時(shí)間：2022-04-19 04:55:34
序論：在您撰寫(xiě)電子測(cè)試論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
摘 要:針對(duì)電子設(shè)備發(fā)熱導(dǎo)致其可靠性下降的問(wèn)題,對(duì)某電子設(shè)備機(jī)箱內(nèi)部PCB(Printed Circuit Board)板強(qiáng)迫風(fēng)冷的散熱特性進(jìn)行熱測(cè)試實(shí)驗(yàn),利用熱分析軟件ICEPAK對(duì)該設(shè)備的工作情況進(jìn)行熱仿真,并比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果,結(jié)果表明二者一致性較好. 分析數(shù)值仿真產(chǎn)生誤差的因素并提出改進(jìn)數(shù)值仿真的方法. 該研究表明數(shù)值仿真可以為電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供依據(jù).
關(guān)鍵詞:熱仿真; 熱測(cè)試; 電子設(shè)備; ICEPAK
0 引 言
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展,電子設(shè)備不斷向高功率?高密度方向發(fā)展,如果各種發(fā)熱元件散發(fā)出來(lái)的熱量不能及時(shí)散發(fā)出去,各個(gè)元器件的溫度就會(huì)超過(guò)各自所能承受的極限,導(dǎo)致電子設(shè)備可靠性大大降低.這就要求對(duì)工作溫度有較高要求的電子設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計(jì).[1]目前,對(duì)電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)工作主要采取數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法.在對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行風(fēng)冷熱測(cè)試實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,進(jìn)行軟件熱分析仿真,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果,從而指導(dǎo)軟件熱分析,為進(jìn)一步做好電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì),保證電子設(shè)備正常?可靠的工作打下基礎(chǔ).
1 熱測(cè)試方案與實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1.1 熱測(cè)試方案
實(shí)驗(yàn)在西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院自行研制的DF―1型低速風(fēng)洞中進(jìn)行,被測(cè)試電子設(shè)備結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1.在PCB(Printed Circuit Board)板上用型號(hào)為HW200JB8的厚膜電阻模擬發(fā)熱元件,電阻值為25 Ω,其安裝形式見(jiàn)圖2.
每塊PCB板按順序排列25個(gè)發(fā)熱元件,6塊PCB板構(gòu)成5個(gè)通道,其中5和6號(hào)板為光板,1號(hào)板為元件并聯(lián)板,2,3和4號(hào)板為元件串并聯(lián)混合布置,通過(guò)加載不同的電壓可得到元件上不同的功率分布變化.[2]
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
(1)低速風(fēng)洞: 工作段面積為300 mm× 400 mm,風(fēng)洞通過(guò)嚴(yán)格設(shè)計(jì)完成,在工作段無(wú)物體時(shí)可保證段內(nèi)各點(diǎn)風(fēng)速相等.
(2)風(fēng)速測(cè)量?jī)x:用以測(cè)量風(fēng)洞的實(shí)際流速.
(3)ATM―3型多點(diǎn)溫度測(cè)試儀:可1次測(cè)量63個(gè)溫度點(diǎn).
(4)銅―康銅熱電偶:測(cè)溫范圍為-260~ +300 ℃.
(5)穩(wěn)壓電源:模擬PCB板加電狀態(tài).
實(shí)驗(yàn)的主要目的是研究電子設(shè)備在不同工況條件下的散熱特性,因此測(cè)試時(shí)將被測(cè)電子設(shè)備放在低速風(fēng)洞工作段中,分別對(duì)4塊板加不同的電壓,以模擬功率變化的情況:1號(hào)板加電壓為1~3 V;2號(hào)板為5 V,10 V,20 V,30 V變化;3號(hào)和4號(hào)板為 10 V,15 V,20 V變化.通過(guò)改變?nèi)肟陲L(fēng)速與PCB板間距等進(jìn)行熱測(cè)試,主要測(cè)試元件表面?背面與入出口的溫度以及風(fēng)洞內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)的流速.
2 數(shù)值模擬
2.1 模型的建立和求解
用ICEPAK進(jìn)行熱仿真的過(guò)程可分為5個(gè)基本步驟[3]:建立計(jì)算模型,設(shè)定問(wèn)題參數(shù),劃分網(wǎng)格,求解計(jì)算和后處理.
圖3為在ICEPAK中模擬該電子設(shè)備實(shí)際工作環(huán)境所建立的物理模型.
被測(cè)電子設(shè)備水平放于風(fēng)洞工作段內(nèi),用openning模擬風(fēng)洞的入口與出口,在入口openning處可設(shè)定不同的流速;風(fēng)洞用cabinet模擬,4面絕熱;PCB板與底板固連,底板材料為鋁;設(shè)置厚膜發(fā)熱電阻與PCB板緊密固連.在數(shù)值仿真中先根據(jù)每個(gè)PCB板所加不同電壓計(jì)算出每個(gè)發(fā)熱元件的熱功率,再將所得熱功率加載到每個(gè)熱源上.
該模型的主要參數(shù)為流體狀態(tài).通過(guò)軟件自動(dòng)計(jì)算得到的普朗特?cái)?shù)和雷諾數(shù)可以確定流體類(lèi)型為紊流.根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)工況,設(shè)置環(huán)境溫度和風(fēng)速等邊界條件[4].實(shí)驗(yàn)主要為強(qiáng)迫風(fēng)冷,因此忽略輻射換熱與重力影響.
由于PCB板上的發(fā)熱元件排列緊密,為了得到較精確的計(jì)算結(jié)果,要保證在發(fā)熱元件周?chē)休^細(xì)的網(wǎng)格劃分.然而整個(gè)風(fēng)洞容積較大,如果采用相同精細(xì)的網(wǎng)格對(duì)整個(gè)風(fēng)洞進(jìn)行網(wǎng)格劃分,將使得求解時(shí)間大大增加.因此,對(duì)每塊PCB板及其安裝的發(fā)熱元件建立1個(gè)assemble ,適當(dāng)調(diào)整assemble的大小,以保證在PCB板與元件周?chē)休^細(xì)的網(wǎng)格劃分,風(fēng)洞內(nèi)其他部分使用較粗的網(wǎng)格,而計(jì)算精度不受影響.最終網(wǎng)格劃分HEXAS數(shù)量為128 830,NODES數(shù)量為142 084.在設(shè)置好求解殘差和迭代次數(shù)之后開(kāi)始求解并最終收斂.
2.2 計(jì)算結(jié)果
對(duì)熱測(cè)試中幾組不同工況下的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真計(jì)算,圖4為1號(hào)PCB板在入口風(fēng)速為1.5 m/s和25.5 ℃環(huán)境溫度條件下的溫度云圖.
從圖4中可見(jiàn)在流體入口處元件溫度低于出口處元件,與熱測(cè)試結(jié)果相同.熱分析結(jié)果相對(duì)于熱測(cè)試的大量數(shù)據(jù)結(jié)果顯得更加直觀明了.
對(duì)熱測(cè)試中幾組不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.圖5為環(huán)境溫度25.5 ℃,風(fēng)速1 m/s條件下2號(hào)PCB板加不同電壓時(shí),中間元件溫度變化的測(cè)試與計(jì)算結(jié)果.從圖中可以看出,當(dāng)電壓改變時(shí),元器件的溫升有較大幅度增長(zhǎng),顯示計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果具有良好的一致性.
圖6為環(huán)境溫度25.5 ℃,U1=U4=3 V,U2= 5 V ,U3=15 V條件下1號(hào)PCB板上某一元件正面和反面測(cè)點(diǎn)溫度的測(cè)試與計(jì)算結(jié)果.從結(jié)果可見(jiàn)隨著風(fēng)速的增大,發(fā)熱元件正反面的溫度逐漸降低,這表明仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果吻合較好.從圖中可以發(fā)現(xiàn)在0 m/s工況下計(jì)算結(jié)果較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大偏差,這主要是由于此時(shí)被測(cè)設(shè)備處于自然散熱狀況,而在仿真中沒(méi)有考慮重力與輻射傳熱的影響,造成溫度偏高.
圖7為環(huán)境溫度25.5 ℃,U1=U4=3 V,U2= 5 V ,U3=15 V條件下2號(hào)PCB板入出口測(cè)點(diǎn)溫度測(cè)試與計(jì)算結(jié)果.數(shù)值仿真結(jié)果表明隨著風(fēng)速的增大,PCB板入出口的溫差逐漸降低,與測(cè)試結(jié)果一致.由于在入出口處無(wú)熱源且流體相對(duì)處于層流狀態(tài),因此數(shù)值仿真誤差較小.圖 7 不同風(fēng)速下PCB2入出口測(cè)點(diǎn)溫度
將數(shù)值仿真結(jié)果與熱測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),計(jì)算發(fā)熱元件表面的溫度要高于實(shí)際測(cè)量結(jié)果,而計(jì)算PCB板入出口處的溫度要低于實(shí)際測(cè)量結(jié)果,這主要是因?yàn)閷?shí)際發(fā)熱元件與PCB板之間存在由熱源管腳到PCB板的熱傳導(dǎo),而在熱仿真中只是模擬熱源與PCB板的固連熱傳導(dǎo),沒(méi)有模擬管腳的熱傳導(dǎo),造成部分熱量沒(méi)有從熱源傳導(dǎo)至PCB板上,從而產(chǎn)生上述結(jié)果.預(yù)計(jì)如果考慮上述影響,通過(guò)更詳細(xì)的建模分析,可以得到更精確的仿真結(jié)果,這對(duì)進(jìn)一步改進(jìn)熱分析,提高數(shù)值仿真精度具有指導(dǎo)意義.
3 結(jié) 論
在對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷熱測(cè)試的基礎(chǔ)上,運(yùn)用熱分析軟件進(jìn)行數(shù)值仿真,并將計(jì)算結(jié)果與熱測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,表明計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果具有較好的一致性,并從數(shù)據(jù)對(duì)比中得出改進(jìn)熱仿真的方法.電子設(shè)備的熱測(cè)試與數(shù)值仿真都是進(jìn)行熱設(shè)計(jì)的重要手段,只有將兩者更好地結(jié)合運(yùn)用,才能進(jìn)一步做好電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),保證電子設(shè)備正常?可靠的工作.
上海聚墨儀器有限公司 邢詠紅
摘要：針對(duì)汽車(chē)電子的測(cè)試要求的日益增高，本文介紹了一種基于虛擬儀器的測(cè)試平臺(tái)，可以極大地方便汽車(chē)電子產(chǎn)品的測(cè)試。
關(guān)鍵詞： 虛擬儀器；汽車(chē)測(cè)試；LabVIEW PXI
隨著半導(dǎo)體及軟件技術(shù)的快速發(fā)展，汽車(chē)電子在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中所占比例越來(lái)越大。從汽車(chē)的舒適性到穩(wěn)定性乃至安全性的實(shí)現(xiàn)中，汽車(chē)電子產(chǎn)品都擔(dān)任著至關(guān)重要的角色，并且正發(fā)揮著越來(lái)越廣泛的作用。汽車(chē)電子產(chǎn)品廠商也正面臨著巨大的市場(chǎng)挑戰(zhàn)――提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本等等。
在這樣的條件下，對(duì)汽車(chē)電子產(chǎn)品的測(cè)試設(shè)備的要求日益增高，主要體現(xiàn)在以下方面。
復(fù)雜的測(cè)試要求
汽車(chē)電子產(chǎn)品在整車(chē)系統(tǒng)中的比例和實(shí)現(xiàn)的功能不斷增加，要求其具有豐富的功能；隨著基于CAN、K-Line、LIN等總線的車(chē)身網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，還需要實(shí)現(xiàn)單個(gè)設(shè)備與整車(chē)網(wǎng)絡(luò)之間可靠的實(shí)時(shí)通訊。這都要求汽車(chē)電子產(chǎn)品出廠前需要經(jīng)歷復(fù)雜的功能和參數(shù)測(cè)試過(guò)程，從而保證產(chǎn)品滿足車(chē)廠所規(guī)定的功能上及質(zhì)量上的諸多要求。
嚴(yán)格的質(zhì)量管理流程
除了能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)試功能，測(cè)試設(shè)備還需要保存測(cè)試數(shù)據(jù)、提供測(cè)試數(shù)據(jù)在線分析功能，并能方便地?fù)?jù)此進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)計(jì)(SPC)，如測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)和工序能力指數(shù)(Cpk)等，從而作為企業(yè)質(zhì)量管理的數(shù)據(jù)來(lái)源。
開(kāi)發(fā)現(xiàn)測(cè)試周期
目前汽車(chē)廠商推出新車(chē)型的周期越來(lái)越短，以滿足不斷發(fā)展的市場(chǎng)要求。對(duì)于在國(guó)外設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品而言，國(guó)內(nèi)廠商需要在短時(shí)間內(nèi)建立完整的測(cè)試線；而對(duì)于國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的汽車(chē)電子產(chǎn)品，往往要求測(cè)試線不但能夠進(jìn)行出廠前測(cè)試，還需要承擔(dān)部分設(shè)計(jì)驗(yàn)證任務(wù)，因而在產(chǎn)品研發(fā)階段就要實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)需要預(yù)先考慮由于產(chǎn)品改進(jìn)而引起的測(cè)試設(shè)備變動(dòng)。
苛刻的時(shí)間要求還體現(xiàn)在提高測(cè)試效率上。對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，利用功能單一、需要操作人員手工操作的傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備很難達(dá)到時(shí)間和質(zhì)量上的要求。因此使用自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備成為提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量必不可少的條件。
成本控制
汽車(chē)電子廠商往往需要生產(chǎn)多種型號(hào)、具有類(lèi)似測(cè)試要求的產(chǎn)品，這就要求測(cè)試設(shè)備具有可復(fù)用性，可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品共用同一條測(cè)試線，以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的，同時(shí)也降低了設(shè)備維護(hù)的開(kāi)支。
如果完全采用進(jìn)口測(cè)試設(shè)備，則設(shè)備的引進(jìn)及維護(hù)成本高、檢修周期長(zhǎng)，已經(jīng)有越來(lái)越多的廠商在考慮將進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，利用本地的供應(yīng)商或自行開(kāi)發(fā)和維護(hù)。
由以上可見(jiàn)，在汽車(chē)電子產(chǎn)品測(cè)試中，所采用的測(cè)試設(shè)備是一種需要根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品的不同而快速靈活定制、能夠提供豐富的測(cè)試功能、便于本土工程師快速開(kāi)發(fā)及維護(hù)的軟、硬件平臺(tái)。
測(cè)試平臺(tái)
針對(duì)以上應(yīng)用需求，本文介紹一種基于虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)電子測(cè)試平臺(tái)，可以極大地方便各廠商進(jìn)行汽車(chē)電子產(chǎn)品測(cè)試。
如圖1所示，該測(cè)試平臺(tái)基于虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建，由兩部分組成――軟件和硬件。硬件采用美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)的PXI模塊化儀器；軟件采用NI的LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言和TestStand測(cè)試管理軟件開(kāi)發(fā)。
硬件組成
PXI是一種專(zhuān)為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺(tái)，具備系統(tǒng)的模塊化、容易集成、容易裝卸和連接，以及方便提高設(shè)備同步與觸發(fā)精確度等卓越特性。
同時(shí)PXI模塊化儀器具有豐富的產(chǎn)品，如NI所生產(chǎn)的PXI模塊在汽車(chē)電子產(chǎn)品測(cè)試領(lǐng)域中所適用的有各種模擬和數(shù)字信號(hào)采集、調(diào)理、信號(hào)多路復(fù)用及矩陣連接控制、各種總線接口、射頻及任意信號(hào)發(fā)生器等等。可為汽車(chē)電子廠商提供寬廣的選擇余地。
圖2示出一組典型的用于汽車(chē)電子產(chǎn)品檢測(cè)的PXI模塊化儀器，其中包括了基于Pentium CPU的PXI控制器、由數(shù)字萬(wàn)用表和多路復(fù)用開(kāi)關(guān)及矩陣開(kāi)關(guān)組成的多路電流，電壓測(cè)試系統(tǒng)、用于產(chǎn)生汽車(chē)收音機(jī)電臺(tái)信號(hào)的射頻信號(hào)發(fā)生器、汽車(chē)收音機(jī)音頻分析儀等設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，汽車(chē)電子產(chǎn)品廠商通常利用產(chǎn)品本身具有的總線，如CAN、K－Line等，開(kāi)放特定的控制指令用于產(chǎn)品狀態(tài)控制，從而無(wú)需人工干預(yù)。因此在這些模塊化儀器中，通常包含一個(gè)總線控制器(如CAN、K。Line、LIN控制器等)。除此以外，通常配置一塊具有寬電壓輸入輸出和光隔的DIO卡，用于與自動(dòng)化生產(chǎn)線之間進(jìn)行時(shí)序同步和夾具控制等。
圖2的示例中包括了各種經(jīng)常用到的汽車(chē)電子產(chǎn)品測(cè)試儀器。在大多數(shù)應(yīng)用中，可以對(duì)上述模塊化儀器進(jìn)行定制，選用其中的一部分儀器，即可實(shí)現(xiàn)如汽車(chē)收音機(jī)(包括VCD／D V D／導(dǎo)航)、儀表板、行車(chē)記錄儀、HVAC(Heating，Ventilation and Air Condition―ing)等產(chǎn)品在PCB及整機(jī)狀態(tài)下的功能及參數(shù)測(cè)試。
軟件組成
如圖3所示，汽車(chē)電子測(cè)試平臺(tái)中的軟件部分由產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)程序、測(cè)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、測(cè)試項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)、測(cè)試序列(Test Sequence)和用戶定制程序(如用戶操作界面、測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件)等部分組成。
產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)程序――用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)產(chǎn)品的程序控制，通常由各種總線方式(如CAN、K―Line、串口等)進(jìn)行控制。以達(dá)到無(wú)需人工設(shè)置產(chǎn)品狀態(tài)而進(jìn)行測(cè)試的目的。對(duì)于特定類(lèi)型的產(chǎn)品，需要進(jìn)行控制的參數(shù)通常是統(tǒng)一的，與型號(hào)無(wú)關(guān)的。例如對(duì)于汽車(chē)收音機(jī)的音頻測(cè)試，不論任何型號(hào)，所需要控制的參數(shù)通常有音量、波段、調(diào)諧頻率、音效控制等。從而保證在為新型號(hào)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)測(cè)試軟件時(shí)，無(wú)需修改調(diào)用它們的函數(shù)，只需要重新開(kāi)發(fā)一組符合預(yù)先定義的接口類(lèi)型的收音機(jī)控制程序即可。
測(cè)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序――主要指PXI模塊化儀器的驅(qū)動(dòng)，用于保證儀器的正常操作和向開(kāi)發(fā)者提供應(yīng)用程序接口(API)。這一部分無(wú)需用戶自行開(kāi)發(fā)，PXI模塊化儀器的生產(chǎn)廠商會(huì)隨硬件提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，通常還具備界面簡(jiǎn)單、易操作的硬件管理環(huán)境(如NI的MAX)，通過(guò)這個(gè)硬件管理環(huán)境，用戶無(wú)需編程即可實(shí)現(xiàn)硬件自檢、手動(dòng)測(cè)試、硬件配置等功能。
測(cè)試項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)部分――是產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)程序和測(cè)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)合。汽車(chē)電子產(chǎn)品廠商針對(duì)其不同產(chǎn)品，都會(huì)有特定的測(cè)試規(guī)范，而同一類(lèi)型產(chǎn)品的測(cè)試規(guī)范通常是相同的。一旦根據(jù)廠商的要求開(kāi)發(fā)完成，在構(gòu)建同類(lèi)產(chǎn)品測(cè)試線時(shí)不用或很少更改測(cè)試項(xiàng)目的執(zhí)行程序。
測(cè)試序列――按照廠商所有的測(cè)試要求，將測(cè)試項(xiàng)目組合起來(lái)，就構(gòu)成了一個(gè)測(cè)試序列。在此平臺(tái)中，測(cè)試序列的表現(xiàn)形式為．seq文件(TestStand文件)。在這個(gè)測(cè)試序列中實(shí)現(xiàn)了所有的數(shù)據(jù)采集、分析、記錄功能。
用戶定制程序――包括用戶操作界面和 測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件等。在此測(cè)試平臺(tái)中，用戶操作界面和測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件作為一個(gè)通用的組件，可以應(yīng)用于各種產(chǎn)品的測(cè)試線上，而無(wú)需任何修改。
該軟件平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：
同一個(gè)測(cè)試軟件平臺(tái)可以測(cè)試不同型號(hào)的同類(lèi)產(chǎn)品。
由于同類(lèi)產(chǎn)品的測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法通常是相似的，因此軟件中的測(cè)試項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)部分只需要針對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的配置，就可用于所有具有相同測(cè)試方法的測(cè)試項(xiàng)目，用戶無(wú)需重新編寫(xiě)代碼。
同一個(gè)測(cè)試序列可以在不同測(cè)試站上運(yùn)行。
考慮到產(chǎn)品平均出廠時(shí)間的限制，廠商在選擇PXI模塊化儀器時(shí)，通常會(huì)選用多個(gè)測(cè)試站來(lái)分擔(dān)全部測(cè)試時(shí)間。這些測(cè)試站可以具有相同或相似的配置，在某些測(cè)試站上還會(huì)采用GPIB儀器以充分利用現(xiàn)有資源。如果其中一臺(tái)測(cè)試站發(fā)生故障，該站上的測(cè)試軟件可以在無(wú)需重新編寫(xiě)程序的條件下完成測(cè)試站的互換，只需要更改測(cè)試設(shè)備的資源名稱(chēng)。而測(cè)試設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中已經(jīng)同時(shí)支持了PXI模塊化儀器和傳統(tǒng)GPIB儀器。
開(kāi)發(fā)及維護(hù)時(shí)間大大縮短
從圖3中可以看到，除了被測(cè)產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)程序和測(cè)試序列會(huì)隨著被測(cè)產(chǎn)品不同而變化，其它部分在一次開(kāi)發(fā)完成后無(wú)需或很少改動(dòng)。因此大多數(shù)情況下，無(wú)論是系統(tǒng)集成商還是廠商自己的開(kāi)發(fā)工程師都只需要將精力投入到特定的被測(cè)產(chǎn)品控制和實(shí)現(xiàn)測(cè)試序列上。
同時(shí)，由于在一個(gè)工廠內(nèi)采用了統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，極大地減少了軟件維護(hù)的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。不同的測(cè)試線對(duì)工程師的要求也趨于統(tǒng)一，從而降低了因人員流動(dòng)而造成的風(fēng)險(xiǎn)。
應(yīng)用實(shí)例
某汽車(chē)電子廠商選用了上海聚星儀器有限公司的汽車(chē)電子測(cè)試平臺(tái)組成汽車(chē)收音機(jī)的測(cè)試線，為了滿足產(chǎn)品Cycle Time的要求，采用七個(gè)PXI測(cè)試站來(lái)分擔(dān)上百個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。其中兩個(gè)測(cè)試站進(jìn)行PCB形態(tài)的測(cè)試，如PCB上的測(cè)點(diǎn)電壓、電流等參數(shù)；另外的測(cè)試站均為整機(jī)形態(tài)的測(cè)試，如調(diào)校、CD／MP3、AM／FM、音效控制、寫(xiě)入產(chǎn)品追蹤及生產(chǎn)信息等等。如圖4所示。
每個(gè)測(cè)試站上運(yùn)行不同的測(cè)試序列，但采用相同的用戶操作界面和測(cè)試數(shù)據(jù)管理軟件。
由于采用了基于虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)電子測(cè)試平臺(tái)，目前該測(cè)試線同時(shí)承擔(dān)了三種類(lèi)型、十幾個(gè)型號(hào)的汽車(chē)收音機(jī)自動(dòng)測(cè)試任務(wù)，而該測(cè)試平臺(tái)的維護(hù)只需要一個(gè)工程師即可完成。
結(jié)語(yǔ)
基于虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)電子測(cè)試平臺(tái)能夠有效的滿足日趨復(fù)雜的測(cè)試要求，提高測(cè)試線的開(kāi)發(fā)效率并降低生產(chǎn)成本，正逐漸成為汽車(chē)電子產(chǎn)品測(cè)試領(lǐng)域中新的趨勢(shì)。
摘要：伴隨著經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化，電子制造產(chǎn)業(yè)受到很大沖擊，與電子產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的測(cè)試技術(shù)也隨著市場(chǎng)重點(diǎn)的變化而變化，本文通過(guò)對(duì)多家公司的訪談，探索新形勢(shì)下電子測(cè)試技術(shù)需求新趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：電子測(cè)試；無(wú)線測(cè)試；測(cè)試測(cè)量；3G
對(duì)于電子技術(shù)來(lái)說(shuō)，測(cè)試測(cè)量幾乎貫穿了每個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的全過(guò)程，并且成為電子工程師必須掌握的一項(xiàng)技能。受電子業(yè)整體低迷的影響，電子測(cè)試市場(chǎng)近期有所下滑。但總的來(lái)說(shuō)，測(cè)試行業(yè)市場(chǎng)需求有升有降，技術(shù)發(fā)展的需求增強(qiáng)。普通家用電子產(chǎn)品和通信產(chǎn)品行業(yè)許多企業(yè)處于困難時(shí)期，產(chǎn)量下降。近期沒(méi)有生產(chǎn)擴(kuò)容需求。因此。作為質(zhì)量控制的生產(chǎn)線測(cè)試市場(chǎng)需求有所下降。隨著目前3G的興起和發(fā)展，一些技術(shù)領(lǐng)先的企業(yè)和研發(fā)以及檢測(cè)機(jī)構(gòu)，要求測(cè)試測(cè)量行業(yè)提供順應(yīng)通信標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)發(fā)展的儀表。因此針對(duì)研發(fā)和檢測(cè)市場(chǎng)需求是增長(zhǎng)的?！≈袊?guó)市場(chǎng)的測(cè)試測(cè)量需求依然在提升，有數(shù)據(jù)顯示，2008年國(guó)內(nèi)電子測(cè)試儀器進(jìn)口量有明顯的增長(zhǎng)。而中國(guó)擴(kuò)大內(nèi)需的政府舉措更是給測(cè)試測(cè)量產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)巨大的空間。據(jù)粗算。2009年一季度大部分測(cè)試儀器廠商在中國(guó)國(guó)有企業(yè)和科研院所方面的銷(xiāo)售有相當(dāng)程度地提升。
抓住市場(chǎng)成長(zhǎng)的熱點(diǎn)
雖然遭遇經(jīng)濟(jì)危機(jī)，但并不是每個(gè)行業(yè)都受到牽連，有些產(chǎn)業(yè)依然蓬勃發(fā)展，因此，一些市場(chǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域依然存在著促使測(cè)試測(cè)量廠商取得突破的機(jī)遇，比如對(duì)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的支持，又如一貫是測(cè)試測(cè)量重要應(yīng)用的國(guó)防和航天，更有最近逐漸興起的3G網(wǎng)絡(luò)。
測(cè)試與測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與電子行業(yè)的發(fā)展密不可分。即使遇到一些問(wèn)題，電子行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力依然來(lái)自于消費(fèi)者對(duì)體積更小、功能更強(qiáng)、更多互連計(jì)算和通信產(chǎn)品的需求。為滿足這些需求，電子企業(yè)不斷推出新產(chǎn)品，將新無(wú)線協(xié)議、新電池技術(shù)、新元件和半導(dǎo)體技術(shù)等各種功能集成在這些電子產(chǎn)品中，并且這一趨勢(shì)在每一代新產(chǎn)品中的應(yīng)用似乎逐漸加快了，所有這些都促使測(cè)試行業(yè)必須采用新的方法去測(cè)試這些新型產(chǎn)品和前沿技術(shù)。吉時(shí)利公司認(rèn)為，目前這方面的熱點(diǎn)包括：對(duì)于每種新的無(wú)線協(xié)議都相應(yīng)需要新的測(cè)試方法和測(cè)量?jī)x器；工藝尺寸低達(dá)45nm甚至更小，半導(dǎo)體小型化的每一次新進(jìn)展都要求測(cè)量技術(shù)相應(yīng)進(jìn)步；要想制造出世界上最便宜的筆記本電腦或手機(jī)，也需要對(duì)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行革新，不斷降低購(gòu)買(mǎi)價(jià)格，降低測(cè)試成本。解決所有復(fù)雜的問(wèn)題都需要進(jìn)行更多的測(cè)試。在生產(chǎn)條件下以最高的產(chǎn)能進(jìn)行更多的數(shù)據(jù)采集和分析工作，以改進(jìn)這些新工藝。
上海橫河國(guó)際貿(mào)易有限公司市場(chǎng)總監(jiān)吳啟堯則認(rèn)為，一方面隨著新興國(guó)家的崛起，帶來(lái)了能耗的直線上升，使全球變暖及污染日趨嚴(yán)重，為了應(yīng)對(duì)能源緊張及環(huán)境保護(hù)。節(jié)能、環(huán)保、新能源成為全球發(fā)展的共同課題。另一方面，中國(guó)國(guó)內(nèi)的3G牌照發(fā)放也會(huì)帶來(lái)新一輪的大規(guī)模建設(shè)和投資，而在3G建設(shè)的同時(shí)已經(jīng)在逐步向4G領(lǐng)域邁進(jìn)。無(wú)線通信已經(jīng)不再單單局限在通話這一簡(jiǎn)單的功能，而是從照相功能、音樂(lè)功能向網(wǎng)絡(luò)功能和電視功能等全面邁進(jìn)。而這些也給作為領(lǐng)域排頭兵的測(cè)試測(cè)量行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇和課題。隨著新能源的逐步開(kāi)發(fā)和節(jié)能技術(shù)的不斷成熟。變頻控制器越來(lái)越被廣大行業(yè)領(lǐng)域所重視。另外、芯片功能的不斷加強(qiáng)也同時(shí)帶動(dòng)了多通道數(shù)字領(lǐng)域測(cè)試測(cè)量要求的提高。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用將對(duì)高速、快捷的通信領(lǐng)域提出更高的要求。這些領(lǐng)域都要求測(cè)試技術(shù)在多通道、高頻率、高精度等方面能更上一層樓。
同樣看好3G市場(chǎng)的還有羅德與施瓦茨中國(guó)有限公司產(chǎn)品支持部產(chǎn)品經(jīng)理陳峰，他認(rèn)為近期在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域有兩大熱點(diǎn)：3G移動(dòng)通信和航天與軍用測(cè)試。3G通信測(cè)試可以分很多方面，如關(guān)于核心網(wǎng)的測(cè)試、基站子系統(tǒng)的測(cè)試以及終端的測(cè)試等，可能需要進(jìn)行射頻輻射測(cè)試(包括EMC測(cè)試)、射頻傳導(dǎo)測(cè)試、協(xié)議測(cè)試、SIM測(cè)試、音頻測(cè)試、CTIA/OTA測(cè)試、SAR測(cè)試、產(chǎn)品安全性測(cè)試等。航天和軍事領(lǐng)域的測(cè)試涵蓋范圍極廣。在射頻微波測(cè)試方面，包括衛(wèi)星測(cè)控、雷達(dá)測(cè)試、環(huán)境仿真、材料測(cè)試、元部件測(cè)試、基帶測(cè)試、天線測(cè)試、信號(hào)仿真與分析等等。對(duì)于羅德與施瓦茨公司而言，保持技術(shù)領(lǐng)先并不斷創(chuàng)新是公司的基本方針。在通信測(cè)試領(lǐng)域，保持著與3Gpp標(biāo)準(zhǔn)的同步和前瞻性的統(tǒng)一，隨著目前3G和LTE的飛速發(fā)展，帶來(lái)的是公司新的機(jī)遇；在航天與國(guó)防領(lǐng)域，無(wú)論是飛船和衛(wèi)星、新型飛機(jī)和雷達(dá)還是艦船和航母，都給公司的發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇，同時(shí)也是挑戰(zhàn)。
泰克亞太區(qū)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理孫志強(qiáng)則從我們身處的“全新的數(shù)字時(shí)代”的5大市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力具體分析了測(cè)試技術(shù)發(fā)展新趨勢(shì)。
?基于數(shù)字RF技術(shù)的全新RF和微波市場(chǎng)：
?需要對(duì)隨時(shí)間變化RF信號(hào)進(jìn)行跟蹤、監(jiān)視和捕獲分析；
?需要對(duì)“寬帶”RF信號(hào)無(wú)縫“復(fù)制”、分析；
?可定制的靈活測(cè)試完整方案。
?基于數(shù)字視頻技術(shù)的全新視頻應(yīng)用：
?既要對(duì)傳統(tǒng)的視頻技術(shù)又要對(duì)全新的數(shù)字視頻進(jìn)行測(cè)試；
?對(duì)全新的數(shù)字視頻內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試分析；
?高效靈活的數(shù)字視頻測(cè)試方案。
?基于高速串行技術(shù)的全新計(jì)算、通信和娛樂(lè)應(yīng)用：
?對(duì)復(fù)雜的高速系統(tǒng)進(jìn)行“全信號(hào)通路”檢測(cè)和分析(從發(fā)射端，到中間連接，到接收端)；
?針對(duì)高速信號(hào)系統(tǒng)測(cè)試。要設(shè)備具有極高的信號(hào)保真度(即要測(cè)試設(shè)備有“全量程”的最低“噪聲”)；
?高效靈活的測(cè)試解決方案，縮短用戶產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。
?基于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的全新而廣泛電子應(yīng)用：
?需要對(duì)大量“新技術(shù)”一之前只在高速系統(tǒng)中使用的技術(shù)，現(xiàn)在也廣泛應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)；
?需要對(duì)混合信號(hào)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試分析；
?針對(duì)多樣化的總線，需要高效靈活的測(cè)試方案。
?基于無(wú)線通信技術(shù)的全新下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：
?以中國(guó)為例，需要最全面的能夠支持包括CDMA2000，WCDMA，TD以及核心網(wǎng)的NGN、WiMAX、LTE在內(nèi)的各種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)和終端測(cè)試解決方案；
?需要有支持2G/3G融合互操作的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化解決方案和管理QoS客戶體驗(yàn)的質(zhì)量分析方案；下一代通信不只是技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，更重要是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和用戶管理。
挑戰(zhàn)與解決策略
對(duì)于測(cè)試測(cè)量廠商來(lái)說(shuō)，不僅僅要針對(duì)技術(shù)需求的重點(diǎn)來(lái)進(jìn)行策略調(diào)整，同時(shí)還要面對(duì)測(cè)試工程師提出的更多新要求，像如何滿足多樣化的測(cè)量需求和任務(wù)?如何降低選擇和使用測(cè)試儀器的風(fēng)險(xiǎn)?如何加快用戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)和調(diào)試周期?如何幫助用戶儀器投資最大化和產(chǎn)品創(chuàng)新?以上種種 挑戰(zhàn)，歸結(jié)到一點(diǎn)就是：現(xiàn)在我們身處在一個(gè)以方案為中心，以需求為導(dǎo)向，以服務(wù)為根本的新型電子測(cè)試市場(chǎng)。
面臨的挑戰(zhàn)中很重要的一點(diǎn)是如何在改進(jìn)性能的同時(shí)降低測(cè)試成本。當(dāng)然，改進(jìn)性能涉及到很多方面，與實(shí)際應(yīng)用是不同的。在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中，改進(jìn)性能通常意味著實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量精度。在生產(chǎn)條件下，中心問(wèn)題是提高產(chǎn)能同時(shí)保持測(cè)量可重復(fù)性和精度。在這兩種情況下，最復(fù)雜的事情是上一問(wèn)題中所提到的快速變化的環(huán)境；每當(dāng)一種測(cè)量系統(tǒng)或測(cè)量方案變得比較完善時(shí)，似乎另外一種新的無(wú)線協(xié)議又需要進(jìn)行測(cè)試，或者半導(dǎo)體器件的幾何尺寸又在邁向45nm的道路上經(jīng)過(guò)了新一輪“縮小”，從而必須要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)甚至重新構(gòu)建。降低這種情況下的測(cè)試成本意味著儀器制造商必須在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)極富創(chuàng)意。他們的設(shè)計(jì)是否向后兼容之前的產(chǎn)品?是否能夠?qū)⒍喾N儀器的功能集成到一套工具中，或者在尺寸更小的設(shè)備中集成更多的通道?是否集成了智能的固件和軟件功能。從而縮短系統(tǒng)配置和調(diào)試所需的時(shí)間?
吉時(shí)利公司認(rèn)為。應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)必須不斷創(chuàng)新，其中包括研制出靈活而實(shí)用的測(cè)量?jī)x器。例如。一種能夠在不同環(huán)境下用于不同測(cè)試的儀器，或者集成多種功能的單臺(tái)儀器，能夠節(jié)省用戶購(gòu)買(mǎi)多臺(tái)儀器分別執(zhí)行各個(gè)任務(wù)的投資成本。很多先進(jìn)材料。包括納米技術(shù)和基于半導(dǎo)體的材料，都需要進(jìn)行多種電氣測(cè)量，例如超低電流和/或超高電阻特征分析。吉時(shí)利已經(jīng)在低壓測(cè)量領(lǐng)域獲得了經(jīng)驗(yàn)。雖然吉時(shí)利在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，仍不斷推進(jìn)測(cè)量技術(shù)，降低對(duì)產(chǎn)能增大的敏感性，提高生產(chǎn)良率，降低測(cè)試成本。
羅德與施瓦茨陳峰則展望了在通信和航天與軍用測(cè)試領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展需求及挑戰(zhàn)。新的電子技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在通信技術(shù)和航天與國(guó)防技術(shù)的發(fā)展，具體頻率和帶寬以及數(shù)字處理的能力的提高，因此，測(cè)量技術(shù)在這方面也要隨之提高。需要有更高的速度、更寬的帶寬和更高的精度。在通信領(lǐng)域，LTE的應(yīng)用是近期發(fā)展的目標(biāo)；在航天與國(guó)防領(lǐng)域，新的測(cè)控技術(shù)、新型飛機(jī)與艦船、電子對(duì)抗以及隱形飛機(jī)和對(duì)應(yīng)的雷達(dá)技術(shù)帶來(lái)新的測(cè)試需求。
從性能上講，技術(shù)革新體現(xiàn)在數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展及其與射頻器件的優(yōu)化配合，將會(huì)有更高的精度和速度、更大的帶寬，從而幫助通信技術(shù)和國(guó)防應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展。從功能上講，測(cè)試儀器會(huì)在通用性集成功能方面帶來(lái)突破。簡(jiǎn)單說(shuō)就是一臺(tái)多功能儀器完成以前一套測(cè)試系統(tǒng)的工作。例如，一臺(tái)接收機(jī)，同時(shí)具有頻譜分析、場(chǎng)強(qiáng)分析、調(diào)制分析、噪聲分析、矢量分析以及功率測(cè)試等等各項(xiàng)功能。同時(shí)，測(cè)試儀器要具有通用性和前瞻性，開(kāi)放用戶接口，給用戶開(kāi)發(fā)空間，從而幫助技術(shù)人員在研發(fā)中嘗試新技術(shù)和方案，推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。
結(jié)語(yǔ)
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，線路復(fù)雜性的不斷增加，環(huán)保節(jié)能的要求越來(lái)越嚴(yán)格，作為基礎(chǔ)工具的測(cè)試測(cè)量?jī)x器被提出了更高的要求，精度、測(cè)試范圍、應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和功能的多樣性都成為各測(cè)試廠商不斷追求的目標(biāo)。
全球的金融危機(jī)已經(jīng)對(duì)各行各業(yè)造成了重大的影響。各行業(yè)也都在不斷的消減經(jīng)費(fèi)，壓縮研發(fā)預(yù)算，這些都對(duì)測(cè)試測(cè)量行業(yè)有一定的影響，由于總體用戶的需求下降，也造成各測(cè)試儀器廠商對(duì)于銷(xiāo)售預(yù)期的不確定性。技術(shù)上各儀器測(cè)試廠商可能對(duì)一些前景并不理想的行業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行消減。這就要求測(cè)試儀器廠商本著如下原則進(jìn)行戰(zhàn)略調(diào)整：
?提供更精確的儀器硬件平臺(tái)，最大限度地提高信號(hào)保真度，減少測(cè)試方案的導(dǎo)入誤差量；
?提供高效的應(yīng)用解決方案，包括針對(duì)各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)有軟件方案和探測(cè)方案{探頭和夾具等)；
?提供可定制的測(cè)試中心平臺(tái)。既能執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程，又能定制專(zhuān)有條件下的極限測(cè)試；
?提供世界級(jí)的專(zhuān)家咨詢網(wǎng)絡(luò)，最大限度地為用戶增值。
以上這些測(cè)試方案的創(chuàng)新，必將貫徹到電子行業(yè)從設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)制造每一個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)極大推動(dòng)用戶的技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)程。尤其在當(dāng)前，那些意識(shí)到這些變化的電子測(cè)試設(shè)備廠商必將和中國(guó)用戶一起，最終實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)。
IPC職業(yè)培訓(xùn)與認(rèn)證項(xiàng)目走進(jìn)中國(guó)大專(zhuān)院校
5月14日，IPC(國(guó)際電子工業(yè)連接協(xié)會(huì))中國(guó)區(qū)總經(jīng)理彭麗霞與來(lái)自南京職業(yè)技術(shù)學(xué)院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的代表簽屬協(xié)議，該協(xié)會(huì)將免費(fèi)贈(zèng)送一定數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)文件作為兩所學(xué)校的教學(xué)使用。
目前，IPC在電子制造方面共有五項(xiàng)帶有培訓(xùn)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，它們是：IPC-A-600、IPC-A-610、IPC/WFLMA-A-620、IPC J―STD-001和IPC-7711/7721。
另外，IPC還與南京電子學(xué)會(huì)電子制造專(zhuān)業(yè)委員會(huì)簽署合作協(xié)議，雙方將開(kāi)展互換會(huì)員行動(dòng)，彭麗霞還宣布IPC的航空航天標(biāo)準(zhǔn)向中國(guó)開(kāi)放。
摘要：為某整車(chē)廠商開(kāi)發(fā)了一款基于cAN總線及藍(lán)牙技術(shù)的車(chē)載娛樂(lè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了免提通話、音頻流音樂(lè)播放等功能，本文結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，介紹綜合運(yùn)用cAN總線和藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)汽車(chē)電子產(chǎn)品及測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵字：cAN；汽車(chē)電子；藍(lán)牙
引言
在汽車(chē)電子系統(tǒng)中，CAN總線通信技術(shù)不僅減少了線束減輕了汽車(chē)重量從而提高了效率，更重要的是它實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)電子網(wǎng)絡(luò)的信息共享和數(shù)據(jù)傳輸，利用它可以把某項(xiàng)應(yīng)用按照功能分拆在不同的組件中實(shí)現(xiàn)，這樣在實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能子系統(tǒng)時(shí)非常靈活，系統(tǒng)中組件的使用更廣泛更充分，單個(gè)組件可以在多個(gè)功能系統(tǒng)中被應(yīng)用?？梢哉f(shuō)CAN總線的出現(xiàn)更好地體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)復(fù)用的特點(diǎn)。藍(lán)牙技術(shù)在消費(fèi)電子領(lǐng)域中的成功運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)推廣到汽車(chē)電子領(lǐng)域后，其開(kāi)發(fā)與測(cè)試遇到了一定的挑戰(zhàn)，筆者結(jié)合為某整車(chē)廠商開(kāi)發(fā)的一款基于CAN總線及藍(lán)牙技術(shù)的車(chē)載信息娛樂(lè)設(shè)備，介紹基于CAN總線及藍(lán)牙技術(shù)的汽車(chē)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)。
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)
該產(chǎn)品是一個(gè)集成usB音頻播放、藍(lán)牙免提、藍(lán)牙音頻流播放等功能于一體的汽車(chē)電控單元(以下以USB－BOX來(lái)表示)，通過(guò)CAN總線與車(chē)內(nèi)音響系統(tǒng)組合為一體，實(shí)現(xiàn)播放普通u盤(pán)內(nèi)音樂(lè)文件(MP3、WAV、wMA等)，同時(shí)可以通過(guò)藍(lán)牙功能實(shí)現(xiàn)免提接聽(tīng)、撥打電話及播放流媒體音樂(lè)等。音響系統(tǒng)包括液晶屏、收音機(jī)、方向盤(pán)和USB-BOX，其中液晶屏用于實(shí)現(xiàn)歌曲文件信息、電話相關(guān)信息以及電話本的顯示等功能，收音機(jī)實(shí)現(xiàn)CD音樂(lè)播放及控制等功能，收音機(jī)和方向盤(pán)上帶有按鍵控制接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)USB-BOX的音樂(lè)控制和免提操作，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在這個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)汽車(chē)音響系統(tǒng)中，收音機(jī)和方向盤(pán)CAN節(jié)點(diǎn)提供人機(jī)操作接口控制USB-BOX，而USB音樂(lè)播放和藍(lán)牙免提功能相關(guān)的液晶屏顯示頁(yè)面則由USB-BOX來(lái)控制。USB－BOX的程序設(shè)計(jì)采用基于有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)的軟件架構(gòu)，將整個(gè)控制流按照功能分解為若干并發(fā)的子狀態(tài)機(jī)，每個(gè)狀態(tài)機(jī)被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)任務(wù)，在子狀態(tài)機(jī)中將該功能實(shí)現(xiàn)的過(guò)程節(jié)點(diǎn)做為子狀態(tài)，以過(guò)程的推進(jìn)作為狀態(tài)機(jī)的跳轉(zhuǎn)，這樣使得整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架清晰，簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)，便于系統(tǒng)調(diào)試和后續(xù)功能擴(kuò)展。
在狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)中，關(guān)鍵跳轉(zhuǎn)條件是CAN幀和藍(lán)牙信號(hào)，CAN幀方面主要是標(biāo)識(shí)符的管理，標(biāo)識(shí)符是指當(dāng)前液晶屏應(yīng)該顯示什么樣的頁(yè)面。提供什么樣的顯示信息和導(dǎo)航選擇，在該頁(yè)面下收音機(jī)和方向盤(pán)按鍵操作對(duì)應(yīng)哪些控制命令，可以實(shí)現(xiàn)哪些選擇性的操作(選擇、退出、向上向下導(dǎo)航、向前向后導(dǎo)航)，由USB-BOX和收音機(jī)共同管理。而藍(lán)牙信號(hào)涉及到不同手機(jī)在同一功能上的不同差異，信息組合不完整，次序不固定，這就會(huì)帶來(lái)一定的兼容性問(wèn)題。下面以電管理為例描述一下?tīng)顟B(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。
首先根據(jù)整個(gè)來(lái)電管理的過(guò)程設(shè)計(jì)Ready、IncomingCallEstablish、ActiveCall三個(gè)狀態(tài)，USB－BOX默認(rèn)起始狀態(tài)為Ready，當(dāng)手機(jī)來(lái)電時(shí)，手機(jī)把藍(lán)牙信號(hào)CALL SETUP IND(呼叫過(guò)程提示)、RING IND(來(lái)電響鈴提示)和CALLER_ID_IND(來(lái)電號(hào)碼)等來(lái)電信息傳給USB-BOX，USB-BOX進(jìn)入IncomingCallEstablish狀態(tài)。通過(guò)CAN幀將響鈴提示信息發(fā)送給管理功放音響的收音機(jī)，把來(lái)電號(hào)碼發(fā)送給液晶屏，這時(shí)收音機(jī)播放鈴聲，同時(shí)液晶屏上彈出顯示頁(yè)面。包括該電話號(hào)碼，并提供是否接聽(tīng)的兩個(gè)可導(dǎo)航選項(xiàng)，這個(gè)頁(yè)面的標(biāo)識(shí)符便是來(lái)電管理標(biāo)識(shí)符。這時(shí)可以利用收音機(jī)上的導(dǎo)航按鍵選擇是否接聽(tīng)，在導(dǎo)航到接聽(tīng)按鍵上按下選擇鍵時(shí)，收音機(jī)會(huì)把接聽(tīng)來(lái)電命令發(fā)送給USB-BOX，USB－BOX通過(guò)藍(lán)牙信號(hào)把接聽(tīng)來(lái)電命令發(fā)給手機(jī)，手機(jī)接聽(tīng)來(lái)電，通話建立后手機(jī)把藍(lán)牙信號(hào)CALL IND=1(呼叫建立)發(fā)送給USB－BOX，USB－BOX進(jìn)入ActiveCall狀態(tài)，在該狀態(tài)下，在收音機(jī)上按下選擇鍵時(shí)，USB－BOX接收到該按鍵操作命令，發(fā)送CAN幀給液晶屏，彈出一個(gè)可導(dǎo)航頁(yè)面，包括掛斷、保持選項(xiàng)，選擇掛斷，收音機(jī)把掛斷命令通過(guò)CAN幀發(fā)送給USB-BOX，USB－BOX通過(guò)藍(lán)牙信號(hào)發(fā)送給手機(jī)掛斷電話，掛斷后手機(jī)把藍(lán)牙信號(hào)CALL IND=0(通話結(jié)束)發(fā)送給USB-BOX，USB－BOX進(jìn)入Ready狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)CAN幀把通話結(jié)束發(fā)送給液晶屏和收音機(jī)。
產(chǎn)品測(cè)試
下面以該產(chǎn)品藍(lán)牙特性的測(cè)試來(lái)說(shuō)明一下如何綜合采用CAN總線及藍(lán)牙技術(shù)完成對(duì)該產(chǎn)品的藍(lán)牙測(cè)試，在這里將被測(cè)試的產(chǎn)品以EUT來(lái)表示。
由于無(wú)法搭建產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)需要的所有外部環(huán)境去直接測(cè)試產(chǎn)品的各項(xiàng)功能，所以設(shè)計(jì)了測(cè)試工裝在生產(chǎn)線上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)由于EUT實(shí)現(xiàn)的功能比較多，完成單個(gè)BUT測(cè)試需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，這樣為了滿足生產(chǎn)節(jié)拍的快節(jié)奏，在生產(chǎn)線上需要多個(gè)工裝分別測(cè)試多個(gè)BUT。EUT的藍(lán)牙特性是指其藍(lán)牙射頻通信上是否穩(wěn)定，軟件是否正常運(yùn)行，不涉及具體的功能項(xiàng)，我們通過(guò)確定EUT的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷其射頻通信，通過(guò)一個(gè)具體的功能項(xiàng)一配對(duì)來(lái)判斷其軟件是否正常運(yùn)行。
下面首先描述一下測(cè)試環(huán)境及測(cè)試方法，然后詳細(xì)介紹測(cè)試方法的實(shí)現(xiàn)。
由于EUT是有效范圍為10m的Class 2藍(lán)牙設(shè)備，而生產(chǎn)線本身就10米左右，在10m范圍內(nèi)存在多個(gè)測(cè)試工裝和多個(gè)EUT，所以為了保證測(cè)試工裝確實(shí)在測(cè)試其測(cè)試臺(tái)上的EUT，需要確定工裝測(cè)試臺(tái)上這個(gè)特定EUT的藍(lán)牙地址以進(jìn)行后續(xù)的配對(duì)功能以完成測(cè)試。由于測(cè)試工裝與其測(cè)試臺(tái)上的EUT距離是固定的，而且在某測(cè)試工裝和多個(gè)EUT之間，工裝與其測(cè)試臺(tái)上的EUT的距離是最近的，所以在測(cè)試工裝上實(shí)現(xiàn)可以測(cè)量被搜索設(shè)備的信號(hào)強(qiáng)度的搜索功能，對(duì)有效范圍內(nèi)的BUT進(jìn)行搜索，只要測(cè)試臺(tái)上的EUT的信號(hào)強(qiáng)度是OK的，那么信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的藍(lán)牙地址便是工裝測(cè)試臺(tái)上的EUT所對(duì)應(yīng)的藍(lán)牙地址。
而EUT配對(duì)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)(圖2)是一個(gè)典型的采用CAN總線及藍(lán)牙技術(shù)綜合實(shí)現(xiàn)的功能，首先EUT將來(lái)自藍(lán)牙手機(jī)的配對(duì)請(qǐng)求通過(guò)CAN總線發(fā)送到液晶屏上顯示，然后利用收音機(jī)上的按鍵允許配對(duì)，通過(guò)CAN總線發(fā)送給EUT，BUT接著把彈出PIN碼虛擬鍵盤(pán)請(qǐng)求發(fā)送到液晶屏上，接著在液晶屏上的虛擬鍵盤(pán)上通過(guò)收音機(jī)上的按鍵輸入PIN碼，然后通過(guò)CAN總線把PIN碼發(fā)送到BUT上，BUT接受藍(lán)牙手機(jī)配對(duì)，發(fā)送PIN碼完成配對(duì)。
在這里約定一個(gè)統(tǒng)一的PIN碼，只需要在測(cè)試工裝上實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙配對(duì)、接收BUT通過(guò)CAN總線發(fā)送的配對(duì)請(qǐng)求、通過(guò)cAN總線發(fā)送允許配對(duì)命令及發(fā)送PIN碼到BUT的功能即可完成對(duì)BUT配對(duì)功能的測(cè)試。如果測(cè)試臺(tái)上EUT藍(lán)牙特性O(shè)K，便可以順利完成配對(duì)操作，如果該EUT的信號(hào)強(qiáng)度沒(méi)有滿足要求，而通過(guò)搜索最強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度得到的藍(lán)牙地址是另外一個(gè)EUT的話，由于測(cè)試工裝跟另外一臺(tái)工裝測(cè)試臺(tái)上的BUT不存在CAN總線連接，所以無(wú)法接收配對(duì)請(qǐng)求，在這里設(shè)定一個(gè)超時(shí)時(shí)間，便可以得出EUT測(cè)試不OK的結(jié)論。
結(jié)語(yǔ)
筆者開(kāi)發(fā)了一款基于CAN總線及藍(lán)牙技術(shù)的汽車(chē)電子產(chǎn)品，該產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定可靠，目前已經(jīng)成功裝車(chē)應(yīng)用，本文分析了其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及測(cè)試的原理及特點(diǎn)，并結(jié)合具體實(shí)例介紹了開(kāi)發(fā)及測(cè)試的實(shí)現(xiàn)。
機(jī)載電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要對(duì)上百種部件進(jìn)行功能測(cè)試，涉及的信號(hào)種類(lèi)和數(shù)量都很多，這些信號(hào)按照頻率分為低頻和高頻兩種，按時(shí)域特性分為連續(xù)和離散信號(hào)，按照形式分為電信號(hào)和非電信號(hào)(如溫度、速度、高度、氣壓、航向等)。為滿足復(fù)雜的測(cè)試需求，我們采用虛擬儀器技術(shù)。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
PXI模塊化儀器相對(duì)于GPIB、VXI、RS232等儀器而言，具有速度快、體積小、易擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，因此作為硬件的主體。再選用常規(guī)信號(hào)源(SOURCE)和信號(hào)測(cè)量模塊(SENSOR)，通過(guò)GPIB和RS232總線擴(kuò)展專(zhuān)用和自研設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)硬件原理如圖1所示。
由于PXI模塊較多，且為了今后的擴(kuò)展，選用了18槽的PXI-1045機(jī)箱；為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)平臺(tái)的集成度，選用PXI-8187零槽嵌入式控制器，摒棄了以往系統(tǒng)中利用MXI-2將工控機(jī)作為主控器的方式。PXI-8187帶有GPIB接口，可以方便的擴(kuò)展GPIB總線設(shè)備。部分儀器資源和部件需要串口通信，故選用PXI-8421擴(kuò)展4個(gè)串口。
1 信號(hào)采集
以61／2數(shù)字萬(wàn)用表PXI-4070和51／2數(shù)字萬(wàn)用表PXI-4060作為常用的測(cè)試模塊，可以測(cè)量0～300V的電壓，0～1A的電流，0～100MΩ的電阻。 示波器PXI-5112(2通道8位分辨率，100MHz帶寬)和模擬輸入PXI－6070E(16路單端輸入／8路差分輸入，12位分辨率，1．25M采樣率)配合使用，可以滿足常用的連續(xù)波和單點(diǎn)電壓信號(hào)的采集。PXI-6070E在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，前端連接了兩塊SCXI-1125，用于信號(hào)的調(diào)理(10kHz或4Hz的低通濾波、衰減)。此外，PXI-6070E還可用于控制器與SCXI機(jī)箱之間的通信。
高速DIO PXI-6534可以采集和輸出高低速離散量。特殊和復(fù)雜信號(hào)的采集處理則采用GPIB設(shè)備和RS232自研設(shè)備，如頻譜分析儀。
2 信號(hào)輸出
函數(shù)發(fā)生器PXI-5421(16位分辨率，100MS／S采樣率，帶寬43MHz)和高速模擬輸出PXI-6733(8路輸出，16位分辨率，刷新率1MHz)配合使用，可以滿足常用的連續(xù)波和單點(diǎn)電壓信號(hào)的輸出；SCXI-1124用于隔離模擬電壓和電流的輸出。
特殊和復(fù)雜信號(hào)的輸出采用GPIB設(shè)備和RS232自研設(shè)備，如交直流電源、射頻信號(hào)源、大氣數(shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)、模擬器等。
3 信號(hào)路由
由于大部分機(jī)載電子設(shè)備的信號(hào)數(shù)量眾多，不可能將所有信號(hào)同時(shí)直接連接到資源上，必須經(jīng)過(guò)繼電器矩陣進(jìn)行切換。因此繼電器必須有足夠快的響應(yīng)時(shí)間，才能通斷較大的信號(hào)。選用兩塊繼電器矩陣模塊SCXI―11 29和附件SCXI-1333、SCXI-1339，組合成合適的繼電器矩陣(最大通斷能力150Vdc／A，150Vrms／250mA)。在信號(hào)的連接、斷開(kāi)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑的自動(dòng)選擇和安全保護(hù)(避免源于源相連)，我們重新編寫(xiě)了繼電器矩陣驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際使用中取得了滿意的結(jié)果。
4 資源接口和適配器
資源接口是所有資源接口的集合，每個(gè)部件根據(jù)需要通過(guò)適配器連接部分資源。一個(gè)或多個(gè)UUT共用一個(gè)適配器，因此測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)UUT的信號(hào)情況，可以配置一個(gè)或多個(gè)適配器。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
CVI在標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言(Ansi C)的基礎(chǔ)上增加了儀器控制和工具函數(shù)庫(kù)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件，提供了很多實(shí)用的例程，具有友好的圖形用戶界面，并且c語(yǔ)言是大家都比較熟悉和易于使用的開(kāi)發(fā)工具，因此選用CVI可以加快測(cè)試程序(TP)的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)軟件原理見(jiàn)圖2。
為了方便和規(guī)范TP的編寫(xiě)，TP開(kāi)發(fā)管理軟件根據(jù)輸入的測(cè)試信息自動(dòng)生成測(cè)試程序代碼框架和儀器操作代碼。測(cè)試程序編寫(xiě)完成后編譯生成動(dòng)態(tài)庫(kù)，由測(cè)試程序執(zhí)行管理軟件調(diào)用和管理。在測(cè)試程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中，儀器操作和虛擬儀器界面的開(kāi)發(fā)是兩個(gè)重點(diǎn)。
1 IVI儀器驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)和使用
儀器驅(qū)動(dòng)的用途是對(duì)儀器進(jìn)行程控，簡(jiǎn)化測(cè)試程序開(kāi)發(fā)人員對(duì)儀器的操作。傳統(tǒng)的儀器驅(qū)動(dòng)與儀器耦合太緊密，儀器發(fā)生變化，驅(qū)動(dòng)也要重新編寫(xiě)，進(jìn)而使用此驅(qū)動(dòng)的測(cè)試程序也要重新編寫(xiě)和編譯。
IVI(可互換虛擬儀器)驅(qū)動(dòng)采用了類(lèi)驅(qū)動(dòng)的概念，實(shí)現(xiàn)了同一類(lèi)儀器之間的互換，同時(shí)增加了儀器仿真和狀態(tài)緩存的特性，提高了TP開(kāi)發(fā)調(diào)試的效率。CVI提供了方便的IVI驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具，因此可在開(kāi)發(fā)測(cè)試程序過(guò)程中選用IVI驅(qū)動(dòng)來(lái)控制儀器。
目前，IVI驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)只了八大類(lèi)儀器的類(lèi)驅(qū)動(dòng)，為了保證非IVI標(biāo)準(zhǔn)的儀器在一定范圍具有可互換和仿真功能，我們借鑒了標(biāo)準(zhǔn)IVI驅(qū)動(dòng)的機(jī)制，開(kāi)發(fā)了自定義IVI驅(qū)動(dòng)。利用IVI驅(qū)動(dòng)，我們成功實(shí)現(xiàn)了NI公司的PXI-4070卡式萬(wàn)用表與Agilent公司的HP34401GPIB臺(tái)式萬(wàn)用表之間的互換，實(shí)現(xiàn)了不同公司生產(chǎn)的單相交流電源和三相交流電源之間的互換。
IVI驅(qū)動(dòng)采用邏輯名和XML配置文件機(jī)制，在硬件資源描述發(fā)生變化時(shí)，只需更改配置文件，不需要更改和重新編譯測(cè)試程序，就能保證測(cè)試程序的正常運(yùn)行。如果不采用IVI驅(qū)動(dòng)，就必須更改所有用到函數(shù)發(fā)生器的測(cè)試程序，將在很大程度上延誤工程進(jìn)度。
此外，利用IVI驅(qū)動(dòng)的仿真功能，使得測(cè)試程序開(kāi)發(fā)人員可在自己沒(méi)有安裝任何硬件的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真調(diào)試，提高了平臺(tái)的使用效率和測(cè)試程序開(kāi)發(fā)效率。
2 虛擬儀器界面的開(kāi)發(fā)
虛擬儀器界面提供人機(jī)接口，可以讓操作員根據(jù)需要施加信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)。CVI提供了開(kāi)發(fā)虛擬儀器界面的用戶接口資源文件(*．uir)和各種控制和顯示控件，用于模擬實(shí)際儀器界面。目前，NI LabVIEW、CVI和HP VEE是最為出色和方便易用的虛擬儀器界面開(kāi)發(fā)軟件。圖3是其中一個(gè)TPS的虛擬儀器界面。
此例中，打開(kāi)激勵(lì)開(kāi)關(guān)時(shí)，PXI－6733連續(xù)輸出RMS 1．5V，頻率400Hz的正弦波作為磁傳感器的激勵(lì)；用PXI-6070E的三路模擬輸入通道同時(shí)采集磁傳感器輸出的三路航向信號(hào)(最大幅度小于100mV，頻率為800Hz)，并顯示在同一個(gè)波形顯示控件中，再利用算法計(jì)算出角度，顯示在表盤(pán)控件中。由于增加了信號(hào)調(diào)理板SCXI-1125和端子板SCXI-1313，將PXI-6070E的測(cè)試范圍擴(kuò)展到2．5mV～300V，從而精確的測(cè)量了磁傳感器輸出的小信號(hào)，測(cè)算出精確的角度。
應(yīng)用成果
采用NI PXI模塊、CVI、IVI工具、MAX管理軟件，以及第三方的設(shè)備，我們成功構(gòu)建了多套通用、開(kāi)放的航空機(jī)載電子設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。利用這些系統(tǒng)成功開(kāi)發(fā)了多機(jī)型、總數(shù)量達(dá)三百多種的TPS，幫助用戶實(shí)現(xiàn)了UUT快速的定檢、維修。相對(duì)于用傳統(tǒng)儀器搭建測(cè)試臺(tái)的方式，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在效率和質(zhì)量上有了很大提高，為機(jī)載電子設(shè)備提供了有力保障。
摘 要：測(cè)試語(yǔ)言主要分2類(lèi)：面向儀器的測(cè)試語(yǔ)言和面向信號(hào)的測(cè)試語(yǔ)言。通過(guò)分析2種測(cè)試語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)航天嵌入式電子系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出一種基于虛擬儀器的面向航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試語(yǔ)言，該語(yǔ)言主要借鑒ATLAS的關(guān)鍵語(yǔ)句，將其解釋為測(cè)試框架配置文件和測(cè)試文檔；同時(shí)還描述該測(cè)試語(yǔ)言的程序格式和執(zhí)行機(jī)制。
關(guān)鍵詞：航天嵌入式電子系統(tǒng)；虛擬儀器；測(cè)試語(yǔ)言；ATLAS；自動(dòng)測(cè)試
隨著我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展，航天嵌入式電子系統(tǒng)的復(fù)雜度不斷增加，可靠度要求越來(lái)越高，產(chǎn)品研制周期也越來(lái)越短。這就給航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試提出了新的挑戰(zhàn)。在新一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，自動(dòng)測(cè)試語(yǔ)言――如ATLAS語(yǔ)言，在系統(tǒng)級(jí)仿真、測(cè)試與驗(yàn)證中起著非常重要的作用，人和機(jī)器均可翻譯的自動(dòng)測(cè)試語(yǔ)言不但可以作為用戶與測(cè)試人員溝通的橋梁，而且可以編譯成可執(zhí)行測(cè)試代碼，在目標(biāo)機(jī)器上運(yùn)行。
本文通過(guò)分析面向信號(hào)和面向儀器2類(lèi)測(cè)試語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)航天嵌入式電子系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出一種基于虛擬儀器的面向航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試語(yǔ)言，目的是將測(cè)試過(guò)程中的各種資源和功能單元進(jìn)行組態(tài)，并將其涵蓋于既定的測(cè)試框架中，實(shí)現(xiàn)“積木式”軟件開(kāi)發(fā)。同時(shí)，該測(cè)試語(yǔ)言還融入了軟件工程的思想，加入測(cè)試文檔和測(cè)試程序的自動(dòng)生成功能，進(jìn)一步提高了測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。
1 測(cè)試語(yǔ)言綜述
測(cè)試語(yǔ)言大體上可分為2類(lèi)：面向信號(hào)的測(cè)試語(yǔ)言和面向儀器的測(cè)試語(yǔ)言。
面向儀器的測(cè)試語(yǔ)言，如LabView主要通過(guò)直接調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程，面向儀器的測(cè)試語(yǔ)言與具體儀器緊密相關(guān)，因此程序移植比較困難，可重用性也比較差。而面向信號(hào)的測(cè)試語(yǔ)言，如ATLAS（Abbreviated Test Language for All Systems），則主要通過(guò)對(duì)信號(hào)的操作（施加激勵(lì)信號(hào)，測(cè)試響應(yīng)信號(hào)）來(lái)映射底層測(cè)試儀器的操作，達(dá)到與儀器無(wú)關(guān)的目的，因此面向信號(hào)的測(cè)試語(yǔ)言具有較好的可移植性和可重用性。ATLAS語(yǔ)言作為一種面向信號(hào)的測(cè)試語(yǔ)言，還采用了類(lèi)似于英語(yǔ)自然語(yǔ)言的語(yǔ)法格式，使得它成為一種人機(jī)均可翻譯的測(cè)試語(yǔ)言，既可以作為工程師和測(cè)試人員之間交流的文檔規(guī)范，也可以經(jīng)編譯后作為測(cè)試程序執(zhí)行，鑒于此，ATLAS成為美國(guó)國(guó)防部首推的軍方測(cè)試語(yǔ)言。
但由于ATALS語(yǔ)言是一種接近于英語(yǔ)自然語(yǔ)言的測(cè)試語(yǔ)言，并不適合國(guó)內(nèi)用戶使用；同時(shí)，為了能夠滿足各個(gè)方面的測(cè)試需求，IEEE組織不斷對(duì)ATLAS進(jìn)行修改，使得其語(yǔ)句非常臃腫，僅語(yǔ)言關(guān)鍵字就有1 000個(gè)（IEEE ATLAS STD-95），使得ATLAS語(yǔ)言的培訓(xùn)費(fèi)用十分高昂；再者，ATLAS的編譯器價(jià)格極其昂貴，使得其優(yōu)勢(shì)難以在國(guó)內(nèi)測(cè)控領(lǐng)域發(fā)揮。
而另一方面，面向儀器的測(cè)試語(yǔ)言卻在商業(yè)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，鑒于儀器互換的問(wèn)題，NI和惠普等公司聯(lián)合推出了一系列的儀器驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：VISA（Virtual Instrument Software Architecture）和IVI（Interchangeable Virtual Instrument）。VISA是VPP（VXI plug & play）聯(lián)盟于1996年2月推出的新一代儀器I/O標(biāo)準(zhǔn)，VISA具有與儀器硬件接口無(wú)關(guān)的特性，即VISA是面向器件功能，而不是面向接口總線。使用它控制VXI，GPIB，RS 232，PXI等儀器時(shí)，不必考慮接口總線類(lèi)型。如圖1所示。
為了進(jìn)一步提高儀器驅(qū)動(dòng)程序的執(zhí)行性能，達(dá)到儀器的互換，1998 年由9家公司成立的IVI基金會(huì)，在VXI-PNP 技術(shù)基礎(chǔ)上為儀器驅(qū)動(dòng)程序制定新的編程接口，在VISA 標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序上插入VXI-PNP 框架結(jié)構(gòu)和類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序，它通過(guò)定義類(lèi)驅(qū)動(dòng)器和專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了部分通用儀器之間的互換，縮短了程序開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行性能。如圖2所示。
針對(duì)于此，IEEE推出ATLAS 2版本，它整合了VISA，IVI和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，給ATLAS語(yǔ)言注入了新的活力?？傮w來(lái)講，面向信號(hào)的語(yǔ)言和面向儀器的語(yǔ)言各有優(yōu)勢(shì)，面向儀器的語(yǔ)言具有直觀，易用的特點(diǎn)；而面向信號(hào)的語(yǔ)言編寫(xiě)的測(cè)試程序具有較好的可重用性和儀器可互換性。
2 航天嵌入式電子系統(tǒng)測(cè)試需求
航天嵌入式電子系統(tǒng)測(cè)試主要是針對(duì)航天專(zhuān)用的三模冗余或兩模冗余嵌入式電子計(jì)算機(jī)，這些系統(tǒng)在出廠前必須進(jìn)行全面的測(cè)試，測(cè)試主要可分為內(nèi)部測(cè)試和外部測(cè)試，內(nèi)部測(cè)試主要是指那些無(wú)需借助外部測(cè)試儀器，而可以直接通過(guò)嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行測(cè)試程序所進(jìn)行的測(cè)試，如CPU測(cè)試、ROM測(cè)試、RAM測(cè)試、端口測(cè)試等；外部測(cè)試則是指需要外部測(cè)試儀器配合所進(jìn)行的測(cè)試，如開(kāi)關(guān)量測(cè)試、串口測(cè)試、計(jì)數(shù)器測(cè)試、AD/DA測(cè)試等。
航天嵌入式電子系統(tǒng)測(cè)試的傳統(tǒng)方法為：根據(jù)測(cè)試需求分別設(shè)計(jì)內(nèi)部測(cè)試程序和外部測(cè)試儀器及測(cè)試程序；嵌入式電子系統(tǒng)和外部測(cè)試系統(tǒng)分別上電初始化后，外部測(cè)試系統(tǒng)向嵌入式電子系統(tǒng)上傳測(cè)試程序（嵌入式系統(tǒng)本身的ROM內(nèi)固化有1個(gè)RTOS）；嵌入式系統(tǒng)加載測(cè)試程序后向外部測(cè)試系統(tǒng)發(fā)握手信號(hào)，并等待外部激勵(lì)；外部測(cè)試系統(tǒng)向嵌入式系統(tǒng)發(fā)送激勵(lì)信號(hào)，嵌入式系統(tǒng)接收激勵(lì)并做出響應(yīng)，如此循環(huán)下去。
為提高測(cè)試系統(tǒng)可重用性和測(cè)試的準(zhǔn)確性，開(kāi)展了面向航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)研究，并對(duì)一些測(cè)試模塊（軟件）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化工作，如CPU測(cè)試、ROM測(cè)試、RAM測(cè)試、AD/DA測(cè)試等；同時(shí)還采用標(biāo)準(zhǔn)的基于PXI的測(cè)試儀器，以達(dá)到儀器可重用，系統(tǒng)可配置的目的。
3 面向航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試語(yǔ)言
面向航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試語(yǔ)言不但要解決外部測(cè)試問(wèn)題還要解決內(nèi)部測(cè)試問(wèn)題，這里在融合面向信號(hào)測(cè)試語(yǔ)言與面向儀器測(cè)試的各自優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)系統(tǒng)建模的方法，定義了適用于航天嵌入式電子系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)用的測(cè)試語(yǔ)言，以達(dá)到測(cè)試系統(tǒng)的可重用及可配置的目的。
系統(tǒng)建模包括3個(gè)方面：信號(hào)建模，UUT（Unit Under Test，被測(cè)對(duì)象）建模和測(cè)試儀器建模3個(gè)方面。信號(hào)建模主要針對(duì)航天嵌入式電子系統(tǒng)所常見(jiàn)的接口信號(hào)類(lèi)型及特點(diǎn)，定義出一組常見(jiàn)信號(hào)，用戶可以通過(guò)參數(shù)設(shè)定，達(dá)到描述UUT或測(cè)試儀器接口信號(hào)特征的目的；UUT建模主要是通過(guò)對(duì)UUT外部接口，內(nèi)部組件參數(shù)及體系結(jié)構(gòu)的描述，達(dá)到內(nèi)部測(cè)試測(cè)試程序的自動(dòng)裝配，UUT建模同時(shí)支持黑盒建模（僅描述其外部接口）和灰盒建模（同時(shí)描述其內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)及組件參數(shù)）；測(cè)試儀器建模則通過(guò)描述測(cè)試儀器的本質(zhì)信號(hào)特征及關(guān)鍵接口特征，并最終映射實(shí)際儀器（所建立的測(cè)試儀器模型與實(shí)際儀器可能存在一對(duì)多或多對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系），達(dá)到測(cè)試程序可重用，儀器可更換的目的。
因此，本文所描述的面向航天嵌入式系統(tǒng)的測(cè)試語(yǔ)言主要包括5個(gè)部分：
信號(hào)描述及定義通過(guò)定義一組航天嵌入式電子系統(tǒng)常見(jiàn)的基本信號(hào)，如數(shù)字信號(hào)（包括開(kāi)關(guān)量和脈沖量）、模擬量（DC，AC）等。用戶可通過(guò)配置信號(hào)參數(shù)設(shè)定信號(hào)；
被測(cè)對(duì)象描述通過(guò)描述被測(cè)對(duì)象的接口關(guān)系，并建立狀態(tài)機(jī)功能模型，仿真被測(cè)對(duì)象的功能模型，并自動(dòng)生成內(nèi)部測(cè)試程序。在未建立狀態(tài)機(jī)功能模型時(shí)，系統(tǒng)可以將被測(cè)對(duì)象作為一個(gè)黑盒考慮，此時(shí)不生成被測(cè)對(duì)象內(nèi)部測(cè)試程序；
測(cè)試儀器描述通過(guò)描述測(cè)試儀器，達(dá)到建立測(cè)試需求模型，并最終與1個(gè)或多個(gè)實(shí)際測(cè)試儀器相映射，測(cè)試儀器本身相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)描述集合，通過(guò)定義虛擬測(cè)試儀器，提高了測(cè)試儀器的可互換性和測(cè)試程序的可重用性。這樣既保留了面向儀器測(cè)試語(yǔ)言的直觀性和易用性，也提高了程序的可重用性；
連接關(guān)系描述連接關(guān)系描述定義了UUT與測(cè)試儀器之間的連接關(guān)系，連接關(guān)系描述還可以包含適配器描述，使得測(cè)試系統(tǒng)的層次性更加明顯，也更有用；
測(cè)試策略描述測(cè)試測(cè)量是測(cè)試語(yǔ)言中的最重要的部分，通過(guò)一系列的測(cè)試動(dòng)作：apply，measure，verify等，控制測(cè)試儀器完成測(cè)試過(guò)程。測(cè)試策略描述語(yǔ)句選擇提取ATLAS關(guān)鍵測(cè)試語(yǔ)句：?jiǎn)涡盘?hào)語(yǔ)句、多信號(hào)語(yǔ)句、總線操作語(yǔ)句、定時(shí)和事件相關(guān)語(yǔ)句，并對(duì)其進(jìn)行了一定的改進(jìn)，使之更直觀，且更易于實(shí)現(xiàn)到圖形化語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。測(cè)試語(yǔ)言的具體格式如下：
每一個(gè)TEST_ITEM（也即測(cè)試策略描述）對(duì)應(yīng)于測(cè)試框架中一個(gè)測(cè)試細(xì)則，測(cè)試細(xì)則是圖形化的測(cè)試執(zhí)行界面的一個(gè)子界面。
測(cè)試語(yǔ)言經(jīng)編譯/解釋后生成測(cè)試框架配置文件和測(cè)試文檔，用戶通過(guò)加載測(cè)試框架配置文件，設(shè)置執(zhí)行次數(shù)和選擇測(cè)試項(xiàng)目，系統(tǒng)即開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試界面主要分兩部分：測(cè)試總覽和測(cè)試細(xì)則，其中測(cè)試總覽主要采用文本框的形式顯示當(dāng)前的測(cè)試記錄，包括當(dāng)前正在進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目和捕獲的錯(cuò)誤信息等；測(cè)試細(xì)則是由一個(gè)或多個(gè)圖形化的詳細(xì)測(cè)試分項(xiàng)構(gòu)成。
4 結(jié) 語(yǔ)
通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外測(cè)試語(yǔ)言發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合面向信號(hào)測(cè)試語(yǔ)言和面向儀器測(cè)試語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，采用軟件工程的思想，建立了基于虛擬儀器的面向航天嵌入式電子系統(tǒng)的測(cè)試語(yǔ)言模型，為以后的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)?；谔摂M儀器的測(cè)試語(yǔ)言還處于研究的初級(jí)階段，仍有不完善的地方，需要進(jìn)一步改進(jìn)。
高過(guò)載條件下測(cè)試電路需要達(dá)到高速測(cè)試要求，本文從研究電容、電阻、二極管以及電感等電子元器件的測(cè)試方法入手，在高過(guò)載下電子元器件測(cè)試過(guò)程中，設(shè)計(jì)與之相配套的測(cè)試電路，以此保證測(cè)試電路能夠符合特定要求，為高過(guò)載下引信系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性提供文獻(xiàn)參考。
【關(guān)鍵詞】高過(guò)載 電子元器件 測(cè)試方法
我國(guó)電子元件的平均每年的生產(chǎn)總量占全球的39%左右，但是我國(guó)電子元器件檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展并不成熟。而檢測(cè)電子元器件是維修電器的一個(gè)基本內(nèi)容。一般而言，采取的是從電阻器、電容器、二極管、電感器變壓器這四個(gè)方面進(jìn)行檢測(cè)的方法。電子元器件檢測(cè)朝著自動(dòng)化方向的不斷發(fā)展，使得研究高過(guò)載下電子元器件測(cè)試方法成為了熱點(diǎn)話題。
1 研究高過(guò)載下電子元器件測(cè)試方法的必要性
在檢測(cè)電子元器件的過(guò)程中，一般利用LCR數(shù)字電橋以及UT708新型數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)。LCR數(shù)字電橋的測(cè)試精度較高，但是它的測(cè)試頻率卻偏低，每秒平均10個(gè)。UT708新型數(shù)字萬(wàn)用表的測(cè)試頻率比數(shù)字電橋還低，每秒平均3個(gè)，難以滿足高過(guò)載下高速測(cè)試的要求。此外，一般情況下，利用本萬(wàn)用表只能有一個(gè)測(cè)試通道，無(wú)法同時(shí)對(duì)多組數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。雖然本萬(wàn)用表配備了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口，然而其數(shù)據(jù)信息的傳輸速度很慢，且不利于數(shù)據(jù)信息的記錄。因此探究在強(qiáng)應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境下，電子元器件參數(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)檢測(cè)方式是十分有必要的，以此才能夠達(dá)到不同試驗(yàn)情況下與不同環(huán)境下的各種要求。
2 高過(guò)載下電子元器件測(cè)試方法研究
2.1 選擇試驗(yàn)方法
文中探討的高過(guò)載是指由機(jī)械沖擊產(chǎn)生的高過(guò)載。筆者將標(biāo)準(zhǔn)錘擊機(jī)作為本試驗(yàn)設(shè)備。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)錘擊機(jī)與加速傳感設(shè)備具備較強(qiáng)的重復(fù)性能，所以能夠用作恒定應(yīng)力的試驗(yàn)設(shè)備。利用錘擊機(jī)產(chǎn)生高過(guò)載，然后發(fā)生慣性力，以此進(jìn)行試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)錘擊機(jī)上的棘輪中，有三十個(gè)齒，且每個(gè)齒的轉(zhuǎn)角為12度。在實(shí)驗(yàn)中，錘擊機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)齒數(shù)多，錘擊過(guò)程中的產(chǎn)生慣性加速度也就更大。用棘輪上的齒數(shù)，來(lái)控制錘擊機(jī)模擬的具體慣性力。通常情況下，擊錘的碰撞時(shí)間大約為150μs，占實(shí)際時(shí)間的幾十分之至幾百分之一。 在高過(guò)載試驗(yàn)條件下，電子元器件的具體特征參數(shù)多會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，過(guò)載水平地不斷增加，特征參數(shù)也會(huì)不斷地發(fā)生改變，當(dāng)沖擊結(jié)束后，待測(cè)參數(shù)將會(huì)恢復(fù)為初始值。
2.2 設(shè)計(jì)測(cè)試電路
2.2.1 設(shè)計(jì)電阻測(cè)試電路
（1）運(yùn)放測(cè)電阻阻值的利用。測(cè)試原理公式如下：
Uo=-Ui （1）
在本公式中：Ui為基準(zhǔn)電壓，Rx為待測(cè)電阻，R1是基準(zhǔn)電阻，Uo為輸出電壓。在明確基準(zhǔn)電壓Ui和基準(zhǔn)電阻R1的基礎(chǔ)上，輸出電壓Uo與Rx是存在一定的聯(lián)系，所以將待測(cè)電阻Rx更換為與之相符的輸出電壓Uo，然后利用下述公式進(jìn)行換算，就能夠得出待測(cè)電阻Rx的實(shí)際阻值。
Uo=-Ui ，Rx=-R1
此實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該測(cè)試電路適用于高速測(cè)試以及高溫測(cè)試環(huán)境。
（2）利用RC振蕩法測(cè)試電阻值。此測(cè)試原理為：在電路中，當(dāng)待測(cè)電阻和電容形成一個(gè)完整的RC振蕩回路時(shí)，電容的放電與充電均要通過(guò)被測(cè)電阻。因此放電時(shí)間與充電時(shí)間是相等，且振蕩集成電路自帶2個(gè)恒流源，并以控制電容充電的實(shí)際電流作為恒值，由此，在電容兩側(cè)的電壓將會(huì)出現(xiàn)線性變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，本測(cè)試電路達(dá)到了高速測(cè)試要求。
2.2.2 電容測(cè)試電路
（1）RC振蕩方法對(duì)電容充電特性與放電特性的測(cè)試。測(cè)試原理：筆者利用電路形成RC多諧振蕩設(shè)備，在電容中的電壓為Vcc的情況下，電路內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)1個(gè)短路通道，且電容放電；當(dāng)電容電壓為Vcc時(shí)，電路中的短路通道將會(huì)被關(guān)閉，電容充電，同時(shí)還將會(huì)輸出波信號(hào)，而方波高電信號(hào)在幅值上和Vcc相等，可以利用此方波信號(hào)進(jìn)行定時(shí)。試驗(yàn)中，取電容端壓是以分析放電、充電時(shí)間來(lái)反映實(shí)際的容值，由于其只對(duì)電容單向進(jìn)行放電、充電，因此適用于無(wú)極性電容以及有極性電容的測(cè)試。然而，此測(cè)試法的缺點(diǎn)在于：難以保證充電時(shí)間與放電時(shí)間的一致，振蕩頻率在20kHz以下，電容端壓值為非線性。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)與仿真后，證明本測(cè)試法操作簡(jiǎn)單，符合高速測(cè)試要求。
（2）改進(jìn)RC振蕩法。利用改進(jìn)后的RC振蕩法對(duì)電容進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試原理是：運(yùn)用集成函數(shù)發(fā)生設(shè)備，在本電路中，電容與電阻構(gòu)成一個(gè)完整的RC振蕩回路，而電容放電、充電經(jīng)過(guò)電壓后，放電與充電相同，發(fā)生設(shè)備自帶的2個(gè)恒流源，將其中的控制充電、放電電流作為一個(gè)恒值，由此，在電阻兩側(cè)電壓呈三角波形狀。當(dāng)振蕩頻率為100kHz的情況下，三角波的線性度是0.1%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，本測(cè)試電路符合高速測(cè)試要求。
2.3 二級(jí)管的測(cè)試電路
此測(cè)試原理是：在電路中，利用LF353和ICL8038形成交變信號(hào)電源，并將該信號(hào)加在由待測(cè)二極管與一線性的基準(zhǔn)電阻形成的分壓網(wǎng)絡(luò)上，采集二極管兩側(cè)的電壓，大約是0.5V。該測(cè)試結(jié)果證明，本測(cè)試電路符合了高速測(cè)試要求。
2.4 電感參數(shù)測(cè)試電路
在本電路中，明確某一電阻以及待測(cè)電感的串聯(lián)電阻，利用本信號(hào)發(fā)生器所引發(fā)的正弦波試驗(yàn)信號(hào)，以及待測(cè)電感兩端的電壓，然后經(jīng)過(guò)電感與電壓這兩者進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后從示波器中輸出導(dǎo)納，并獲得待測(cè)電感的實(shí)際感抗。
3 結(jié)論
綜上，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行研究分析后得出，將筆者所闡述的測(cè)試電路用于高過(guò)載試驗(yàn)中，待測(cè)二極管、電感參數(shù)、電阻以及電容等電子元器件參數(shù)，與實(shí)際數(shù)值相比誤差偏小，測(cè)試結(jié)果有效。因此本文所闡述的4種測(cè)試電路滿足了高過(guò)載實(shí)驗(yàn)條件下的高速測(cè)試要求。
摘 要：為達(dá)到較高精度測(cè)量光學(xué)玻璃折射率的要求，研制了基于直角照準(zhǔn)法、最小偏向角法和三最小最小偏向角法的光學(xué)玻璃折射率的測(cè)量設(shè)備。文中介紹了該測(cè)量設(shè)備的電子學(xué)系統(tǒng)控制和測(cè)量的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)關(guān)鍵元器件的選用進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：電子學(xué)系統(tǒng)控制和測(cè)量設(shè)計(jì)方案可滿足高精度光學(xué)玻璃折射率的測(cè)量精度要求。
關(guān)鍵詞：光學(xué)玻璃 折射率 電子學(xué)系統(tǒng) 控制和測(cè)量
伴隨光學(xué)精密儀器的高速發(fā)展，對(duì)光學(xué)玻璃的折射率的測(cè)量精度要求越來(lái)越高，光學(xué)玻璃折射率的數(shù)據(jù)精度對(duì)保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)起著非常關(guān)鍵的作用。新型光學(xué)玻璃材料的研發(fā)也對(duì)光學(xué)玻璃折射率提出較高的要求。
很多人對(duì)光學(xué)材料折射率的測(cè)量提出了多種有價(jià)值的測(cè)量方法[1-2]，主要有測(cè)角法和干涉測(cè)量法。文章介紹了基于測(cè)角法中使用的直角照準(zhǔn)法、最小偏向角法和三最小偏向角法測(cè)量光學(xué)玻璃折射率的測(cè)試儀中的電子學(xué)控制和測(cè)量設(shè)計(jì)方案。
1 電子學(xué)方案
高精度光學(xué)玻璃折射率測(cè)試儀主要由底座、測(cè)角系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和微調(diào)機(jī)構(gòu)、自準(zhǔn)光管、平行光管、載物臺(tái)和光源箱組成。
1.1 系統(tǒng)
電子學(xué)部分是以單片機(jī)為前臺(tái)機(jī)，系統(tǒng)機(jī)為后臺(tái)機(jī)對(duì)位敏傳感器（PSD）和軸角編碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以步進(jìn)機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的光電瞄準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。
1.2 關(guān)鍵元器件的選用
1.2.1 軸角編碼器
示值分辨率0.05″；精度0.5″；轉(zhuǎn)速≤90°/S；顯示箱：XXX°XX′XX″X(qián)X，按BCD碼以度（百、十、個(gè)）分（十、個(gè)）秒（十、個(gè)）小數(shù)秒（后1、2位）順序連續(xù)發(fā)送。其內(nèi)容高4位（D7-D4）為標(biāo)識(shí)位碼（0-8），后4位（D3-D0）為BCD數(shù)據(jù)碼。傳輸速度15?s1/字節(jié)-20?s1/字節(jié)。
1.2.2 位敏傳感器
采用位敏傳感器（PSD）作瞄準(zhǔn)探測(cè)器是本系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。它反應(yīng)快、靈敏度高、精度高。與CCD不同，屬于非離散性器件，適配電路也比較簡(jiǎn)單。PSD是具有橫向光電效應(yīng)的PIN光電位置傳感器，I1、I2的輸出和光點(diǎn)位置有關(guān)，經(jīng)適配電路處理有：
式中：X：光點(diǎn)偏離中心位置座標(biāo)；L：PSD光敏面長(zhǎng)；I1、I2：PSD兩端輸出電流。
設(shè)計(jì)中選用濱松（HAMAMATSU）線陣PSD S3931，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：
上述PSD 0.2 ?m的位置分辨率，相當(dāng)于度盤(pán)角度0.075″。6 mm的探測(cè)范圍，折合角度為37.5′。
1.2.3 步進(jìn)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器
步進(jìn)機(jī)和精密微調(diào)機(jī)構(gòu)相連，采用四相步進(jìn)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。整步模式下步進(jìn)角可達(dá)0.9°，對(duì)應(yīng)軸角0.2″，譜線在PSD上移動(dòng)0.5 ?。
1.2.4 A/D轉(zhuǎn)換器
AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)
=
取14位AD，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于步進(jìn)周期的10倍，以便多次平均。取100?s。本設(shè)計(jì)采用了12位逐次比較型AD轉(zhuǎn)控器AD574。在接近PSD中心時(shí)，精瞄將位置信號(hào)切換到放大8倍，從而達(dá)到15位AD的跟蹤精度。
1.2.5 瞄準(zhǔn)時(shí)間
當(dāng)步進(jìn)脈沖取600 Hz/S時(shí)，從邊緣到中心整步6000步，粗瞄所需時(shí)間為：（6000/600）=10s。
1.3 單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
單片機(jī)是該系統(tǒng)的前位機(jī)，承擔(dān)PSD和軸角編碼器的角度數(shù)據(jù)采集，步進(jìn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，鍵盤(pán)和LCD顯示的人機(jī)交互和數(shù)據(jù)予處理（例PSD的多次采集平均，加減除運(yùn)算等）以及和系統(tǒng)機(jī)的串行通訊。
1.4 顯示
采用240×64中小屏幕有背光的點(diǎn)陣液晶顯示器，可進(jìn)行漢字顯示，并用電子游標(biāo)模擬出譜線在PSD上的粗略和精確位置。給出角度數(shù)碼和PSD上譜線位置偏移碼。
1.5 系統(tǒng)機(jī)
系統(tǒng)機(jī)不附加接口板，它通過(guò)RS232串行口與前臺(tái)機(jī)（單片機(jī)系統(tǒng)）相連。在0幀（監(jiān)控0）聯(lián)機(jī)狀態(tài)下（聯(lián)機(jī)2）它的功能和前臺(tái)機(jī)一樣，通過(guò)鍵盤(pán)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遙控，PSD和軸角碼進(jìn)行實(shí)時(shí)CRT顯示。在1幀（監(jiān)控1）聯(lián)機(jī)狀態(tài)下，接收前臺(tái)機(jī)某模式下的逐項(xiàng)參數(shù)（角度值），進(jìn)行運(yùn)算，給出折射率的精確值。還可輸入當(dāng)時(shí)的溫度、氣壓值、對(duì)折射率進(jìn)行修正。
1.6 軟件設(shè)計(jì)
前臺(tái)機(jī)的逐程序由8051匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，系統(tǒng)機(jī)的程序由C語(yǔ)言編寫(xiě)，采用模塊化結(jié)構(gòu)。包括程序清單和功能、全部程序列表、軟件框圖（主程序和監(jiān)控0程序框圖、調(diào)整和顯示子程序框圖、電機(jī)調(diào)整（跟瞄）子程序框圖）、PSD值采樣A/D轉(zhuǎn)換防干擾平均值法子程序（INTO中斷服務(wù)程序-讀AD、給出模式1（直角照準(zhǔn)法）測(cè)試流程框圖、給出模式1疊代法解方程模塊）。
2 結(jié)語(yǔ)
該文介紹了高精度光學(xué)玻璃折射率測(cè)試儀電子學(xué)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)關(guān)鍵元器件的選用進(jìn)行了分析，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明，電子學(xué)方案可滿足高精度光學(xué)材料折射率測(cè)試儀的指標(biāo)要求。
摘要：介紹了一種汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器老化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用三菱Q00JCPU為主控器，MT4414T觸摸屏作為人機(jī)界面。用戶可直接在觸摸屏上設(shè)置工作主電壓、信號(hào)類(lèi)型、5段老化參數(shù)；同時(shí)具有風(fēng)機(jī)工作電流、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、產(chǎn)品溫度等參數(shù)的顯示和歷史趨勢(shì)查看功能。并集成了煙感報(bào)警、聲光報(bào)警器等報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化安全監(jiān)控。系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了電子調(diào)速器功能和性能的在線老化測(cè)試，可自動(dòng)檢測(cè)出產(chǎn)品的隱藏缺陷，為產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)提供了決策依據(jù)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器的產(chǎn)品老化測(cè)試中。
關(guān)鍵詞：電子調(diào)速器 風(fēng)機(jī) 老化
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)成為人們生活中的主要消費(fèi)品之一，并逐漸影響和改變?nèi)藗兊纳?。汽?chē)空調(diào)電子調(diào)速器作為汽車(chē)空調(diào)的重要組成部分，市場(chǎng)需求也逐年擴(kuò)大。目前市場(chǎng)上電子元器件的質(zhì)量良莠不齊，真假難辨，嚴(yán)重影響了電子整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量。汽車(chē)電子因其工作環(huán)境的特殊性，本身比一般電子產(chǎn)品要求高，如何保證汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器的質(zhì)量能滿足客戶的要求，顯得十分迫切。設(shè)計(jì)一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器的老化測(cè)試系統(tǒng)可有效降低產(chǎn)品的故障率。電子整機(jī)產(chǎn)品的老化，是指接通電源在室溫或高低溫情況下進(jìn)行連續(xù)若幾個(gè)小時(shí)甚至幾十個(gè)小時(shí)的正常工作，然后再檢測(cè)產(chǎn)品的性能是否符合要求。在產(chǎn)品出廠前及時(shí)發(fā)現(xiàn)有異常的產(chǎn)品，送往檢修部門(mén)檢修。這種異常產(chǎn)品往往是由于元器件質(zhì)量或生產(chǎn)工藝比如虛焊等造成的，一般檢測(cè)工序不容易發(fā)現(xiàn)。同時(shí)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段，對(duì)樣品進(jìn)行老化測(cè)試，還可以全面了解產(chǎn)品的性能，對(duì)后期進(jìn)行批量生產(chǎn)提供依據(jù)[1]。
1 硬件設(shè)計(jì)
汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器老化測(cè)試系統(tǒng)主要由以下單元模塊組成：PLC主控單元、人機(jī)界面單元、穩(wěn)壓電源單元、信號(hào)發(fā)生單元、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元、電壓/電流采樣單元、溫度檢測(cè)單元、報(bào)警單元等。另外還包括工作電壓為12V/24V的大小功率風(fēng)機(jī)若干個(gè)，基本可滿足各型號(hào)電子調(diào)速器要求，所有模塊和風(fēng)機(jī)都安裝固定在一個(gè)鋁合金工作臺(tái)上。系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。
1.1 PLC主控單元
PLC主控單元負(fù)責(zé)系統(tǒng)各單元的協(xié)調(diào)控制，執(zhí)行用戶設(shè)定的各項(xiàng)操作。Q00JCPU是三菱MELSEC-Q系列PLC中的基本型CPU，是以小規(guī)模系統(tǒng)為對(duì)象的，最適合于簡(jiǎn)單而又緊湊的控制系統(tǒng)。所支持的最大I/O點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)，可以使用梯形圖、語(yǔ)句表、ST（結(jié)構(gòu)化文本，類(lèi)高級(jí)語(yǔ)言）、SFC、FB等5種編程語(yǔ)言對(duì)基本型QCPU進(jìn)行編程。Q00J為CPU、電源和主基板（帶32點(diǎn)輸入輸出）一體機(jī)，同時(shí)內(nèi)置串行通訊功能RS-232和RS485接口能與使用MC通訊協(xié)議的外部設(shè)備進(jìn)行通訊[2]。系統(tǒng)中使用其RS-232接口與上海步科的MT4500觸摸屏通信。RS-485接口與電源單元的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源通信，用于設(shè)定當(dāng)前電源輸出。另外在0#插槽上額外配置了一個(gè)QJ71C24N通信模塊連接信號(hào)發(fā)生單元。
1.2 人機(jī)界面單元
人機(jī)界面選用的是上海步科生產(chǎn)的MT4414T觸摸屏，7寸TFT、65536顯示彩色、800*480分辨率、4線精密電阻網(wǎng)絡(luò)等，并具有COM0和COM2兩個(gè)串口，支持RS-485和RS-232通信接口[3]?？芍苯优c三菱Q00JCPU的RS-232接口連接進(jìn)行通信數(shù)據(jù)交換。使用的通信協(xié)議是 MC協(xié)議，使用兼容3C幀，4格式。波特率 57600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，奇校驗(yàn)。
1.3 穩(wěn)壓電源單元
為使系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)單和智能化，風(fēng)機(jī)工作電壓直接在觸摸屏上設(shè)置。使用具有遠(yuǎn)程控制功能的數(shù)字穩(wěn)壓直流電源作為風(fēng)機(jī)主電源，電源電壓范圍0～30V，最大輸出電流50A，自帶過(guò)流、過(guò)熱等保護(hù)功能。完全可滿足當(dāng)前12V/24V常見(jiàn)功率的汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器的測(cè)試?yán)匣枰?shù)字穩(wěn)壓直流電源與PLC之間采用的是自由通信協(xié)議。PLC可對(duì)電源進(jìn)行開(kāi)/關(guān)機(jī)、改變電壓大小等操，并能實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前輸出電壓、電流值和電源故障狀態(tài)指示。
1.4 信號(hào)發(fā)生單元
產(chǎn)品老化過(guò)程中，需要定時(shí)間隔調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)的大小，進(jìn)而改變風(fēng)機(jī)輸出。常規(guī)的直流或函數(shù)信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)無(wú)法滿足要求。系統(tǒng)采用的信號(hào)發(fā)生器是自制的汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器專(zhuān)用信號(hào)發(fā)生器?？芍С?～10V分辨率0.1V的直流輸出；頻率10～1000Hz，占空比0～100%的PWM輸出；LIN-BUS總線輸出；并且支持RS-485遠(yuǎn)程通信控制。PLC可通過(guò)QJ71C24N通信模塊對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
1.5 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元
在Q00JCPU的1#插槽上增配了一個(gè)脈沖I/O模塊QD60P8-G，該通用模塊可以測(cè)量轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置輸入脈沖的個(gè)數(shù)[2]。轉(zhuǎn)速傳感器采用的是霍爾型轉(zhuǎn)速傳感器SC12-20K，單片集成、高可靠性、溫度特性好、響應(yīng)頻率大于20KHz、檢測(cè)距離4mm、工作電壓DC6～36V，三線NPN常開(kāi)輸出。在風(fēng)機(jī)主軸上鑲嵌一個(gè)直徑10mm的永磁鐵，將SC12-20K垂直對(duì)準(zhǔn)永磁鐵截面并固定離其4mm處。傳感器使用24V供電，并將輸出信號(hào)接到QD60P8-G的脈沖輸入端。
1.6 電壓/電流采樣單元
Q64AD模擬輸入模塊，支持4通道模擬量輸入。使用其中的3個(gè)通道分別檢測(cè)風(fēng)機(jī)兩端電壓、工作電流和電子調(diào)速器散熱鋁殼的溫度。風(fēng)機(jī)兩端工作電壓最大不超過(guò)主電源電壓30V通過(guò)50K和10K電阻分壓后接到Q64AD的通道1。將風(fēng)機(jī)電源回路電纜穿過(guò)一個(gè)直流電流變送器LHB-50A，即可檢測(cè)風(fēng)機(jī)工作電路，變送器采用24V供電，輸出4～20mA電流信號(hào)，在回路中串聯(lián)一個(gè)250Ω的精密電阻，轉(zhuǎn)換為1～5V電壓信號(hào)送到Q64AD的2號(hào)通道。溫度傳感器使用的是K型熱電偶變送器，溫度范圍設(shè)置為0～200度，輸出4～20mA，同樣使用24V供電，串接一個(gè)250Ω精密電阻后接到Q64AD的通道3。使用時(shí)只需將探頭抵在電子調(diào)速器的散熱鋁殼上。
2 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件分為觸摸屏端上位機(jī)程序和PLC端下位機(jī)程序。MT4414T程序使用EV5000_V1.6_CHS開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)，選擇連接PLC型號(hào)為Mitsubishi Q00J，站號(hào)1、RS-232方式、波特率 57600，數(shù)據(jù)位8，停止位1，奇校驗(yàn)；上位機(jī)界面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。
本界面為系統(tǒng)用戶操作界面，可直接在界面上設(shè)定主電壓、信號(hào)類(lèi)型、五段參數(shù)值、循環(huán)次數(shù)等；同時(shí)顯示風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、產(chǎn)品溫度等參數(shù)，并繪制出風(fēng)機(jī)電壓、風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、產(chǎn)品溫度四個(gè)參數(shù)的歷史趨勢(shì)。主電壓設(shè)置范圍，0～30V；信號(hào)類(lèi)型可選擇DC、PWM、LIN-BUS三種目前主流的信號(hào)類(lèi)型。當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)短路、煙感報(bào)警現(xiàn)象時(shí)，報(bào)警指示顯示“故障”。
PLC端下位機(jī)程序在GX Developer Version 8開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)。程序主要分為下面幾個(gè)模塊程序。通信模塊程序，包括PLC與觸摸屏、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生器之間通信；風(fēng)機(jī)電壓檢測(cè)模塊、風(fēng)機(jī)電流檢測(cè)模塊、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、故障報(bào)警模塊。
3 結(jié)語(yǔ)
本方案設(shè)計(jì)的汽車(chē)空調(diào)電子調(diào)速器檢測(cè)老化系統(tǒng)已經(jīng)形成產(chǎn)品，在汽車(chē)空調(diào)配件企業(yè)的產(chǎn)品老化車(chē)間使用，有效的檢驗(yàn)了產(chǎn)品的性能和可靠性，大大降低了產(chǎn)品的出產(chǎn)故障率，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文提出的電子調(diào)速器檢測(cè)老化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)其他電子產(chǎn)品老化檢測(cè)具有一定的參考意義。
