以太網(wǎng)進(jìn)行。要實現(xiàn)統(tǒng)一驅(qū)動測控儀器的目的，首先要建立通用的儀器模型，下面進(jìn)行具體的介紹。

2.通用模型

試驗測控系統(tǒng)中雖然使用的是來自于不同廠家的儀器，并且它們在通訊方式和功能上存在著較大的差異，但是它們均支持SCPI命令規(guī)范和基于VISA的儀器驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)?；谝陨蟽煞N標(biāo)準(zhǔn)，在描述不同的測控儀器時就可以采用統(tǒng)一的方式，而與這些儀器的面板控制和硬件組成無關(guān)。在通用儀器模型中，測控儀器可以當(dāng)做是一個能用SCPI指令進(jìn)行控制并用VISA地址進(jìn)行直接訪問的執(zhí)行器。而要控制該執(zhí)行器，就需要對驅(qū)動器進(jìn)行通用化設(shè)計，以下達(dá)指令到測控儀器中。

3.驅(qū)動器的通用化設(shè)計

各種測控儀器要實現(xiàn)通用化驅(qū)動，就需要建立統(tǒng)一的驅(qū)動函數(shù)庫。按驅(qū)動函數(shù)的實現(xiàn)功能與應(yīng)用范圍來劃分可將其分為特定功能和通用功能函數(shù)。一般來說，特定功能函數(shù)包括與測量類和功能類有關(guān)的功能函數(shù)，用來實現(xiàn)儀器的特有功能；而通用功能函數(shù)，顧名思義就是適用于全部儀器，主要用于實現(xiàn)驅(qū)動程序與儀器設(shè)備的狀態(tài)配置、測量儀器的通信聯(lián)系以及信息查詢等功能。

3.1測量儀器驅(qū)動函數(shù)

編寫相關(guān)的驅(qū)動函數(shù)可以對測控儀器實行程序控制，通過進(jìn)行控制可以建立儀器與控制計算機之間的連接，同時還可以完成兩者之間的讀寫操作，這就是儀器驅(qū)動函數(shù)所要完成的功能。

3.2驅(qū)動函數(shù)的封裝

為了共享可執(zhí)行代碼，Windows操作系統(tǒng)提供了一種基本手段—動態(tài)鏈接庫（DLL），這是一種過程庫，很多程序都可以共享調(diào)用，避免了對系統(tǒng)資源的過多占用。使用Visual Basic可以將之前編寫的兩種功能函數(shù)封裝生成一個動態(tài)鏈接庫文件，這樣用戶要想對測控儀器實現(xiàn)程序控制，只需要載入函數(shù)庫并聲明函數(shù)即可。此外，這個函數(shù)庫是開放的，為了滿足需要可以加入新的函數(shù)。

3.3驅(qū)動函數(shù)的調(diào)用

建立函數(shù)庫后，需要對其是否可以實現(xiàn)對各類測控儀器的驅(qū)動進(jìn)行驗證?？梢脛討B(tài)鏈接庫中的有關(guān)函數(shù)來實現(xiàn)數(shù)字萬用表和程控電源測量電阻的功能。通過調(diào)用結(jié)果可知，只要設(shè)置好測量儀器的VISA地址，就可以通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫的函數(shù)對其實現(xiàn)驅(qū)動，而與儀器的廠家、種類和型號無關(guān)。同時，通過對特定功能函數(shù)的編寫，用戶可以隨意調(diào)用，為測控軟件的二次開發(fā)提供了便利。

4.應(yīng)用現(xiàn)狀

從上個世紀(jì)九十年代以來，隨著計算機技術(shù)、試驗設(shè)備技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平的提高和不斷增加的試驗需求，世界各國的宇航機構(gòu)對其測控系統(tǒng)和試驗設(shè)備進(jìn)行了升級改造。國外主要以熱沉調(diào)溫技術(shù)和太陽模擬器進(jìn)行真空熱試驗，國內(nèi)則使用紅外加熱籠、紅外燈陣、薄膜加熱器來進(jìn)行溫度控制和吸收熱流模擬，使用的管理運行模式、控溫模式與算法、設(shè)備也各不相同。

目前，國內(nèi)水平較高的真空熱試驗來自北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，該所具有較大規(guī)模的航天器真空熱試驗測控系統(tǒng)，擁有比較先進(jìn)的不同型號的程控電源和數(shù)據(jù)采集儀表，組建了各種試驗測控局域網(wǎng)，并針對程控電源、數(shù)據(jù)采集器開發(fā)出了相應(yīng)的溫度控溫軟件、熱流模擬軟件、通用的實驗數(shù)據(jù)監(jiān)視分析軟件以及數(shù)據(jù)采集軟件。通過配置相應(yīng)的運行參數(shù)，測量軟件能夠滿足不同的測量需求，控溫軟件也能滿足各種不同模式的控溫需求。

5.總結(jié)

綜上所述，本文對真空熱試驗測控儀器進(jìn)行了介紹，建立了通用的儀器模型，并編寫了相應(yīng)的通用驅(qū)動函數(shù)，采用封裝和調(diào)用等手段簡化了測量儀器驅(qū)動的配置過程，大大減少了實際工作量。同時，介紹了真空熱試驗測控儀器驅(qū)動器的應(yīng)用現(xiàn)狀。實踐證明，對測控儀器驅(qū)動器進(jìn)行設(shè)計可以有效緩解熱試驗人員的勞動強度，也能進(jìn)一步降低風(fēng)險，提高真空熱試驗的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫興華，裴一飛.真空熱試驗測控儀器驅(qū)動器通用化設(shè)計[J].航天器環(huán)境工程，2010（4）.

[2]張景川，謝吉慧，王奕榮，裴一飛.航天器真空熱試驗測控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].航天器環(huán)境工程，2012（3）.

[3]劉暢，王奕榮.真空熱試驗測控軟件系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計[J].航天器環(huán)境工程，2010（3）.