開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)是電源行業(yè)生產(chǎn)制造部門必備的自動化測試系統(tǒng)。傳統(tǒng)的開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)以GpIB卡控制多臺傳統(tǒng)儀器，完成自動化測試功能。整個系統(tǒng)受限于傳統(tǒng)儀器功能，不易擴展，很難滿足產(chǎn)品升級所帶來的新的測試要求；受限于GpIB總線速度，很難實現(xiàn)并行測試和提高測試速度；受限于封閉式的應(yīng)用軟件，很難進行系統(tǒng)維護和二次開發(fā)。另外，整個系統(tǒng)的硬件成本非常高，開發(fā)周期非常長。

為縮短開發(fā)周期、降低系統(tǒng)成本、提高測試效率、滿足日益更新的測試需求，本文根據(jù)以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架重新設(shè)計了整個開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)，并成功實現(xiàn)了該系統(tǒng)。

1以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架簡介

以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架是近年發(fā)展起來的一種自動化測試系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)架。它包括測試管理軟件、測試開發(fā)軟件、系統(tǒng)服務(wù)與驅(qū)動程序軟件、處理總線平臺和模塊化I/O與儀器控制五個層次，如圖1所示。

圖1以軟件為核心的模塊化的系統(tǒng)構(gòu)架

以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架能縮短自動化測試系統(tǒng)的開發(fā)時間、降低自動化測試系統(tǒng)的總體成本、為自動化測試系統(tǒng)供應(yīng)更大的靈活性。

2電源自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)功能需求

根據(jù)用戶需求，該系統(tǒng)應(yīng)有如下功能：

（1）覆蓋所有要測試的功能，如表1所示：

表1測試功能需求表

（2）測試項目編輯功能，可以根據(jù)不同的測試需求新增或刪減測試項。

（3）測試數(shù)據(jù)存儲功能，把測試數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫。

（4）測試報表生成功能，根據(jù)要自動生成測試報表。

（5）用戶管理功能，根據(jù)不同用戶授予不同權(quán)限。

（6）靈活系統(tǒng)構(gòu)架，根據(jù)實際需求新增或刪減儀器設(shè)備。

（7）數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析功能，能計算出Cpk,繪制出控制圖。

2.2硬件設(shè)計與實現(xiàn)

2.2.1系統(tǒng)總線選擇

系統(tǒng)總線是系統(tǒng)硬件構(gòu)架的核心，它決定了數(shù)據(jù)傳輸速度，直接影響系統(tǒng)的測試效率。

常見的總線有GpIB、USB、Ethernet/LAN/LXI、pXI和pXIExpress,其帶寬和傳輸延遲比較如圖2所示：

圖2常見總線帶寬和傳輸延遲比較。

pXIExpress總線具有最大的帶寬和最低的傳輸延遲。pXI總線具有很高的帶寬和很低的傳輸延遲。

考慮pXI總線的模塊化儀器大大多于pXIExpress總線，本文將選擇pXI作為系統(tǒng)總線。

2.2.2pXI總線介紹

pXI（pCIeXtensionsforInstrumentation,面向儀器系統(tǒng)的pCI擴展）是一種堅固的基于pC的測量和自動化平臺。pXI結(jié)合了pCI的電氣總線特性與CompactpCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并新增了專門的同步總線和重要軟件特性。

這使它成為測量和自動化系統(tǒng)的高性能、低成本運載平臺。這些系統(tǒng)可用于諸如制造測試、特種和特種、機器監(jiān)控、汽車生產(chǎn)及工業(yè)測試等各種領(lǐng)域中。

pXI在1997年完成開發(fā)，并在1998年正式推出，它是為了滿足日益新增的對復(fù)雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開放式工業(yè)標準。

2.2.3硬件系統(tǒng)構(gòu)架

本系統(tǒng)使用的硬件如表2所示：

表2開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)硬件

測量硬件選用基于pXI總線的模塊化儀器，功率硬件選用基于GpIB總線的傳統(tǒng)儀器。pXI總線與GpIB總線一起構(gòu)建以pXI總線為核心的混合總線系統(tǒng)。這樣的總線系統(tǒng)既具有pXI總線的優(yōu)點，又能利用具有大功率優(yōu)勢的傳統(tǒng)儀器。整個系統(tǒng)的硬件構(gòu)架如圖3所示。

圖3硬件構(gòu)架。

2.3軟件設(shè)計與實現(xiàn)

2.3.1軟件開發(fā)平臺簡介

TestStand是美國國家儀器有限公司的一款用于測試序列開發(fā)、管理和執(zhí)行的測試管理軟件。它將通用測試執(zhí)行任務(wù)（如報告生成）與專用測試任務(wù)（如執(zhí)行某項測試）相分離，為執(zhí)行環(huán)境定制、報告生成、數(shù)據(jù)庫記錄和操作者界面等功能供應(yīng)了所必需的工具。

LabVIEW是美國國家儀器有限公司的一款圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它為數(shù)據(jù)采集，分析和表達供應(yīng)了豐富的函數(shù)，可以方便快速地實現(xiàn)各種測量功能。

2.3.2軟件構(gòu)架

軟件構(gòu)架，如圖4所示。整個系統(tǒng)的功能分為三個層次，最底層是硬件驅(qū)動層，重要負責儀器控制和數(shù)據(jù)采集；中間層是測試功能層，在LabVIEW下進行數(shù)據(jù)處理，獲得測試要求中的參數(shù)，完成測試功能開發(fā)；最高層是測試管理層，在TestStand下開發(fā)測試系統(tǒng)構(gòu)架，集成LabVIEW下開發(fā)的測試功能，實現(xiàn)通用測試功能，如測試報表等。

圖4軟件構(gòu)架。

這三個層次完全獨立，具有最小的耦合性，可以進行并行開發(fā)。測試功能層不用關(guān)心底層硬件是什么以及數(shù)據(jù)從哪個具體的儀器中來，只需專注于數(shù)據(jù)處理和分析；測試管理層不用關(guān)心測試功能如何實現(xiàn)，只需專注于測試序列和測試構(gòu)架的設(shè)計與實現(xiàn)。

當有新增/刪減測試功能的需求時，只要新增/刪減相應(yīng)的儀器、儀器驅(qū)動和測試功能并調(diào)整測試序列即可，并不要對整個測試軟件做較大的修改，具有很強的靈活性。

2.3.3系統(tǒng)界面

本系統(tǒng)界面設(shè)計簡潔、友好，適合生產(chǎn)線操作員使用，如圖5所示：

圖5電源自動化系統(tǒng)測試界面。

3試驗結(jié)果

3.1開發(fā)時間

本系統(tǒng)從設(shè)計開發(fā)到調(diào)試完畢僅用了2人2周的時間大大低于現(xiàn)有商業(yè)開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)的開發(fā)時間。

3.2測試時間

本系統(tǒng)在生產(chǎn)線上與用戶現(xiàn)有的商業(yè)開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)作比較。表3是100次測試時間平均值比較，從表中可以看出，本系統(tǒng)總體測試時間比成熟的商業(yè)系統(tǒng)提升15.38%;時序測試部分采用了高帶寬的模塊化儀器，測試時間提升52.5%;調(diào)整測試和動態(tài)測試，由于要反復(fù)控制傳統(tǒng)儀器并且商業(yè)系統(tǒng)已使用了底層函數(shù)對儀器控制進行了優(yōu)化，所以本系統(tǒng)的速度比商業(yè)系統(tǒng)慢。

表3測試時間比較

3.3測試精度

表4是100次調(diào)整測試的測試結(jié)果平均值比較，由表中可以看出，本系統(tǒng)的測試精度與商業(yè)系統(tǒng)的誤差在0.2%以內(nèi)，完全滿足用戶測試需求。

表4調(diào)整測試

4結(jié)語

本文按照"以軟件為核心的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架"設(shè)計并實現(xiàn)了開關(guān)電源自動化測試系統(tǒng)。實驗表明，基于該構(gòu)架的系統(tǒng)較之傳統(tǒng)的系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、測試速度快、測試精度高、總體成本低、維護方便和升級容易的特點，適合生產(chǎn)線自動化測試升級的需求。