基于PXI总线的数字表网络自动测试系统

尹丽云，许兴明，王心元

(北京无线电计量测试研究所，北京 100039)

0 引言

仪器的计量校准检定是恢复、保持设备性能指标，保证测量准确可靠的技术手段。随着电子技术的迅速发展和广泛应用，仪器的测量范围越来越广，测量的速度和精度要求也越来越严格[1]。对于需要多台仪器、测试参数较复杂的测试项目，依靠传统的测试方法，不仅测量效率低，而且无法保证测量的可靠性。移动计量保障车是对不便于送到实验室的仪器设备进行检定，为各单位科研试验任务或突发事件的计量需求提供设施和技术保障的重要设备。计量车内同时配备数字表、数据采集器、示波器、信号发生器等多种设备，为了便于对仪器的控制管理，保障车内多采用局域网的控制方式。针对计量保障车内空间有限、设备复杂的布局，对PXI数字表模块的检定，本文设计了一种基于PXI总线的数字表网络自动测试系统。该系统以LabVIEW作为测试软件开发平台，利用多功能校准源5520A实现自动测试。

1 系统组成和工作原理

系统用两台计算机完成对被测数字表模块的自动测试，其中主控计算机控制校准源5520A，负责数据的处理和证书报告的生成，客户端计算机负责把从数字表采集来的数据通过局域网传输至主控机进行数据处理。

1.1 系统组成

本系统由5520A多功能校准源、GPIB接口卡、被检数字多用表 (以PXI－4060数字表模块为例)、PXI机箱、主控计算机、客户端计算机组成。多功能校准源5520A用来校准6位半以下的数字仪表，同时它本身带有GPIB接口，为仪器的可程控性创造了条件。PXI－4060是NI公司生产的一款5位半的数字多用表，具有通用测量功能。该模块附带的NI-DMM驱动软件多采用LabVIEW编程，编程时可以调用已有的程序模块，提高编程效率[2]。主控计算机作为计量系统的控制中心，客户计算机通过PXI总线来完成对数字表的控制。接口卡选用NI公司的USB-GPIB接口卡，该卡作为控制卡，在自动测试系统中广泛使用。

1.2 工作原理

通过计算机对可程控的5520A型多功能校准源和数字多用表PXI－4060进行程控，实现对数字多用表模块的自动检测。将校准源的标准电压、电流、电阻等信号程控输出，分别加到被检数字多用表模块上，然后通过客户端计算机上安装的PXI接口卡和MXI电缆进行数据采集。利用LabVIEW基于C/S模式编写TCP/IP通信的服务器端和客户端应用程序，TCP/IP网络VI能够与远程应用程序建立通信。主控计算机控制多功能校准源输出相应的信号。客户端计算机将采集的数据传送到主控计算机进行数据处理和超差判断。自动检定系统的原理框图如图1所示。

图1 自动检定系统原理框图

由于校准器5520A与数字表 PXI－4060距离较远，需采用较长的连接线。为了降低引线上的影响，在测量10 kΩ以下的低量程电阻时，采用四线测量法消除引线电阻的影响。在测量交流电压时采用双绞屏蔽线缆，把电磁干扰对交流电压测量的影响降到最低。

2 系统软件设计

数字表网络自动测试系统软件主要实现仪表检定过程的参数设置、数据管理和鉴定证书打印等功能。利用NI公司的可视化编程工具LabVIEW，将系统软件的功能按模块化实现，并通过用户界面和后台应用程序的组织方法，将软件的功能与具体业务需求有机地结合在一起，设计出一套检定管理程序。

2.1 界面及功能设计

用户界面主要实现自动测试系统软件运行的初始参数设置、测试功能选择、测试过程数据显示和测试结果处理操作等人机对话，系统前面板示意图如图2所示。

测试系统运行之前，必须对系统中的各程控仪器进行硬件地址和软件参数信息设置。GPIB设备地址范围在1～31之间，校准源5520A地址设置应该与仪器的实际地址保持一致，图2中相应的设定5520A的地址为4。同时还应该设置被检数字表模块所在计算机的IP地址，以确保两台计算机之间的数据通信正常进行。仪器地址和IP地址设置完毕后，还要指定信息文件存储路径和文件名称，以确保信息文件调用的准确性。

图2 系统前面板示意图

测试系统采用模块化编程，首先将仪器的各种功能模块化，然后根据需要选择相应的模块来实现特定的要求。模块化方法虽然开发工作量大，但使用简单，且便于升级和更改。本测试系统对PXI－4060实现了DCV，ACV，OHM，ACI，DCI 5种测试功能，如图3所示。用户可以选择任意一项功能执行测试，也可以根据需求将5个测量模块作为一个整体系统，实现整体综合测试。

图3 系统选项测试界面示意图

在测试检定过程中，为了更直观监视实时测量动态，被检仪器的量程、实际测量值、各测试点的允许误差、实际误差及测量结论全部在前面板上以表格形式显示出来。当判定不合格时，计算机发出响声提醒操作者，并在屏幕上用红色显示“超差”，在超差点前加*表示超差。

测试系统运行完毕后，可根据证书上超差点的情况和超差数值，对被检数字表的超差量程进行校准。

测试前进行信息录入，如仪器的编号、送检单位等。设置完毕，点击左上角的测试进入测试界面，选择测试项目进行相应的测试。按照模块化的思路，将主程序分为单项测试和综合测试，其中单项测试界面示意图如图3所示。

单项测试将5个主要功能模块放置在自动检定程序的前面板上，根据需要从主程序界面调用模块进行检定。综合测试程序实现对数字表各功能的依次检定。当测试完毕后，系统把信息存储文件中包含的相关信息导入证书中。

2.2 应用程序设计

在设计程序时要依据检定规程和检定技术，掌握标准源和被检表的技术指标和程控指令[3]。本测试系统对数字表模块的5个功能进行检定，依据检定规程JJG315－83，JJG598－89，JJG34－1999，JJG35－1999，JJG724－91，对应于数字表的交直流电压、交直流电流和电阻等5个基本功能的数据校准。程序设计流程图和部分数据采集程序如图4，5所示。

程序设计分主程序和客户端子程序两部分实现，主程序实现界面参数设置、功能选择和数据显示等功能，客户端子程序实现对主程序选择设置功能的详细实现。客户端子程序从主程序接收数据信息对数字表模块进行相应的配置。系统工作时需要同时运行主程序和客户端子程序。子程序根据TCP/IP协议与主程序建立连接后，接受主程序发送过来的字符串，对数字表进行功能的设置和量程的选择，同时把数字表的读数发送回至主程序，进行数据后续判断和处理。

2.3 证书生成

通信协议让程序指定需要发送或接受的数据，并指定出发地和目的地位置，通过LabVIEW内置的DDE和ActiveX协议满足通信的需要[4]。Excel预先编制出符合标准的证书模板，利用LabVIEW的通信功能把采集的数据传递到Excel表格中预先设定好的位置。当需要打印生成证书时，调用Excel中固化的程序把相关文本信息中的内容导入指定格式的证书中[5]。

3 实验结果

对PXI－4060数字表模块分别采用自动测试系统和手动测试方法进行数据采集。测试比较结果如表1所示。

图4 程序设计流程图

图5 部分数据采集程序

表1 PXI－4060部分数据测试结果

由表1可以看出，两种测试方法的结果基本一致。实验结果表明，本文设计的自动测试系统完全可以满足对数字表模块的电压、电流、电阻等电学参量的测试，数据准确可靠。

4 结束语

本自动测试系统按照数字多用表计量检定规程采用直接测量法，具有数字化、自动化、规范化、标准化等特点。系统突出的优点是采用了模块化设计思想，被检数字表每一个功能的检定程序都被设计为一个功能模块，方便系统中增加新型表的自动检定程序。该测试系统已应用在总参某计量站，为完成计量测试任务起到了重要作用。

[1]张钟华.现代计量测试技术的进展 [J].中国计量学院学报，2006，17(1):1－6.

[2]徐杨梅，许宝杰，徐小力.虚拟仪器环境下PXI总线远程测控系统研究[J].计算机测量与控制，2005(13):123－124.

[3]黄琦志，黄琦兰，李轲.基于GPIB接口的数字多用表自动化检定系统[J].计量技术，2005(7):42－44.

[4]陈锡辉.LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通 [M].北京:清华大学出版社，2008.

[5]王晓兰.基于LabVIEW的自动测试系统中动态报表的生成方法 [J].测控技术，2008，27(9):63－64.