基于GPIB总线技术的自动测试系统设计
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敬请登录网站在线投稿 2019年第10期 75 基于GPIB总线技术的自动测试系统设计
何 进
(中国石油大学胜利学院,东营257061)
摘要:针对目前国内外常用测量设备集成度、系统化及自动化程度低等问题,本文基于GPIB总线技术设计构建了一套
全自动测试系统。本文从硬件配置、软件设计等方面对系统进行了详细介绍,并对系统进行了性能测试。测试结果表
明,该系统具有测试精度高、长期稳定性好、测量速度快、精度高等优点,有较高的应用价值。
关键词:GPIB;测量设备;测试精度
中图分类号:G624.423 文献标识码:A
DesignofAutomaticTestSystemBasedonGPIBBusTechnology
HeJin
(ShengliCollege,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,China)
Abstract:Aimingattheproblemsofintegration,systemizationandlowautomationofcommonlyusedmeasuringequipmentathomeand
abroad,afullyautomatictestsystembasedonGPIBbustechnologyisdesigned.Thehardwareconfigurationandsoftwaredesignareintro-
duced,andtheperformanceofthesystemistested.Thetestresultsshowthatthesystemhastheadvantagesofhightestaccuracy,long-
termstability,fastmeasurementspeedandhighprecision.Ithashighapplicationvalue.
Keywords:GPIB;measuringequipment;testaccuracy
引 言
在国防、计算机和通信科技等领域,测量技术的地位
举足轻重[1-3],与其相对应的测量仪器近些年发展速度飞
快[4-5],但目前我国高精度的测量设备大部分需要进口。
目前常用的测量仪器存在总、分系统的联合调试以对应不
同的应用场景[6-7]。因此这就需要在充分挖掘利用设备的
使用场景和工作效率基础上,在特定测量仪器中集成更多
功能[8-10]。本文基于此,采用GPIB总线技术,通过软硬件
集成构建设计了一套自动测试系统。
1 通用接口总线
GPIB又称通用接口总线[11-12],其有24个接口插座并
将其并行的总线,如图1和图2所示,其中地线和屏蔽线
共有8根,信号传输线共有16根,其中接口管理线5根、
数据传输控制线3根、双向数据线8根。GPIB的通信方
式为异步通信,其字节为串行并使用8位并行的方式。传
输至GPIB系统需要通过总线,其分为听者、讲者和控者
三种[13-15]。其中讲者的作用为发出命令(数据),听者的作
用为接收命令(数据),控者为计算机(控制总线),其核心
作用为数据和命令的传输
。图1 GPIB接口插座功能图
图2 GPIB接口实物图
2 系统硬件设计
从硬件角度看,本文构建的系统可以划分为三个部
分,分别是测试部分、控制部分和其他部分。
测试部分的主要作用为对电性能等指标进行测试,主76 Microcontrollers&EmbeddedSystems 2019年第10期www.mesnet.com.cn 要元器件有噪声系数分析仪、误码仪、网络分析仪、衰减
器、矩阵开关、频率计、功率计、频谱仪和信号源等。控制
部分主要为计算机,一方面其为该系统软件运行的载体;
另一方面用来实现对被测试仪器和测试仪器的控制。其
他部分组成相对较为复杂,包括为系统提供动力的UPS(不间断电源),该电源具有续航能力强、安全系数高等优
点;GPIB卡为协助计算机主机对总线系统的各个功能接
口进行控制,该卡被固定在本系统的计算机主机机箱内部
的PCI卡槽中;GPIB光缆主要用于各个测试仪器和系统
控制器之间的连接,使之成为一个完整的系统;该系统中
还配备安装了一台打印机,主要作用为将测试结果的图表
和报告进行打印。
硬件具体的连接方式如图3所示。将若干个信号源
通过特定的接口与矩阵开关连接,为了便于解释,假定该
系统共有三个信号源(1、2、3),分别通过101、102、103三
个端口与矩阵开关1相连接。矩阵开关1共有6个端口,
其中104端口与频谱仪相连,106与外部的陪练设备1相
连。矩阵开关1的105端口与矩阵开关2相连。矩阵开
关2同样有6个端口,分别为201~206,其中201和202
分别与频率计和功率计相连,203~204分别与两个衰减
器驱动器相连,衰减器驱动器又与衰减器相连,最后与机
柜外部的被测设备相连,其中一个为发射器,另一个为接
收器。矩阵开关2通过206端口与矩阵开关3相连,矩阵
开关3同样具有6个端口,分别为301~306,其中301~
303端口分别与网络分析仪、赵峥系数分析仪和误码仪连
接,304和306分别与机箱外部相连。
图3 硬件系统连接图
3 系统软件设计
当确定系统测试某一项目后,只需设定系统的测试频点即可完成系统在某一特定频率下所有指标的测试。当
系统在测试过程中需要进行手动调节或者操作某个设备
时,系统会弹出相应的信息进行提示操作,当完成操作时
即可继续进行测试工作。此外,该系统可以将系统测试的
结果生成图、表或者报告等,并实现显示、存储和打印等多
个功能。
本系统的软件模块划分如图4所示,可以分为帮助模
块、维护模块、管理模块和测试模块4个部分,其中维护模
块的主要作用为数据的恢复及备份、系统的校准和自检以
及测试结果的查询处理。管理模块主要是对用户、参数、
测试项目及仪器仪表等进行管理。测试模块为本系统的
核心模块,其作用为进行超短波、短波、接力机、散射及卫
星指标等测试。
图4 该系统软件模块图
本文选取测试模块和管理模块进行分析介绍。①测试模块。测试模块系统流程图如图5所示,当用
户登录至系统后,系统会自动进行自检,然后连接至主程序,
主程序可以实现系统的设置、备份和恢复等功能,而且可以
进行指标测试、参数管理、项目管理和测试结果查询等,用户
可以通过图、表、报告等形式获得测试结果。
图5 测试模块系统流程图
②管理模块。本系统的管理系统主要是对仪表、参数、
测试指标和用户进行管理。其中用户管理主要是根据用户
身份的不同进行设置,主要有系统管理员、信息查询员和测 敬请登录网站在线投稿 2019年第10期 77 试员等。其中信息查询员的权限最低,只有查询测试结果的
权限,不能对系统中的其他数据做出任何改变和设置。测试
人员除了具备信息查询员的权限之外,还具有进行测试过程
控制、测试数据修改等权限。其中权限最高的为系统管理
员,具有修改、删除数据,更改某用户权限等功能。
图6 不同子系统之间的流程图本系统可以根
据各个子系统的不
同而分为5个子系
统,分别为通用测试
子系统、开关衰减子
系统、测量子系统、
激励子系统和主控
子系统。各个子系
统之间的关系如
图6所示。
其中测试的数
据库与主控子系统
相连,主控子系统还与输出系统相连,并通过GPIB总线
与测试子系统和开关衰减子系统相连。激励子系统也是
经过GPIB总线与各个子系统相连。测试子系统为被测
设备和开关衰减子系统之间的桥梁。
4 自动测试系统的应用分析
本文利用控制变量法对该系统的性能进行测试,选
用某一特定的被测机器,然后分别利用收到和自动测试
对其进行测试,为了验证其长期可靠性,本文选取特定频
率660MHz对18个标称值进行测试,具体的测试结果
如表1所列。
由表1可知,自动测试结果和手动测试结果的误差均
较小,最大绝对值均为0.05dBm,均远小于测量不确定
度。图7为手动测试结果和自动测试结果的误差值分析
图,由图可知,无论自动测试还是手动测试,误差值均没有
规律,为随机误差。
图7 测试结果误差分析图表1 测试结果表
序号频率/MHz标称值/dBm自动实测值/dBm自动差值/dBm手动实测值/dBm手动差值/dBm测量不确定度1660-20-20.04-0.04-19.950.050.09
2660-17-16.970.04-17.04-0.040.09
3660-37-37.03-0.03-37.000.000.09
4660-67-66.950.05-66.980.020.09
5660-59-59.03-0.03-59.05-0.050.09
6660-34-33.970.03-34.01-0.010.117660-65-64.960.04-65.000.010.11
8660-99-99.000.00-98.960.040.13
9660-78-77.960.05-77.980.020.13
10660-94-93.960.04-93.960.040.13
11660-49-49.000.00-49.000.000.13
12660-90-89.960.05-89.950.050.13
13660-77-77.05-0.05-76.970.030.13
14660-55-55.03-0.03-54.970.030.13
15660-85-84.970.04-84.990.010.13
16660-69-69.000.00-68.980.020.13
17660-29-28.960.05-29.04-0.040.13
18660-58-58.04-0.04-58.02-0.020.13
此外,通过近一年的使用可以发现该系统具有以下特
点:可以根据不同需求更改或更新模块从而重组或增加功
能;当输入数据或者操作错误时,系统会对上述操作进行
提醒,证明该系统具有较好的容错功能;采用的硬件配置
和软件系统均为目前国内外较新且成熟的,因此能较好地
适应新技术。
结 语
本文采用控制变量法分别对该系统自动测量和手动
测量两种不同方式进行了测试,测试结果表明,该系统精
度较高,误差远小于测量不确定度,长期稳定性较好。此
外,该系统还具有集成度高、自动化程度高等优点。
参考文献
[1]浮明军,刘昊昱,董磊超.智能变电站继电保护装置自动测试
系统研究和应用[J].电力系统保护与控制,2015(1):4044.[2]董磊超,刘昊昱,浮明军,等.智能变电站间隔层设备自动测
试系统研制[J].电力系统自动化,2015,39(5):147151.[3]刘飞,汪民,邬鹏程.基于GPIB接口的数字多用表自动化校
准系统设计[J].计量技术,2015(2):5862.[4]BuschS,BangertP,DombrovskiS,etal.UWE3,inorbit
performanceandlessonslearnedofamodularandflexible
satellitebusforfuturepicosatelliteformations[J].Acta
Astronautica,2015(117):7389.85
