伺服電源模塊的自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)

田明，呂金玲，趙云率

（長春理工大學(xué)光電工程學(xué)院，長春 130022）

伺服電源模塊的自動測試系統(tǒng)實現(xiàn)

田明，呂金玲，趙云率

（長春理工大學(xué)光電工程學(xué)院，長春 130022）

為了解決伺服電源傳統(tǒng)測試中周期長、測試準確性差、對測試人員的技術(shù)要求高等問題，設(shè)計實現(xiàn)了一套伺服驅(qū)動電源的自動測試系統(tǒng)。首先完成電源模塊測試系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，接著詳細介紹了硬件的組成和實現(xiàn)方案，之后設(shè)計其軟件的整體結(jié)構(gòu)和流程，并以QT為軟件開發(fā)環(huán)境，通過VISA庫函數(shù)實現(xiàn)通訊控制，完成測試軟件開發(fā)。實驗結(jié)果證明：該測試系統(tǒng)界面友好、操作性強，可以大幅度提高伺服電源測試的效率與可靠性。

電源測試；自動測試；QT軟件；VISA

伺服電源驅(qū)動模塊作為伺服驅(qū)動器的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響伺服系統(tǒng)的運行狀態(tài)，電源模塊的失效將引起系統(tǒng)的癱瘓，造成經(jīng)濟損失，威脅人身安全。因此對伺服驅(qū)動電源模塊進行規(guī)范化的系統(tǒng)測試具有重要的意義［1］。

目前對于電源產(chǎn)品的性能的測試大多采用傳統(tǒng)的檢驗方法，測試的周期、精準度以及可靠性依賴于測試人員的技術(shù)水平以及熟練程度［2］。對于測試項目多，測試參數(shù)難調(diào)整，測試步驟繁瑣的電源測試項目，傳統(tǒng)的測試方法將無法保證伺服電源的測試規(guī)范以及標準的嚴格一致，使得驅(qū)動器的整體性能降低。因此，以自動化技術(shù)為核心，依靠計算機強大的計算能力，結(jié)合通訊技術(shù)，開發(fā)一套伺服電源自動化測試系統(tǒng)，將對增加伺服驅(qū)動器安全性，提高伺服電源的測試效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量具有重要價值［3］。

本文使用TCP/IP網(wǎng)口協(xié)議以及RS485串口協(xié)議為主要通信協(xié)議，以工控機（PC機）、程控電源、電子負載、絕緣耐壓設(shè)備以及示波器為硬件平臺，以QT為軟件開發(fā)平臺，開發(fā)一套伺服驅(qū)動電源的自動化測試系統(tǒng)。

1 測試系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

如圖1所示為伺服電源自動化測試系統(tǒng)的架構(gòu)，主要有工控機單元、選通控制單元、負載單元、待測單元（待測電源模塊）以及信息采集單元組成。其工作原理為：待測電源模塊安裝于自動化測試系統(tǒng)中，并與測試系統(tǒng)的負載單元通過線纜連接；工控機通過選通控制單元，分發(fā)TCP/IP、RS485等協(xié)議報文到負載單元，控制負載單元為待測電源模塊提供匹配負載，并形成完整的回路；信息采集單元采集回路上的電壓電流等信息，將數(shù)據(jù)經(jīng)由選通控制單元傳回工控機；工控機上運行自動化測試軟件，對采集的回路信息進行分析與判斷。

圖1 伺服電源測試系統(tǒng)

2 測試系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件實現(xiàn)方案

伺服電源測試系統(tǒng)的實現(xiàn)方案如圖2所示，其中PC機為測試系統(tǒng)的工控機部分，路由器與TP板組成測試系統(tǒng)的選通控制單元，示波器或者數(shù)字萬用表實現(xiàn)測試系統(tǒng)信息采集單元，電子負載與絕緣耐壓設(shè)備組成系統(tǒng)的負載單元，待測伺服電源模塊（UUT）為待測單元。

圖2 伺服電源測試系統(tǒng)方案

2.2 硬件組成

伺服電源測試系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：工控機（PC機）、程控電源、電子負載、待測單元（UUT）、示波器、絕緣耐壓設(shè)備、TP板以及路由器等，可以外接顯示器、鼠標等外圍設(shè)備。

工控機（PC機）為整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的核心，其系統(tǒng)平臺上運行伺服電源測試軟件VisaNet，通過TCP/ IP、RS485協(xié)議控制程控電源、電子負載、示波器等硬件設(shè)備，其作用為協(xié)調(diào)控制測試系統(tǒng)各個硬件設(shè)備的動作，實現(xiàn)測試系統(tǒng)在不同測試階段的軟件環(huán)境與硬件狀態(tài)之間的匹配，存儲與傳輸待測單元的環(huán)境信息，對測試數(shù)據(jù)進行分析與檢驗并打印出測試結(jié)果。

路由器的主要作用是進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)，并通過設(shè)定網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的IP地址來實現(xiàn)設(shè)備的選通。它將工控機的一路網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)換成雙通道，通過網(wǎng)絡(luò)報文控制程控電源的輸出，為待測伺服電源模塊（UUT）供電，也控制示波器采集UUT與電子負載之間4路信號，同時并將采集回的信號傳輸并存儲于工控機，供給測試軟件VisaNet的原始數(shù)據(jù)；TP板也是選配控制單元的組成部分，在硬件接口上在將工控機的USB接口轉(zhuǎn)換成兩路的RS485的串口，在軟件上將上位軟件發(fā)出的伺服驅(qū)動RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換成電子負載、絕緣耐壓設(shè)備的RS485協(xié)議，并通過Switch轉(zhuǎn)換實現(xiàn)電子負載與絕緣耐壓設(shè)備的通訊選配。程控電源使用的是普源精電科技有限公司的RIGOL DP800系列的可編程線性直流電源。其作用是為待測伺服電源設(shè)備提供穩(wěn)壓電源或特定波形的電源輸出。電源配置有USB Host，LAN，RS232接口，支持GPIB，本測試系統(tǒng)使用LAN接口，以搭建局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

示波器采用RIGOL DS1104Z數(shù)字示波器，提供四路模擬通道，采樣率高達2GSa/s，具有邊沿、脈寬等豐富的觸發(fā)功能，提供USB Device，雙USB Host，LAN等標準接口，支持遠程控制。其作用是采集待測伺服電源模塊（UUT）與負載間回路的4路信號，將采集的數(shù)據(jù)傳回給工控機。

絕緣耐壓設(shè)備采用同輝TH9320-S8交直流絕緣耐壓測試儀，最大可輸出6kV DC或5kV AC，其作用是輸出一個高壓加在UUT模塊的絕緣體上并持續(xù)一段時間，檢查UUT模塊承受過電壓的能力。電子負載使用艾德克斯公司IT8722多路直流可編程電子負載設(shè)備，可以精確的控制負載的電流，模擬負載的短路，其作用是模擬伺服電源真實環(huán)境下的負載，提供UUT的測試環(huán)境。

2.3 硬件通訊控制方案

伺服驅(qū)動測試系統(tǒng)的通訊協(xié)議主要有兩種：TCP/IP協(xié)議、RS485串口通訊協(xié)議。其中PC使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報文，經(jīng)由路由器設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)，分別與程控電源和示波器進行通訊控制；程控電源與示波器將根據(jù)PC發(fā)送的指令序列，執(zhí)行相應(yīng)的初始化、打開、采集信號、輸出電壓以及關(guān)閉等動作，并將動作的執(zhí)行結(jié)果、當前設(shè)備的狀態(tài)或者采集的信號數(shù)據(jù)經(jīng)由IP數(shù)據(jù)報通知PC機。RS485協(xié)議主要用于PC機與電子負載、絕緣耐壓設(shè)備間的通訊，主要功能是將一路的USB通訊，轉(zhuǎn)換成兩路的RS485協(xié)議的報文，以控制電子負載與絕緣耐壓設(shè)備。

圖3 伺服電源測試軟件結(jié)構(gòu)

3 伺服測試軟件開發(fā)

伺服驅(qū)動電源測試系統(tǒng)是一套軟硬件緊密結(jié)合的綜合系統(tǒng)［4］，其硬件平臺提供測試過程中的近似真實的電路測試環(huán)境，而軟件系統(tǒng)則要保證測試項目的可維護性，測試系統(tǒng)的易用性，測試數(shù)據(jù)的準確性。由于使用TCP/IP協(xié)議、RS485協(xié)議設(shè)計了整個測試系統(tǒng)的硬件通訊方案，并且每個協(xié)議下的通訊格式由設(shè)備廠商定義，因此使用VISA虛擬儀器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。VISA［5-6］是計算機與儀器之間的標準軟件接口規(guī)范，在應(yīng)用層與硬件之間增加一層軟件封裝，用以屏蔽不同硬件設(shè)備的底層驅(qū)動程序，以實現(xiàn)與接口和開發(fā)平臺無關(guān)的儀器控制。為滿足跨平臺移植的要求，該測試軟件采用Qt作為軟件的開發(fā)環(huán)境。

3.1 測試軟件整體結(jié)構(gòu)

如圖3所示的電源測試軟件的軟件結(jié)構(gòu)，采用自下而上的軟件設(shè)計方法，將VisaNet電源測試軟件分為三個層次：功能開發(fā)層、軟件管理層以及用戶交互層。功能開發(fā)層，是整個軟件結(jié)構(gòu)的最低層，主要完成設(shè)備資源的自檢與調(diào)試、測試用例的功能實現(xiàn)，測試數(shù)據(jù)庫的軟件接口等功能，關(guān)注系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn)；軟件管理層關(guān)注于軟件功能間的關(guān)系和組織邏輯，主要完成軟件功能的劃分，用戶數(shù)據(jù)的管理框架開發(fā)以及測試過程的管理結(jié)構(gòu)設(shè)計；用戶交互層是軟件架構(gòu)的頂層，主要軟件與測試人員間的交互，主要關(guān)注于用戶的操作習(xí)慣，軟件界面安排美觀與風(fēng)格一致。

3.2 伺服電源軟件測試流程

VisaNet電源自動化測試軟件其頂層界面包括前面板和后面板。其中后面板主要完成軟件的硬件管理功能，包括VISA通訊，硬件設(shè)備自檢，硬件資源的調(diào)試等功能；前面板完成測試過程的管理，主要包括測試用例管理，測試用例配置，測試數(shù)據(jù)采集分析，測試報表生成與存儲等功能。其整個測試的過程參考圖4。數(shù)據(jù)庫參與整個測試過程，完成與用戶交互數(shù)據(jù)的顯示，硬件資源狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲，測試用例配置以及測試報表等文檔的管理。

圖4 VisaNet軟件電源測試流程圖

3.3 QT平臺下的VISA儀器通訊實現(xiàn)

利用VISA實現(xiàn)儀器通訊的基本步驟為：首先通過viOpenDefaultRM函數(shù)打開Resource Manager的Session（通訊通道）；使用viOpen函數(shù)加上目標儀器的地址，打開目標儀器；使用viWrite函數(shù)對目標儀器發(fā)送命令，以控制儀器；使用viRead函數(shù)來獲取目標儀器返回工控機的數(shù)據(jù)（包括測量的數(shù)據(jù)）；最后在程序結(jié)束前，使用viClose函數(shù)關(guān)閉Session以釋放資源。本文在QT平臺下，首先在其pro文件中添加visa.h的頭文件以及VISA動態(tài)鏈接庫的路徑，如：INCLUDEPATH+="C：/ProgramFiles（x86）/IVIFoundation/VISA/WinNT/Include"LIBS +=-L"C：ProgramFiles（x86）IVIFoundation VISAWinNTlibmsc"-lvisa32。

之后通過編寫封裝類JDVisaNet，在類的公有函數(shù)中封裝VISA通訊函數(shù)viOpen、viWrite、vi-Read、viClose等函數(shù)。

表1 自動化電源測試結(jié)果表

在該類中不僅封裝好基礎(chǔ)的vi操作，還實現(xiàn)了對錯誤的處理操作，例如int JDVisaNet：：getLastError（）；也實現(xiàn)了對通訊過程中一些事件的處理，例如void JDVisaNet：：processEvents（int t）。

最后通過信號槽機制將這些函數(shù)與QT UI Designer中的控件關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)其功能。

4 測試結(jié)果

如表1所示，電源測試的項目很多，包括輸出紋波測試、輸出噪聲測試、輸出電源精度、電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率、過載紋波、開關(guān)頻率、絕緣耐壓測試、輸出電壓上升波形測試等。每條測試項目均有各自的實現(xiàn)方法，例如輸出紋波是在額定的輸入電壓以及額定負載下使用示波器電壓探頭觀察輸出電壓的周期性波動的幅值大??；絕緣耐壓是在指定的位置給管腳加2000VDC的高壓，測試漏電流的大小，其值不超過30mA。

5 結(jié)論

本文采用自動化測試、儀器控制、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)實現(xiàn)了對伺服驅(qū)動電源模塊的自動化測試。根據(jù)實際的測試結(jié)果可知，本測試系統(tǒng)提高了伺服電源模塊的測試效率與測試精度，增加測試結(jié)果的可靠性與可重復(fù)性，達到了電源測試維護規(guī)范要求，實際應(yīng)用效果良好。

［1］汪洋.航空電源自動化測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺的研究與設(shè)計［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2006.

［2］良青陽，董恩生，董永貴，等.基于虛擬儀器的飛機電源綜合測試系統(tǒng)的研究［J］.儀器儀表學(xué)報，2007，28（12）：2202-2205.

［3］薛文琪，翟正軍.基于虛擬儀器的電源測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.計算機工程與設(shè)計，2010，31（6）：1330-1334.

［4］張波.軍用電源模塊自動化測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.北京：中國科學(xué)院大學(xué)工程管理與信息技術(shù)學(xué)院，2014.

［5］肖志剛，柳維旗.基于GPIB總線技術(shù)的熱電池測試系統(tǒng)設(shè)計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（16）：160-162.

［6］楊心宇，章國寶，柴繼濤，等.基于VISA庫的電源測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.工業(yè)控制計算機，2014，27（5）：55-56.

Implementation of Servo Power Module Automatic Testing System

TIAN Ming，LV Jinling，ZHAO Yunshuai
（School of Optoelectronic Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）

Because of the long period and poor accuracy of servo power testing in convention manual method，especially the high technical requirements of the tester，an automatic servo power testing system has been designed and implemented to solve these problems.Firstly，this paper completes the architecture design of the servo power module automatic testing system.Additionally，the hardware structure and implementation scheme is introduced in detail.Finally，it designs the automatic testing software framework with QT software and implements the communication protocol control of instruments by using the functions of VISA.It is proved in practice that the system designed in this article can improve the efficiency and reliability of the servo power testing in significant measurement with its friendly interface and strong maneuverability.

power module testing；automatic test；QT software；VISA

TP274

A

1672-9870（2017）01-0051-04

2016-10-26

田明（1971-），男，副教授，E-mail：tianming@cust.edu.cn