基于LabVIEW的排阻老化电阻值测试系统

田恬 肖仕武

摘 要： 针对目前排阻老化过程中电阻值测试存在的劳动效率低下、误差大、重测现象突出、成本高等问题，设计基于LabVIEW开发平台的排阻老化过程中电阻值测试系统。系统由计算机、数字万用表、测试表笔、信号转换盒和待测排阻构成。实现了测试记录的自动化，提高了排阻测试工序的自动化程度，以及排阻老化试验电阻值的测试效率，并且能有效降低老化试验的人工成本、减少人为的失误和重测现象，具有结构简单、界面友好、操作方便、读数直观、成本低廉、开发简洁高效、灵活更新升级的特点。

关键词： 电阻值； 老化； 排阻； LabVIEW； 数字万用表； 测试效率

中图分类号： TN98?34； TP29； TH86 文献标识码： A 文章编号： 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

在当今电子产业中，电阻仍然是使用最广泛的电子元件之一，其在电子电路中通常起到限流、分压等作用，根据材料、结构等不同有多种不同的分类。在电阻产品的开发生产过程中，电阻的老化试验是非常重要的一环，对于检验并提高电阻的稳定性有着重要的意义。电阻的老化过程通常是在一块PCB实验板上制作上千个电阻，形成排阻，把排阻连同PCB电路板一起放入老化试验箱中进行老化，老化一段时间后取出，测试电阻值，并记录电阻值；之后再放入老化试验箱中进行老化，老化一段时间后再取出测试电阻值，记录下电阻值；如此进行几十次的老化测试，并对所有的测试电阻值进行对比分析。

当前的电阻值测试采取手工测试、人工读取、手工记录的方法，存在劳动效率低下、误差大、重测现象突出、成本高等问题。

近些年，随着计算机技术、电子技术、通信技术、计算机信息处理技术的迅猛发展，传统的仪器正向软件化、数字化和虚拟化方向发展。虚拟仪器（Virtual Instruments，VI）的概念是由美国国家仪器公司（NI）最先提出的，与传统仪器一样，它可以分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能块。虚拟仪器的最大特点是将计算机资源与仪器硬件相结合，在系统内共享软硬件资源[1?2]。

基于虚拟仪器在数据采集、分析、存储方面的优点，本文针对以上电阻测试方法存在的缺陷，在LabVIEW提供的开发环境下设计一种排阻老化过程中电阻值测试系统。系统实现了测试记录的自动化，提高了排阻测试工序的自动化程度，以及排阻老化试验电阻值的测试效率，并且能有效降低老化试验的人工成本、减少人为的失误和重测现象，具有结构简单、界面友好、操作方便、读数直观、成本低廉的特点，并且系统的开发简洁高效，可以灵活进行更新升级。这些特点使得本文所设计的排阻老化过程中电阻值测试系统具有一定的推广意义和应用前景，社会效益潜力巨大。

1 设计原理和组成

排阻老化电阻值测试系统由计算机、数字万用表、测试表笔、信号转换盒和待测排阻组成，如图1所示。

计算机通过串口连接数字万用表，数字万用表的电阻测试插孔连接测试表笔，测试表笔连接信号转换盒，信号转换盒连接计算机声卡输入端，同时测试表笔连接待测排阻。

其设计原理为：打开信号转换盒上的电源开关，简易信号发生器工作。启动计算机，运行计算机测试程序，计算机控制数字万用表进行电阻值的测量。把万用表的表笔放于待测排阻的电阻两引脚，此时万用表测得的电阻值为待测排阻电阻的值。按下测试表笔上的测试按键开关，测试按键开关通过控制信号转换盒的输入控制端，控制信号转换盒中的简易信号发生器的输出端输出信号，送给计算机的声卡，声卡接收到信号后，使计算机控制万用表读取电阻测量值，计算机按照设定的方式进行存储记录和分析。之后把万用表的表笔放于待测排阻的下一个电阻的两引脚，如此测量，完成上千个电阻的多次老化試验测量，从而提高排阻测试效率和精度，减少测量误差。

2 设计方案

2.1 数字万用表

数字万用表包含通信接口，具有与计算机通信功能。其主要技术参数如下：

1） 电阻测量量程：500 Ω/5 kΩ/500 kΩ/5 MΩ/50 MΩ；

2） 最大精度为±（0.2%+6）；

3） 分辨率为0.01 Ω。

2.2 测试表笔

测试表笔包括测试表笔棒、测试表笔线和测试按键开关。测试按键开关安装在测试表笔棒上。测试按键开关通过连线连接到信号转换盒中的简易信号发生器上，控制信号发生器的输出。

2.3 信号转换盒

信号转换盒这部分功能可以通过硬件电路实现，也可以通过软件实现。若采用硬件实现，则信号转换盒由简易信号发生器、输入控制端、输出端、电池和电源开关组成。输入控制端连接到测试表笔上的测试按键开关，输出端通过连线连接到计算机声卡的输入端。在本文的设计中，充分发挥虚拟仪器在降低硬件成本、共享计算机资源方面的优势，设计采用了基于LabVIEW和声卡的简易信号发生器。测试表笔与计算机声卡通过连线连接，编程控制虚拟信号发生器发出信号到测试表笔，由测试按键开关控制信号的输出，以便计算机声卡读取信号。具体可通过LabVIEW软件实现。

3 LabVIEW编程实现

3.1 前面板设计

前面板显示有4个模块，分别是存储设置模块、电阻值测量显示模块、简易信号发生器波形显示模块、错误显示模块。图2为基于LabVIEW开发平台的排阻老化过程中电阻值测试系统的LabVIEW程序前面板图。

软件实现的主要功能之一是电阻值测试。在正式测试前，为了确保测量的准确性和严谨性，首先在前面板中需要设置采集测量参数，其中包括对待测排阻进行调零设置，排阻测试的初始行设置，初始行设置是使待測电路板上的排阻对应的行和要保存到的电子表格中的行对应起来。同时也要对数据存储方式进行设置，包括文件路径选择、PCB板选择和试验天数选择，从而将测量数据按设置的方式分类保存到Excel文件中，以便后续进行比较与分析。为了便于在排阻老化测试试验过程中对多块电路板进行测试，设置了PCB板选择项。同时在排阻老化测试试验过程中，对同一块电路板上的电阻需要隔几天时间进行测量一次，共需多次测量，因此设置了试验天数选择项。

开始测试时，测试表笔放于待测电阻上，计算机控制万用表进行电阻测量，万用表读取电阻测量值，计算机通过串口发送数据采集命令，采集数字万用表测量的电阻值。实测电阻值会显示在“测试电阻值”显示框内。声卡采集简易信号发生器产生的信号，采集的信号波形随时间显示在参考信号波形图中。待电阻值稳定后，按下测试表笔按键开关或点击前面板上的测试保存确定按钮，若此时计算机声卡采集到简易信号发生器产生的信号，则万用表测量的电阻值将按照设定的方式保存到Excel文件中，根据Excel中预先设置好的公式进行数据分析。保存时系统会发出蜂鸣声，以达到提醒测试人员，表示这次测试完成。如果运行错误，错误将会显示在前面板的错误显示模块中。

3.2 程序框图设计

后面板的设计主要由对信号发生器信号进行采集的采集模块、数字万用表电阻测量与读取模块、把电阻值保存于电子表格中的存储模块组成。

信号采集模块程序框图如图3所示，主要包括采集卡的驱动和控制子程序，其设计因数据采集卡而异。程序框图中信号采集模块主要调用Sound VI中的函数Sound Input Configure VI和Sound Input Read VI两个模块，即包括声卡的配置和声卡读取子程序等。目前，普通声卡的采样频率[3?5]一般分为4档，分别为 44.1 kHz，22.05 kHz，11.025 kHz，8 kHz。值得注意的是，根据采样定理，采样频率应为被测信号频率的2倍以上。实际应用中，为保证信号不失真，采样频率[6]一般应设定为5～10倍。采样位数、缓冲区等参数可根据需要进行设计。本设计中，简易信号发生器的信号频率设计为1 kHz左右，因此声卡的采样频率设定为8 kHz即可。

信号采集模块采集简易信号发生器的信号，初始时，信号采集模块条件结构输入为假，进入假循环结构，当电阻测试过程中没有按下测试表笔上的按键开关时，信号采集模块采集不到信号，此模块输出变量为假，此假变量输出控制保存模块进入假条件循环，保存模块不保存数据，整个程序循环运行。当电阻测试过程中按下测试表笔上的按键开关时，信号采集模块采集到信号发生器的信号，此模块输出变量为真，此真变量输出控制保存模块进入真条件循环，保存模块保存万用表测量的电阻值数据。整个程序循环运行，信号采集模块进入真条件循环结构，在真条件循环结构里设置输出变量为假，下次循环时此条件循环结构又进入到假循环。

波形显示模块采用波形图控件，显示测量信号波形。

数字万用表电阻测量与读取模块程序框图如图4所示，电阻值采集测量模块利用LabVIEW中的Agilent 34401 Initialize VI，Agilent 34401 Configure Measurement VI子模块进行万用表初始化、参数配置串行通信编程，利用Agilent 34401 VISA Read VI子模块，使计算机向万用表发送数据读取命令，读取万用表测量的电阻值数据，此测量的电阻值送存储模块进行数据的保存处理。电阻测试之前可对测试电阻值进行清零，消除测量误差。测量结束，利用Agilent 34401 Close VI子模块关闭万用表[7?10]。

存储模块程序框图如图5所示，功能是把测量的电阻值保存于电子表格中，利用LabVIEW中的Excel Open VI子模块初始化打开电子表格文件，利用Row Col To Range Format VI子模块把数字万用表测量的电阻值存放于电子表格中指定的行和列。初始行设定为起始行，与电路板上的电子初始序号对应，经过循环结构后，每循环运行1次，行序号加1。试验天数为测量的时间标记。当老化电阻阻值超出范围或失效时，保存的结果为“不测”或“无效测量”。保存结束后，Beep VI 发出一声蜂鸣声，表示测量结果已保存，测试结束，进入下一次测量。

错误显示模块采用错误输入控件，当发生错误时，实时显示错误类型和来源，并根据该信息决定是否需跳过执行某些功能。

4 实验验证

每个实验条件下试验两块单板，编号A板、B板，A板测试1?600#样品，B板测试1?450#样品。配置1∶1的浓盐酸腐蚀气体，实验板悬挂放置，以确保试验样品与腐蚀气体充分接触。实验PCB板如图6所示。

测试时，按编号顺序从左到右测试，每3天测1次。测试表笔应点于测试焊盘处，不能点于排阻上以防损伤样品。如果焊盘被腐蚀，则测试电阻两个端头。测试点示意如图7所示。

每次的测试数据记录于表格的R（Ω）列中，则Δ[RR]值会根据Excel公式自动统计出。测试完毕后，要求先分析Δ[RR]值是否异常，如有偏大（>2%时，底色变黄；>3%时，底色变紫；>5%时，底色变红）或异常偏小（负值为红色带括号字体），若括号内数值>5%，则需要确认焊盘之间是否有短路。每次的测量数据需与试验前的数据对比，以Δ[RR]>5%为失效判据。异常数据需要先复测确认，再继续下一轮试验。表1列出A板的部分实验数据。

5 结 论

本文设计了一种基于LabVIEW开发平台的排阻老化过程中电阻值测试系统。采用LabVIEW图形编程软件，充分利用计算机的强大功能，系统实现了测试记录的自动化，提高了排阻测试工序的自动化程度，以及排阻老化试验电阻值的测试效率，并且能有效降低老化试验的人工成本、减少人为的失误和重测现象，具有结构简单、界面友好、操作方便、读数直观、成本低廉的特点，并且系统的开发简洁高效，可以灵活进行更新升级。这些特点使得本文所设计的排阻老化过程中电阻值测试系统具有一定的推广意义和应用前景，社会效益潜力巨大。

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