基于Labview的FMA程控系统实现

张荣军

摘 要：广播电视类专用仪器大都比较精密且昂贵，在实际工作中，大部分测控仪器依赖进口，虽然功能强大，都是英文或德文操作界面，对于使用者提高了使用门槛，易用性普遍太差，但好在各类仪器在出厂前都考虑了扩展性，大部分厂家都设计了程控接口，本文将以市场占有率较高的FMA调制度分析仪接入遥控接口，即具体为GPIB通用数据接口与笔记本电脑相连，完成一系列功能强大的全中文自动测试，对于广播电视行业的广大技术维护工作者无疑是雪中送炭。

关键词：程控仪器;数据采集;LabVIEW;GPIB-USB

中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0044-02

1项目所属科学技术领域

随着计算机技术的普及，各种自动化测控技术也日臻完善，各种总线技术和软件技术不断交织融合，以前依靠人工操作的任务越来越多的交给了电脑去完成。广播电视行业也不例外，各种先进的专业测试仪器也在各个发射台站发挥着重要作用，如比较常见的FMA调制度分析仪，它在中短波以及电视调频等领域有着广泛的应用，俗称三大指标测试，用FMA调制度分析仪就可以轻松完成，然而，该仪器为德国进口，全英文操作界面，操作步骤繁琐，易出错等弊端。

本设计采用较为成熟的仪器专用接口GPIB接口，通过GPIB-USB转换卡，使用工程师专用编程语言Labview，由一台笔记本电脑实现全自动一键测试与记录功能。该系统不但具有数据实时显示、记录、存储等功能，更重要的是界面友好，操作简便，易用性极强。

本文以FMA调制度分析仪核心，结合LabVIEW开发平台，通过程控接口实现自动化测试与记录功能。

2主要内容

该项目针对解决普遍使用的德国生产的FMA调制度分析仪安全使用风险高、测试应用不规范、贵重精密仪器使用效能低等突出问题，由我们创新开发的一款专用仪器测试程序，通过破解和深挖仪器SCPI协议和物理编程GPIB接口，采用LabVIEW编程语言、全中文界面，完全脱离开仪器本身，通过鼠标点击电脑应用程序界面按钮，可全自动或半自动完成一系列精准、快捷的对发射机三大指标测试和记录，简化了操作步骤，提升了智能化测试和贵重仪器安全运行等级，达到推动基层台站智能化运行维护的目的。

3该项目特点

（1）本系统是自动化程控类，即仪器程控类项目。破解和深挖仪器SCPI协议和物理编程GPIB接口，实现了FMA仪器与电脑的通讯、控制和数据传输。为发射台站推进智能化運行维护进程，拓展功能应用，保障电台安全传输发射作了有力技术支持。

（2）大幅降低和简化了FMA仪器使用门槛。完全脱离开仪器英文面板功能按键操作和英文菜单参数设置，全中文界面。对发射机房值检维护人员只需简单仪器培训和软件应用操作指导，即可掌握FMA仪器的安全使用和专项测试，操作便捷、风险性低。

（3）完善的系统程序设定和安全门限保护，弱化了人的干扰。发射机三大指标测试不会因误操作而烧毁被测设备或贵重仪器，提升了FMA仪器的安全操作等级。可有效防止损坏贵重仪器或发射机贵重器件事故的发生，提高了仪器使用频次，发挥了仪器效能。

（4）投资成本低、系统搭建简便、推广应用性强。

4特点及应用推广情况

本项目是针对发射台站众多配置此类型号仪器存在突出问题而创新开发的应用系统，且经过三个台站的测试应用和风险评估，具有一定的独创性，具有很强的针对性和广泛的应用性，投资成本低，对基层台站推进智能化运行维护进程做了有益尝试。

4.1主要技术创新点

4.1.1攻关破解德国罗德与施瓦茨公司生产的FMA仪器SCPI协议

通过逐步测试、验证并掌握了仪器通信接口协议代码，为后续FMA系列仪器的开发和拓展应用打下了坚实的基础。

4.1.2采用GPIB-USB转换器，连接FMA仪器与计算机通信、控制和数据传输

采用GPIB-USB转换器，将具有GPIB接口的仪器信号转变为USB接口信号，利用计算机强大的运算功能对FMA仪器进行远端通讯、功能控制和数据交换。将FMA仪器原有测试模式（英文按键操作、英文菜单参数设置）转变为计算机应用程序界面鼠标点击操作、自动测量记录数据的模式。

4.1.3基于LabVIEW图形化编程指令的拓展应用，大幅降低和简化了FMA仪器使用门槛

（1）借助GPIB-USB转接器，将FMA仪器（背板配置GPIB接口）与计算机互联，把带有破解SCPI协议编码的LabVIEW图形化编程指令与仪器进行通信联络、功能调用及验证、参数设定和数据交换，在计算机上实现与FMA仪器本身一样的功能。

（2）FMA仪器属贵重高精密仪器，测量准确、价格昂贵、全英文面板功能按键和菜单，使用仪器风险等级高（容易造成仪器或发射机损坏），仪器配置久远（该型仪器原厂早已停产，一旦仪器出现故障、异态或升级维护，只能返回德国总部维修），耗费资金大、维修周期长，操作人员心理压力大、使用人员少、仪器使用效能低。

（3）基于LabVIEW图形化编程软件开发的这套应用系统，完全达到了与仪器本身测试一样的功能，全中文界面、完善的系统程序设定和安全门限保护，弱化了人的干扰，界面友好，风险性低，容易上手。

4.1.4应用系统程序运行安全、稳定、可靠

（1）仪器背板配置的物理编程GPIB接口，其数据转换器是NI公司的产品，LabVIEW软件是NI设计平台的核心，具有良好的兼容性。

（2）该软件几乎不用代码，只需将破解的SCPI协议编码嵌入图形化编程，产生框图形式的指令，有别于其他计算机语言采用文本形式的代码指令，是开发测量或控制系统的理想选择。

4.1.5项目详细内容

（1）仪器安全操作风险高。FMA仪器在各发射台站使用已达16年之久，德国罗德与施瓦茨公司早已停止了该型仪器的生产，因其价格昂贵，仪器面板信息、功能菜单和用户手册都是英文，中短波发射机三大指标测试操作步骤关联功能键多、菜单参数设置繁琐，一不小心，极易造成发射机过荷引发贵重器件损坏，而发射机已调波信号的接入和干扰的介入，又比较容易造成仪器自身的损坏，风险性高，一旦仪器损坏，造成的损失巨大。

（2）仪器自身强大功能未充分发挥。FMA仪器属于贵重精密仪器，测量精准性高，对于排查发射机系统安全播出隐患、异态或故障具有较强的参考作用，在日常的播出工作中，开展每月发射机三大指标测试，是提升运行维护质量的一项重要工作措施。

（3）仪器安全操作使用门槛高。会正确、安全使用FMA仪器操作测试的人员较少，在机房虽有“FMA测试发射机三大指标操作卡片”，但是在实际测试中仍然容易出现操作错误。测试劳动强度大、操作人员精神高度紧张，有些同志甚至惧怕造成事故而拒绝使用该仪器，操作自信心不强，导致发射机房原本例行开展专项技术测试的一项工作任务落到了部门领导的肩上，既带不出来队伍，又给原本事务繁忙的机房主任增加了工作任务。

（4）仪器的操作应用效能比低是一种普遍现象。对FMA仪器操作使用不熟练、不规范、不安全还是占有相当数量的比例，更有甚者是该仪器从未使用过，所在机房的每月例行的发射机三大指标测试都是由机房主任带领人员完成的，从侧面也印证了FMA仪器操作使用的难度。

4.2详细科学技术内容

4.2.1设计思路

用程控仪器标准命令（SCPI）写到LabVIEW程序中，再通过LabVIEW的运行，调用简单的标准命令，即可完成和本地仪器操作的任意功能，可根据实际需要完成由用户所需的任意单一功能或组合功能，极大发挥该仪器的功能，可一键完成发射机三大指标（如杂音、频响或失真）的测量。

4.2.2硬件连接

准备一台装有WIN7操作系统的笔记本电脑，配置一个GPIB-USB转换器，将GPIB端与FMA仪器背板的GPIB接口（28号指示即为GPIB程控接口）对接，USB端接笔记本电脑，即可完成硬件的互联。

4.2.3开发软件安装

在笔记本电脑上安装LabVIEW2016中文版程序，安装NI4884-1850f1驱动程序，无需其它软件，启动软件即可编写程序。

标准SCPI协议源代码如图1所示，开发界面如图2所示，应用界面如图3所示。

4.2.4实测场景（如图4所示）

FMA仪器设置工作在REMOTE遥控状态，利用开发程序进行指标自动测试。

5结语

本设计在研究使用程控技术、自动化测试、labview软件开发技术的基础上，通过具体案例应用，把数据采样，总线传输、数据保存记录等功能，一一得以实现。

本设计主要工作是程序的设计与编写，所涉及的硬件都是原装固有的，无需任何改动。但是对SCPI命令要非常了解，通用命令都一样，没有特别之处，但就其自己的个性方言来讲，还是有一定难度存在的，至于硬件驱动也是通用型即可正常使用。由于采用了笔记本电脑，老式的GPIB传统接口有着固有缺陷，所以采用GPIB-USB轉换卡来实现数据传输与交换。

FMA程控系统功能强大，不仅有自动测试和手动测试，尤其在全中文操作界面下，友好的交互界面最为实用，其中包括用户登录管理，管理用户，调制电平的设定与存储及调用等等，都体现着以人为本的设计原则。

在具体设计过程中，都是通过一个个具体模块来完成功能，在主程序中不断调用各个子模块来实现代码复用，这样编程效率会比较高，冗余代码较少。

在物联网飞速发展的今天，智能化与网络化是发展方向。仪器仪表的自动化监测与测量是发展的必然趋势，通过本设计，深刻的认识到了程控仪器技术是仪器发展的重要发展方向。自动化智能仪器以崭新的模式和强大的功能深入人心。伴随信息技术的不断飞跃和发展，程控智能仪器必将拓展到各个领域，引起测控仪器的深层次变革。