基于GPIB的电源自动化管理在武器产品测试中的应用

杨东升

中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009

引 言

电源组件提供产品在实验中所需的直流和交流电源，包含多个程控直、交流电源。以往的试验系统对电源的管理相对简单，试验中必须由专门人员监察电源电流是否正常，若电流出现异常时，人为断开电源以保护产品。试验系统存在操作人员多、紧急情况响应速度慢、数据利用不充分等问题。

本文通过GPIB总线，把总控制台计算机和多台程控电源连接，组成以计算机为控制核心的网络化自动电源管理系统。本文详细阐述了利用GPIB/GPIB-488.2函数库和SCPI命令集对电源控制的原理。通过软件设计实现对各路输出电源进行实时监控；读取、记录电源流数据等功能。

1 GPIB总线技术概述

GPIB接口也称作HP-IB ,是上世纪六七十年代美国惠普公司发明的一种通用仪器接口系统, IEEE 将其完善并推广为行业标准——IEEE488。GPIB接口一般传输速率大约为1MB/s,在测试领域有广泛应用[1]。

GPIB 是一种数字化并行总线,共有24根,包括16 根信号线、8 根地址线。16 根信号线又包括8根数据线、5 根控制线和3根握手线。8根数据线为DIO1～DIO8；5根控制线分别为ATN (Attention)，IFC(Interface Clear)，REN（Remote Enable），EOI（End Or Identify），SRQ（Service Request）；3根握手线分别 为 DAV（Data Valid），NRFD（Not ReadyFor Data），NDAC（Not Data Accept）[2]。

利用GPIB接口可以将多台带有GPIB接口的仪器组合形成较大的自动测试系统，系统组建和拆散灵活。基于GPIB总线的测试系统便于扩展传统仪器的功能，可在计算机的控制下对测试数据进行灵活的传输、处理、综合、利用和显示，使原来仪器采用硬件逻辑很难解决或无法解决的问题迎刃而解[3]。

2 电源自动管理硬件系统设计

电源自动管理系统硬件组成包含以下四部分：多路直流、交流供电电源；GPIB接口；控制计算机系统；若干GPIB电缆。

各部分的作用为：直流、交流供电电源为武器产品正常工作提供能源；控制用计算机系统用于控制电源输出，读取并存储电源工作电压、工作电流数据，是电源自动管理系统的控制核心；GPIB接口以及GPIB电缆为控制信号和数据信号的传输提供物理层支持。

利用GPIB电缆把带有GPIB接口的程控电源和主控计算机联接成网络化的电源自动管理系统。GPIB系统的连接方式可以是线型、星型或者混合拓扑型。电源自动管理系统硬件组成框图如图1所示。

图1 电源自动管理系统硬件组成框图

系统网络连接好后，需要对系统的每个GPIB设备分配1～31之间任意数值的地址，各设备地址不能冲突。

3 电源自动管理系统软件设计方法

本系统利用NI公司LabWindowsCVI软件作为开发工具，利用GPIB/GPIB-488.2函数库和可程控仪器标准命令集SCPI(Standard commands for programmable instruments)实现了对电源设备的自动控制。

3.1 通过GPIB总线对程控电源控制及测量的软件实现原理

通过GPIB总线实现对程控电源控制以及测量是电源自动管理系统软件设计的核心。利用GPIB/GPIB-488.2函数库和SCPI命令集可以实现通过GPIB总线对程控电源的输出控制以及测试等功能。

GPIB/GPIB-488.2函数库共包含10个子类，具有打开/关闭GPIB设备、配置总线、读/写I/O、控制GPIB设备、控制总线等功能。

SCPI是架构在IEEE488.2上的可程控仪器标准指令集。整个SCPI 命令可分为两个部分,一是IEEE488.2 公用命令,另一部分是SCPI 仪器特定控制命令。公用命令用来控制重设、自我测试和状态操作，与特定测量无关；SCPI中的仪器特定控制命令是与仪器控制测量相关的[4]。

SCPI给出了描述仪器功能的 “树型网络”通用仪器模型，根据测试和控制需要，沿着“树型网络”从树顶开始向下寻找各分支，找到了系统具体的功能块，将多个仪器功能的助记符连起来构成一个复合词，而助记符之间用冒号隔开，以得到一个完整的功能的SCPI 的指令。SCPI 的指令结构示意如图2所示，图2中A、B、C、D、E、分别表示各功能的助记符，图2 中子功能1的 SCPI指令为 A：C：E[5]。

图2 SCPI指令结构示意图

以下举例说明利用GPIB/GPIB-488.2函数库和SCPI命令集实现通过GPIB总线对程控电源的输出控制以及测试。设置电源的GPIB地址为Dev_Addr_n。

a) 控制设备的输出状态：

b) 设置电源输出电压45V的实现：

c) 读取设备的电流直流输出大小：

GPIB/GPIB-488.2函数库和SCPI命令集是实现电源设备的自动控制的基础，利用两个标准函数集可实现GPIB总线对标准程控设备的控制。

3.2 电源自动管理系统原理设计

在利用两个标准函数集实现对标准程控设备的控制的基础上,本系统运用LabWindowsCVI软件，设计开发了符合武器产品试验需求的电源自动管理系统,使系统具备以下的功能：实现对各个电源电流、电压的输出控制；各路输出电源进行实时检测、监控，保证产品的安全；读取记录电源的电流数据，为试验分析提供电源历史数据。

电源管理系统是武器产品测试软件系统中的子单元,电源管理软件流程要与武器产品测试流程相适应。根据武器产品测试流程，电源管理系统分为3个子功能模块：电源初始化、电源输出控制、电源监视。各个子功能模块的原理框图以及电源自动管理系统工作流程如图3所示。

图3 电源自动管理系统工作流程图

电源自动管理系统工作流程如下所述：

a) 试验开始，根据试验项目初始化电源，通过GPIB总线配置多路电源的工作状态，配置内容包括：电源是否工作、电源输出电压，最大输出电流等，配置完成后返回电源初始化好，返回主测试程序；

b) 通过人际友好界面获得“武器产品加电”指令，控制电源输出状态为“ON”，启动电流采集计时器中断，返回主测试程序；

c) 在主程序运行中，电流采集计时器定时产生中断，并进入电源监视程序块，实现对电流的采集、保存和正确性判读。若出现非正常电流数据，启动自动断电计时器，连续测得数个非正常电流数据后，断开电源供电；

d) 通过人际友好界面获得“武器产品断电”指令，控制电源输出状态为“OFF”，终止电流采集计时器，返回主测试程序。

4 结束语

应用以往的试验系统进行试验时，必须由专门人员监察电源电流是否正常，若电流出现异常时，人为断开电源以保护产品。试验系统存在操作人员多、紧急情况响应速度慢、数据利用不充分等问题。采用GPIB总线技术可以实现计算机对程控电源设备的自动控制，采用GPIB电缆组成网络化的电源系统，充分利用计算机软件功能实现多种实用的电源控制测试功能，使测试电源系统实现自动化管理，解决电源管理中的实际问题。

[1]王莹,陈健.基于GPIB总线的自动测试系统[J].广东工业大学学报,2005,22(3)：68-69

[2]毛义梅,张 晶.基于GPIB接口总线的虚拟仪器设计[J].仪器仪表学报,2001,22(4)：281-283

[3]李建华等.数据接口总线GPIB 及其应用[J].中国测试技术,2004,30(6)：63-66

[4]史君成等.LABWindows虚拟仪器设计[M].北京：国防工业出版社,2007

[5]井涛,郭永瑞. 一种实用的SCPI 语法分析设计方法[J].国外电子测量技术,2006,25(2)：42-44