數(shù)字示波器自動計量測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

羅皓文

（四川九洲電器集團有限責(zé)任公司，四川綿陽，621000）

0 引言

數(shù)字示波器是設(shè)計、制造和維修電子設(shè)備不可或缺的工具，是工程師們需要最好的工具，能夠迅速準確地解決面臨的測量挑戰(zhàn)。目前，數(shù)字示波器的檢定項目主要有：直流增益、直流偏置、頻帶寬度、上升時間、過沖、時基等，傳統(tǒng)人工手動計量耗時長、效率低、操作復(fù)雜、易引入人為誤差，通過建立數(shù)字示波器自動計量測試系統(tǒng)，不僅保證了測試精度，還提高了工作效率。

1 自動計量測試系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)硬件配置

數(shù)字示波器自動計量測試系統(tǒng)依據(jù)國家《數(shù)字示波器檢定規(guī)程》（GJB7691-2012），主要由計算機作為主控制器，通過GPIB/LAN/RS232硬件接口與被檢數(shù)字示波器、示波器校準儀(9500B)、信號源（8257D）、頻率計（53152A）進行連接。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，C#、Python語言編寫。軟件模塊組成由圖2所示。

圖2 軟件模塊框圖

各模塊的功能簡介如下：

(1)設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊，主要實現(xiàn)測試資源的創(chuàng)建，根據(jù)不同測試需求添加、修改、刪除相關(guān)配置。模塊基于VISA底層通信協(xié)議，實現(xiàn)計算機與儀器之間的通信連接。儀器通信建立的時間、儀器相關(guān)信息（儀器生產(chǎn)廠家、儀器型號、GPIB地址等）、異常報錯信息等都會記錄到系統(tǒng)日志里方便查閱。

(2)用戶管理模塊

用戶管理模塊是對各個用戶賬號進行權(quán)限管理，按級分為管理員用戶、開發(fā)員用戶和使用者用戶。管理員用對系統(tǒng)用戶賬號進行權(quán)限管理，包括對賬號的增加、刪除、修改密碼等功能。開發(fā)者用戶主要用于測試流程搭建、報表自定義。使用者用戶主要行使平臺使用權(quán)利，不享有對平臺的開發(fā)等權(quán)利。賬號的分級管理，使不同權(quán)限的用戶具有不同的權(quán)限，使系統(tǒng)具有較強的安全性。

(3)儀器指令模塊

儀器功能指令主要通過查詢各大廠商編程手冊，使用python編程語言，對儀器功能性SCPI指令進行統(tǒng)一封裝，在測試流程搭建時通過API函數(shù)再將其調(diào)用，實現(xiàn)儀器的程控控制。

(4)數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊鏈接MongoDB數(shù)據(jù)庫，儀器測試指標作為一個單獨的字段保存至數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)在測試中對測試指標判斷是否合格。系統(tǒng)在測試完成后，將測試結(jié)果全部保存至數(shù)據(jù)庫中，為系統(tǒng)自動生成原始記錄提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

1.3 軟件運行流程圖

用戶輸入用戶名和密碼登錄系統(tǒng),進入設(shè)備管理模塊,添加被測數(shù)字示波器,系統(tǒng)將會自動檢查計算機與數(shù)字示波器之間通信是否正常，確認正常后，系統(tǒng)將會顯示被測數(shù)字示波器的相關(guān)信息（儀器生產(chǎn)廠家、儀器型號、GPIB地址等），并調(diào)出對應(yīng)的計量測試項目，測試人員根據(jù)測試需求勾選所需要的測試項目，進行選定項目的測試。待測試完成，測試的結(jié)果與數(shù)據(jù)處理模塊中數(shù)據(jù)(儀器測試指標)進行比較，判斷測試結(jié)果是否合格，對不合格測試項目進行重新測試或者繼續(xù)測試，測試完全通過后生成測試報告，并將數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)處理模塊中，完成數(shù)字示波器自動計量。軟件運行流程圖見圖3。

圖3 軟件運行流程

2 測試項目

依據(jù)《數(shù)字示波器檢定規(guī)程》（GJB7691-2012）擬定主要測試項目有：

序 號 測試項目1直流增益2直流偏置3頻帶寬度4上升時間5過沖6時基7外部觸發(fā)8內(nèi)部觸發(fā)9電阻測試

3 計量結(jié)果的驗證

數(shù)字示波器自動計量測試系統(tǒng)開發(fā)完成后,為了驗證其可靠性,對安捷倫系列示波器MSO7034B分別進行了自動和手動測試,并對測試結(jié)果進行比較（以頻帶寬度測試為例）,手動與自動測試結(jié)果一致性滿足要求。以往手動計量一臺MSO7034B大概需要2h左右, 采用該自動計量測試系統(tǒng)后,需要15min左右, 極大提高了測試效率。計量結(jié)果分別見表1和表2。

表1 自動測試結(jié)果

表2 手動測量結(jié)果

4 結(jié)論

本文提出了一種數(shù)字示波器自動計量測試系統(tǒng)的設(shè)計方案，對該系統(tǒng)開發(fā)完成后進行了實際應(yīng)用。實踐證明，使用該計量測試系統(tǒng)能夠減輕計量人員的勞動強度，使得計量一臺示波器所花費的平均時間減少了50%；同時，由于對儀器的控制由軟件自動完成,計量人員只需將儀器設(shè)備正確連接,從而降低了對計量人員熟練程度的要求。數(shù)字示波器自動計量測試系統(tǒng)通用性強、智能化程度高、能自動生成原始記錄和證書,大幅度提高工作效率和計量的準確性。