基于LabVIEW的排阻老化電阻值測試系統(tǒng)

田恬 肖仕武

摘 要： 針對目前排阻老化過程中電阻值測試存在的勞動效率低下、誤差大、重測現(xiàn)象突出、成本高等問題，設(shè)計基于LabVIEW開發(fā)平臺的排阻老化過程中電阻值測試系統(tǒng)。系統(tǒng)由計算機(jī)、數(shù)字萬用表、測試表筆、信號轉(zhuǎn)換盒和待測排阻構(gòu)成。實現(xiàn)了測試記錄的自動化，提高了排阻測試工序的自動化程度，以及排阻老化試驗電阻值的測試效率，并且能有效降低老化試驗的人工成本、減少人為的失誤和重測現(xiàn)象，具有結(jié)構(gòu)簡單、界面友好、操作方便、讀數(shù)直觀、成本低廉、開發(fā)簡潔高效、靈活更新升級的特點。

關(guān)鍵詞： 電阻值； 老化； 排阻； LabVIEW； 數(shù)字萬用表； 測試效率

中圖分類號： TN98?34； TP29； TH86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）16?0005?04

Abstract： In allusion to the problems of low labor efficiency， big error， lots of repetitive tests， and high cost in the current resistance value test during the pack resistor aging process， a system for testing resistance values during the pack resistor aging process is designed based on the LabVIEW development platform. The system is composed of the computer， digital multimeter， tester pen， signal conversion box， and to?be?tested pack resistor， which can realize the automation of testing and recording， improve the automation degree of the pack resistor test process and the resistance value testing efficiency of the pack resistor aging test， and effectively reduce the labor cost， human errors and repetitive tests in the aging test. The system has the characteristics of simple structure， friendly interface， easy operation， intuitive reading， low cost， simple and efficient development， and flexible update and upgrade.

Keywords： resistance value； aging； pack resistor； LabVIEW； digital multimeter； testing efficiency

0 引 言

在當(dāng)今電子產(chǎn)業(yè)中，電阻仍然是使用最廣泛的電子元件之一，其在電子電路中通常起到限流、分壓等作用，根據(jù)材料、結(jié)構(gòu)等不同有多種不同的分類。在電阻產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)過程中，電阻的老化試驗是非常重要的一環(huán)，對于檢驗并提高電阻的穩(wěn)定性有著重要的意義。電阻的老化過程通常是在一塊PCB實驗板上制作上千個電阻，形成排阻，把排阻連同PCB電路板一起放入老化試驗箱中進(jìn)行老化，老化一段時間后取出，測試電阻值，并記錄電阻值；之后再放入老化試驗箱中進(jìn)行老化，老化一段時間后再取出測試電阻值，記錄下電阻值；如此進(jìn)行幾十次的老化測試，并對所有的測試電阻值進(jìn)行對比分析。

當(dāng)前的電阻值測試采取手工測試、人工讀取、手工記錄的方法，存在勞動效率低下、誤差大、重測現(xiàn)象突出、成本高等問題。

近些年，隨著計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)信息處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的儀器正向軟件化、數(shù)字化和虛擬化方向發(fā)展。虛擬儀器（Virtual Instruments，VI）的概念是由美國國家儀器公司（NI）最先提出的，與傳統(tǒng)儀器一樣，它可以分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、顯示結(jié)果三大功能塊。虛擬儀器的最大特點是將計算機(jī)資源與儀器硬件相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源[1?2]。

基于虛擬儀器在數(shù)據(jù)采集、分析、存儲方面的優(yōu)點，本文針對以上電阻測試方法存在的缺陷，在LabVIEW提供的開發(fā)環(huán)境下設(shè)計一種排阻老化過程中電阻值測試系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了測試記錄的自動化，提高了排阻測試工序的自動化程度，以及排阻老化試驗電阻值的測試效率，并且能有效降低老化試驗的人工成本、減少人為的失誤和重測現(xiàn)象，具有結(jié)構(gòu)簡單、界面友好、操作方便、讀數(shù)直觀、成本低廉的特點，并且系統(tǒng)的開發(fā)簡潔高效，可以靈活進(jìn)行更新升級。這些特點使得本文所設(shè)計的排阻老化過程中電阻值測試系統(tǒng)具有一定的推廣意義和應(yīng)用前景，社會效益潛力巨大。

1 設(shè)計原理和組成

排阻老化電阻值測試系統(tǒng)由計算機(jī)、數(shù)字萬用表、測試表筆、信號轉(zhuǎn)換盒和待測排阻組成，如圖1所示。

計算機(jī)通過串口連接數(shù)字萬用表，數(shù)字萬用表的電阻測試插孔連接測試表筆，測試表筆連接信號轉(zhuǎn)換盒，信號轉(zhuǎn)換盒連接計算機(jī)聲卡輸入端，同時測試表筆連接待測排阻。

其設(shè)計原理為：打開信號轉(zhuǎn)換盒上的電源開關(guān)，簡易信號發(fā)生器工作。啟動計算機(jī)，運行計算機(jī)測試程序，計算機(jī)控制數(shù)字萬用表進(jìn)行電阻值的測量。把萬用表的表筆放于待測排阻的電阻兩引腳，此時萬用表測得的電阻值為待測排阻電阻的值。按下測試表筆上的測試按鍵開關(guān)，測試按鍵開關(guān)通過控制信號轉(zhuǎn)換盒的輸入控制端，控制信號轉(zhuǎn)換盒中的簡易信號發(fā)生器的輸出端輸出信號，送給計算機(jī)的聲卡，聲卡接收到信號后，使計算機(jī)控制萬用表讀取電阻測量值，計算機(jī)按照設(shè)定的方式進(jìn)行存儲記錄和分析。之后把萬用表的表筆放于待測排阻的下一個電阻的兩引腳，如此測量，完成上千個電阻的多次老化試驗測量，從而提高排阻測試效率和精度，減少測量誤差。

2 設(shè)計方案

2.1 數(shù)字萬用表

數(shù)字萬用表包含通信接口，具有與計算機(jī)通信功能。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

1） 電阻測量量程：500 Ω/5 kΩ/500 kΩ/5 MΩ/50 MΩ；

2） 最大精度為±（0.2%+6）；

3） 分辨率為0.01 Ω。

2.2 測試表筆

測試表筆包括測試表筆棒、測試表筆線和測試按鍵開關(guān)。測試按鍵開關(guān)安裝在測試表筆棒上。測試按鍵開關(guān)通過連線連接到信號轉(zhuǎn)換盒中的簡易信號發(fā)生器上，控制信號發(fā)生器的輸出。

2.3 信號轉(zhuǎn)換盒

信號轉(zhuǎn)換盒這部分功能可以通過硬件電路實現(xiàn)，也可以通過軟件實現(xiàn)。若采用硬件實現(xiàn)，則信號轉(zhuǎn)換盒由簡易信號發(fā)生器、輸入控制端、輸出端、電池和電源開關(guān)組成。輸入控制端連接到測試表筆上的測試按鍵開關(guān)，輸出端通過連線連接到計算機(jī)聲卡的輸入端。在本文的設(shè)計中，充分發(fā)揮虛擬儀器在降低硬件成本、共享計算機(jī)資源方面的優(yōu)勢，設(shè)計采用了基于LabVIEW和聲卡的簡易信號發(fā)生器。測試表筆與計算機(jī)聲卡通過連線連接，編程控制虛擬信號發(fā)生器發(fā)出信號到測試表筆，由測試按鍵開關(guān)控制信號的輸出，以便計算機(jī)聲卡讀取信號。具體可通過LabVIEW軟件實現(xiàn)。

3 LabVIEW編程實現(xiàn)

3.1 前面板設(shè)計

前面板顯示有4個模塊，分別是存儲設(shè)置模塊、電阻值測量顯示模塊、簡易信號發(fā)生器波形顯示模塊、錯誤顯示模塊。圖2為基于LabVIEW開發(fā)平臺的排阻老化過程中電阻值測試系統(tǒng)的LabVIEW程序前面板圖。

軟件實現(xiàn)的主要功能之一是電阻值測試。在正式測試前，為了確保測量的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，首先在前面板中需要設(shè)置采集測量參數(shù)，其中包括對待測排阻進(jìn)行調(diào)零設(shè)置，排阻測試的初始行設(shè)置，初始行設(shè)置是使待測電路板上的排阻對應(yīng)的行和要保存到的電子表格中的行對應(yīng)起來。同時也要對數(shù)據(jù)存儲方式進(jìn)行設(shè)置，包括文件路徑選擇、PCB板選擇和試驗天數(shù)選擇，從而將測量數(shù)據(jù)按設(shè)置的方式分類保存到Excel文件中，以便后續(xù)進(jìn)行比較與分析。為了便于在排阻老化測試試驗過程中對多塊電路板進(jìn)行測試，設(shè)置了PCB板選擇項。同時在排阻老化測試試驗過程中，對同一塊電路板上的電阻需要隔幾天時間進(jìn)行測量一次，共需多次測量，因此設(shè)置了試驗天數(shù)選擇項。

開始測試時，測試表筆放于待測電阻上，計算機(jī)控制萬用表進(jìn)行電阻測量，萬用表讀取電阻測量值，計算機(jī)通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，采集數(shù)字萬用表測量的電阻值。實測電阻值會顯示在“測試電阻值”顯示框內(nèi)。聲卡采集簡易信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號，采集的信號波形隨時間顯示在參考信號波形圖中。待電阻值穩(wěn)定后，按下測試表筆按鍵開關(guān)或點擊前面板上的測試保存確定按鈕，若此時計算機(jī)聲卡采集到簡易信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號，則萬用表測量的電阻值將按照設(shè)定的方式保存到Excel文件中，根據(jù)Excel中預(yù)先設(shè)置好的公式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。保存時系統(tǒng)會發(fā)出蜂鳴聲，以達(dá)到提醒測試人員，表示這次測試完成。如果運行錯誤，錯誤將會顯示在前面板的錯誤顯示模塊中。

3.2 程序框圖設(shè)計

后面板的設(shè)計主要由對信號發(fā)生器信號進(jìn)行采集的采集模塊、數(shù)字萬用表電阻測量與讀取模塊、把電阻值保存于電子表格中的存儲模塊組成。

信號采集模塊程序框圖如圖3所示，主要包括采集卡的驅(qū)動和控制子程序，其設(shè)計因數(shù)據(jù)采集卡而異。程序框圖中信號采集模塊主要調(diào)用Sound VI中的函數(shù)Sound Input Configure VI和Sound Input Read VI兩個模塊，即包括聲卡的配置和聲卡讀取子程序等。目前，普通聲卡的采樣頻率[3?5]一般分為4檔，分別為 44.1 kHz，22.05 kHz，11.025 kHz，8 kHz。值得注意的是，根據(jù)采樣定理，采樣頻率應(yīng)為被測信號頻率的2倍以上。實際應(yīng)用中，為保證信號不失真，采樣頻率[6]一般應(yīng)設(shè)定為5～10倍。采樣位數(shù)、緩沖區(qū)等參數(shù)可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計。本設(shè)計中，簡易信號發(fā)生器的信號頻率設(shè)計為1 kHz左右，因此聲卡的采樣頻率設(shè)定為8 kHz即可。

信號采集模塊采集簡易信號發(fā)生器的信號，初始時，信號采集模塊條件結(jié)構(gòu)輸入為假，進(jìn)入假循環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)電阻測試過程中沒有按下測試表筆上的按鍵開關(guān)時，信號采集模塊采集不到信號，此模塊輸出變量為假，此假變量輸出控制保存模塊進(jìn)入假條件循環(huán)，保存模塊不保存數(shù)據(jù)，整個程序循環(huán)運行。當(dāng)電阻測試過程中按下測試表筆上的按鍵開關(guān)時，信號采集模塊采集到信號發(fā)生器的信號，此模塊輸出變量為真，此真變量輸出控制保存模塊進(jìn)入真條件循環(huán)，保存模塊保存萬用表測量的電阻值數(shù)據(jù)。整個程序循環(huán)運行，信號采集模塊進(jìn)入真條件循環(huán)結(jié)構(gòu)，在真條件循環(huán)結(jié)構(gòu)里設(shè)置輸出變量為假，下次循環(huán)時此條件循環(huán)結(jié)構(gòu)又進(jìn)入到假循環(huán)。

波形顯示模塊采用波形圖控件，顯示測量信號波形。

數(shù)字萬用表電阻測量與讀取模塊程序框圖如圖4所示，電阻值采集測量模塊利用LabVIEW中的Agilent 34401 Initialize VI，Agilent 34401 Configure Measurement VI子模塊進(jìn)行萬用表初始化、參數(shù)配置串行通信編程，利用Agilent 34401 VISA Read VI子模塊，使計算機(jī)向萬用表發(fā)送數(shù)據(jù)讀取命令，讀取萬用表測量的電阻值數(shù)據(jù)，此測量的電阻值送存儲模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存處理。電阻測試之前可對測試電阻值進(jìn)行清零，消除測量誤差。測量結(jié)束，利用Agilent 34401 Close VI子模塊關(guān)閉萬用表[7?10]。

存儲模塊程序框圖如圖5所示，功能是把測量的電阻值保存于電子表格中，利用LabVIEW中的Excel Open VI子模塊初始化打開電子表格文件，利用Row Col To Range Format VI子模塊把數(shù)字萬用表測量的電阻值存放于電子表格中指定的行和列。初始行設(shè)定為起始行，與電路板上的電子初始序號對應(yīng)，經(jīng)過循環(huán)結(jié)構(gòu)后，每循環(huán)運行1次，行序號加1。試驗天數(shù)為測量的時間標(biāo)記。當(dāng)老化電阻阻值超出范圍或失效時，保存的結(jié)果為“不測”或“無效測量”。保存結(jié)束后，Beep VI 發(fā)出一聲蜂鳴聲，表示測量結(jié)果已保存，測試結(jié)束，進(jìn)入下一次測量。

錯誤顯示模塊采用錯誤輸入控件，當(dāng)發(fā)生錯誤時，實時顯示錯誤類型和來源，并根據(jù)該信息決定是否需跳過執(zhí)行某些功能。

4 實驗驗證

每個實驗條件下試驗兩塊單板，編號A板、B板，A板測試1?600#樣品，B板測試1?450#樣品。配置1∶1的濃鹽酸腐蝕氣體，實驗板懸掛放置，以確保試驗樣品與腐蝕氣體充分接觸。實驗PCB板如圖6所示。

測試時，按編號順序從左到右測試，每3天測1次。測試表筆應(yīng)點于測試焊盤處，不能點于排阻上以防損傷樣品。如果焊盤被腐蝕，則測試電阻兩個端頭。測試點示意如圖7所示。

每次的測試數(shù)據(jù)記錄于表格的R（Ω）列中，則Δ[RR]值會根據(jù)Excel公式自動統(tǒng)計出。測試完畢后，要求先分析Δ[RR]值是否異常，如有偏大（>2%時，底色變黃；>3%時，底色變紫；>5%時，底色變紅）或異常偏小（負(fù)值為紅色帶括號字體），若括號內(nèi)數(shù)值>5%，則需要確認(rèn)焊盤之間是否有短路。每次的測量數(shù)據(jù)需與試驗前的數(shù)據(jù)對比，以Δ[RR]>5%為失效判據(jù)。異常數(shù)據(jù)需要先復(fù)測確認(rèn)，再繼續(xù)下一輪試驗。表1列出A板的部分實驗數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計了一種基于LabVIEW開發(fā)平臺的排阻老化過程中電阻值測試系統(tǒng)。采用LabVIEW圖形編程軟件，充分利用計算機(jī)的強(qiáng)大功能，系統(tǒng)實現(xiàn)了測試記錄的自動化，提高了排阻測試工序的自動化程度，以及排阻老化試驗電阻值的測試效率，并且能有效降低老化試驗的人工成本、減少人為的失誤和重測現(xiàn)象，具有結(jié)構(gòu)簡單、界面友好、操作方便、讀數(shù)直觀、成本低廉的特點，并且系統(tǒng)的開發(fā)簡潔高效，可以靈活進(jìn)行更新升級。這些特點使得本文所設(shè)計的排阻老化過程中電阻值測試系統(tǒng)具有一定的推廣意義和應(yīng)用前景，社會效益潛力巨大。

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