基于虛擬儀器的低成本高效率鎮(zhèn)流器ATE平臺(tái)

　　摘　要：介紹一種使用LabVIEW編寫(xiě)測(cè)試軟件、通過(guò)GPIB來(lái)控制電源和測(cè)量?jī)x器工作，用DIO-24來(lái)控制大規(guī)模電阻矩陣和切換負(fù)載，使用DAQ、SCOPE來(lái)采集各種電壓、頻率、波形等參數(shù)，同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理的ATE。

　　關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；虛擬儀器；鎮(zhèn)流器��

　　鎮(zhèn)流器是照明系統(tǒng)的一部分。按照帶載能力來(lái)分，有一燈絲，兩燈絲，三燈絲等幾種，它可以120/277V的工頻來(lái)驅(qū)動(dòng)。ATE主要測(cè)試其工作的功率、電流、效率、諧波失真系數(shù)，各燈絲的頻率/電壓，及啟動(dòng)電壓、頻率、空載特性等。��

1測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
1.1工控機(jī)的配置
　　工控機(jī)主要采用奔騰四主板，帶集成顯卡、集成網(wǎng)卡，帶ISA和PCI插槽的底板，抽拉式鍵盤(pán)鼠標(biāo)，軟驅(qū)，光驅(qū)，帶USB接口(便于數(shù)據(jù)庫(kù)更新，測(cè)試數(shù)據(jù)的讀取)。



1.2NI-GPIB卡
　　它基于IEEE-488.2的通信協(xié)議，使用ISA插槽，具有PLUG&PLAY的特點(diǎn)，主要用來(lái)與儀器通信。本系統(tǒng)啟用了兩臺(tái)儀器，分別是Agilent公司的電源6812A，和Xitron 2503功率分析儀。前者負(fù)責(zé)給電子鎮(zhèn)流器供電，通過(guò)GPIB卡向其發(fā)送指令調(diào)整供電電壓、頻率，定義電壓波形等，過(guò)載會(huì)自動(dòng)shutdown保護(hù)；后者負(fù)責(zé)檢測(cè)功率、電流等，通過(guò)一個(gè)電流互感器將電流以十分之一的比例轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，然后將該信號(hào)和電壓合成，分析和求得功率、諧波失真系數(shù)、功率因數(shù)等參數(shù)。
1.3NI DAQ-6070E
　　該卡有16個(gè)輸入通道，本系統(tǒng)采用差分輸入方式，ch0和ch8，ch1和ch9，ch2和ch10……ch7和ch15兩兩組合，形成八路輸入通道。電壓范圍設(shè)置為-10V～10V。但是有很多時(shí)候測(cè)試對(duì)象的電壓不會(huì)正好在這范圍里面，我們采用自制的電壓調(diào)整模塊來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題；通過(guò)數(shù)位撥碼來(lái)改變?cè)鲆妗Ａ硗�，有時(shí)測(cè)試板卡本身也會(huì)對(duì)測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生影響，為消除此影響，又鑒于測(cè)試對(duì)象是交流信號(hào)，本系統(tǒng)采用了一比一的變壓器進(jìn)行隔離。由于DAQ讀出來(lái)的是一組波形，故需對(duì)波形數(shù)組進(jìn)行分析以取得其頻率、有效值和波形失真系數(shù)。



　　系統(tǒng)利用了DAQ的兩路Counter/times,Counter0產(chǎn)生50kHz占空比為50%的方波。Counter1產(chǎn)生120Hz的方波，程序?qū)⒋苏伎毡榷�義在10%～90%之間可調(diào)。為了提高120Hz信號(hào)的帶負(fù)載能力，通過(guò)三極管將其放大。這兩路方波信號(hào)接入鎮(zhèn)流器的控制口(如圖1)，來(lái)共同調(diào)節(jié)它的工作狀態(tài)。
1.4DIO-24控制的電阻矩陣，開(kāi)關(guān)矩陣
　　系統(tǒng)利用DIO發(fā)出的24個(gè)TTL電平信號(hào)，來(lái)控制各個(gè)繼電器的動(dòng)作(常開(kāi)和常閉)。
　　(1)電阻矩陣的實(shí)現(xiàn)
　　按照1，2，4，8，16這樣的二進(jìn)制值的關(guān)系選取一系列電阻，各自并上繼電器，然后將它們串在一起。這樣系統(tǒng)通過(guò)DIO控制這些繼電器的開(kāi)關(guān)就可以得到任意一個(gè)阻值。一個(gè)通用的可控變阻箱便形成了。
　　(2)開(kāi)關(guān)矩陣
　　鎮(zhèn)流器測(cè)試過(guò)程需要進(jìn)行滿載、過(guò)載、空載、斷電、加電等切換，系統(tǒng)用一系列開(kāi)關(guān)來(lái)完成此功能。開(kāi)發(fā)者將它做成一個(gè)獨(dú)立的模塊。
1.5NI-SCOPE監(jiān)控
　　有些測(cè)試指標(biāo)非常注重波形特性，如瞬時(shí)性，收斂性。以前使用示波器，但是發(fā)現(xiàn)很多弱點(diǎn)：占空間，價(jià)格昂貴。后來(lái)考慮使用示波器卡，直接插在工控機(jī)PCI插槽里，把ATE的寶貴空間節(jié)省下來(lái)了。系統(tǒng)采用示波器卡5112，同時(shí)檢測(cè)負(fù)載電壓和燈絲電壓的波形，顯示在測(cè)試面板上，并且記錄成測(cè)試數(shù)據(jù)。��

2軟件的編寫(xiě)和性能評(píng)估
　　系統(tǒng)基于LabVIEW6.0編程。另外安裝了Application Builder,SQL,NI�瞫cope等插件。我們使用了兩臺(tái)帶有GPIB接口的儀器，編寫(xiě)者根據(jù)變阻箱驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)矩陣驅(qū)動(dòng)。
2.1模塊化
　　編寫(xiě)者根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)了儀器的驅(qū)動(dòng)程序，開(kāi)發(fā)了上文提到的變阻箱驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)矩陣驅(qū)動(dòng)模塊，調(diào)用DAQ原始模塊整合成采集各參數(shù)的通用模塊。
2.2SQL的應(yīng)用
　　利用Microsoft Access建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括產(chǎn)品規(guī)格，典型樣機(jī)值，校正誤差三個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)。我們將一系列產(chǎn)品的參數(shù)輸入進(jìn)去。這樣，在開(kāi)啟主測(cè)試面板時(shí)選擇產(chǎn)品型號(hào)，然后，SQL模塊將對(duì)應(yīng)機(jī)型的參數(shù)調(diào)入以備使用。
2.3Calibration的設(shè)計(jì)
　　每一套測(cè)試軟件都具備校準(zhǔn)的功能。在大批量測(cè)試之前，先進(jìn)入校準(zhǔn)界面，利用標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。準(zhǔn)確地講，這是一個(gè)計(jì)算偏差的過(guò)程。首先，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣機(jī)的值，然后與樣機(jī)的標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生一個(gè)偏差，將它存入數(shù)據(jù)庫(kù)的校正誤差子庫(kù)中。這樣，進(jìn)入量產(chǎn)測(cè)試面板后，在測(cè)得值基礎(chǔ)上加上偏差，就認(rèn)為是準(zhǔn)確測(cè)量值了。
2.4軟件的可靠性和快速性
　　可靠性：在測(cè)試軟件的可靠性時(shí)，我們?nèi)我馓暨x100個(gè)產(chǎn)品，分別讓五個(gè)工人測(cè)試，然后分析測(cè)試結(jié)果，計(jì)算均值，與最高值和最低值進(jìn)行比較；相差不超過(guò)3%，認(rèn)為該系統(tǒng)可靠，可以用于大量測(cè)試產(chǎn)品。
　　快速性：系統(tǒng)采用了各種板卡，與常規(guī)儀器測(cè)試系統(tǒng)相比，體現(xiàn)出了快速的優(yōu)勢(shì)。��

3結(jié)束語(yǔ)
　　在采用LabVIEW軟件之后，工程師開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的周期大大加快，同時(shí)該軟件具有良好的可讀解性；大量非常便宜的測(cè)試板卡的使用降低了公司的成本。隨著集成電路的進(jìn)一步發(fā)展，各類板卡的性能不斷提升，此優(yōu)勢(shì)將更加明顯。