作者：徐明初

職務(wù)：生產(chǎn)部經(jīng)理

公司：廣州瑞達(dá)通信技術(shù)有限公司

應(yīng)用領(lǐng)域：產(chǎn)品測(cè)試

使用的產(chǎn)品：LabVIEW7.0，DAQ7.0，DIO-96 DIO卡，NI6014 DAQ卡，TNT4882C ASIC PCI-GPIB接口卡

挑戰(zhàn)：在有限的預(yù)算和時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)一套高度集成、多功能、穩(wěn)定可靠的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)用于通信線路測(cè)試產(chǎn)品的參數(shù)校準(zhǔn)和功能測(cè)試。

應(yīng)用方案：采用NI公司基于LabVIEW的虛擬儀器平臺(tái)和Agilent公司的34401A六位半數(shù)字萬用表，通過定制的接口硬件和信號(hào)調(diào)理模塊構(gòu)建功能完善的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，集成了數(shù)字I/O、儀器控制、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)發(fā)生及調(diào)理功能，結(jié)合使用LabVIEW開發(fā)的自動(dòng)測(cè)試軟件完成測(cè)試任務(wù)所需的數(shù)字仿真及測(cè)試控制、基本參數(shù)的測(cè)量及參數(shù)校準(zhǔn)和各電路模塊的功能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了用一臺(tái)測(cè)試設(shè)備測(cè)試4種單板的設(shè)計(jì)要求，真正做到了一機(jī)多用，降低了測(cè)試成本。

測(cè)試頭作為電話系統(tǒng)用戶環(huán)路集中測(cè)量系統(tǒng)的前端設(shè)備，除對(duì)電話線路的電氣特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試外，還可對(duì)用戶話機(jī)、交換機(jī)用戶板的功能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量系統(tǒng)的后臺(tái)分析軟件通過分析返回的測(cè)量結(jié)果，對(duì)用戶線路故障進(jìn)行判斷、定位，為準(zhǔn)確、快速排障提供可靠依據(jù)，該設(shè)備可通過MODEM、RS-232口或TCP/IP口與測(cè)量中心連接。廣州瑞達(dá)公司的測(cè)試頭是基于VME總線的線路測(cè)試設(shè)備，由電源/接口板、控制/通信板、多功能測(cè)量板、交互測(cè)量板四個(gè)子模塊和帶VME總線無源背板的機(jī)箱構(gòu)成，其核心模塊多功能測(cè)量板由采用三端測(cè)量法和帶線驅(qū)動(dòng)的3位半數(shù)字萬用表、電容測(cè)試儀、縱向平衡測(cè)試儀以及P噪聲計(jì)組成，為保證最終產(chǎn)品的測(cè)試精度和質(zhì)量，該設(shè)備在設(shè)計(jì)中設(shè)置了十余個(gè)需校準(zhǔn)的參數(shù)及上千個(gè)需測(cè)試驗(yàn)證的參數(shù)，同時(shí)其通信模塊和外部接口的功能也要逐一驗(yàn)證，我們通過采用DIO96仿真CPU及VME總線的讀寫操作來控制被測(cè)板使之處于所需的測(cè)試狀態(tài)；采用NI6014 DAQ卡產(chǎn)生測(cè)試所需的0~1200Hz、0dBm~10dBm的單音信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)DTMF信號(hào)以及采集被測(cè)信號(hào)并結(jié)合LabVIEW的信號(hào)分析功能實(shí)現(xiàn)對(duì)單音信號(hào)頻率及幅度、測(cè)試信號(hào)源相位差的測(cè)量和DTMF信號(hào)的譯碼；此外采用GPIB控制的Agilent公司的34401A高精度萬用表完成對(duì)各種基本參數(shù)的測(cè)量。通過使用LabVIEW開發(fā)的自動(dòng)測(cè)試軟件來有機(jī)整合上述虛擬儀器資源，成功構(gòu)建了滿足該產(chǎn)品4塊板的功能測(cè)試及參數(shù)自動(dòng)校準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。

系統(tǒng)采用典型的基于虛擬儀器平臺(tái)的個(gè)人自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)（如圖1所示），其核心是采用LabVIEW7.0開發(fā)的自動(dòng)測(cè)試軟件，它控制測(cè)試系統(tǒng)完成所有的測(cè)試任務(wù)，包括參數(shù)裝載、上電控制、UUT設(shè)置、測(cè)試通路控制、信號(hào)發(fā)生及信號(hào)采集、參數(shù)測(cè)試、參數(shù)校準(zhǔn)、信號(hào)分析及處理、測(cè)試結(jié)果分析及顯示以及測(cè)試流程控制；基于通用工控機(jī)的虛擬儀器平臺(tái)提供測(cè)試控制、參數(shù)測(cè)試、參數(shù)校準(zhǔn)以及外部端口功能測(cè)試所需的硬件資源，其中DIO96用于CPU仿真、VME總線仿真、繼電器矩陣的控制和程控電阻盒的控制，NI6014DAQ卡用于標(biāo)準(zhǔn)直流電壓、單音信號(hào)以及DTMF信號(hào)的產(chǎn)生和被測(cè)音頻信號(hào)及DTMF信號(hào)的采集，Agilent34401A萬用表用于被校準(zhǔn)參數(shù)的測(cè)量以及一般參數(shù)的測(cè)量；專用組件主要包括被測(cè)板與虛擬儀器平臺(tái)之間的硬件接口和用于電源程控、程控電阻盒控制以及Agilent34401A萬用表和NI6014DAQ卡復(fù)用所需的繼電器矩陣，測(cè)試夾具用測(cè)試頭的機(jī)框改制，可滿足4種單板的測(cè)試需求。

該測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心思想是充分發(fā)揮虛擬儀器的靈活性、通用性、擴(kuò)展性和軟件功能強(qiáng)大等優(yōu)越性，盡量減少專用硬件的數(shù)量，除必須的專用接口硬件外，功能性專用硬件一律用DAQ卡加軟件來實(shí)現(xiàn)，這得益于DAQ卡強(qiáng)大的功能、良好的軟件支持和理想的輸入輸出特性，這樣的設(shè)計(jì)可有效降低設(shè)備成本，提高其穩(wěn)定性、可靠性、可維護(hù)性，同時(shí)可保護(hù)設(shè)備投資。

為方便維護(hù)及保證測(cè)試系統(tǒng)可靠工作，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套自診斷程序，用于檢查測(cè)試系統(tǒng)本身的功能和精度，同時(shí)可幫助維護(hù)人員查找故障。

該測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試軟件總體結(jié)構(gòu)采用LabVIEW提供的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，由于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試序列是由對(duì)應(yīng)的測(cè)試任務(wù)構(gòu)成的順序集，而對(duì)于解決有順序任務(wù)的問題來說，狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)是最有效的方法，同時(shí)狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)支持入口的任意跳轉(zhuǎn)，這樣當(dāng)測(cè)試設(shè)備工作于維修模式時(shí)，可直接跳到與維修有關(guān)的測(cè)試步驟，保證了設(shè)備使用靈活方便，有利于提高設(shè)備利用率。

利用LabVIEW的層次結(jié)構(gòu)，為改善LabVIEW代碼的可維護(hù)性，我們將測(cè)試軟件在邏輯上分為測(cè)試執(zhí)行界面、測(cè)試模塊和儀器驅(qū)動(dòng)器3層（見圖2），其中測(cè)試執(zhí)行界面層負(fù)責(zé)測(cè)試序列的組織、人機(jī)交互和測(cè)試報(bào)告的生成；測(cè)試模塊為每一測(cè)試步驟的具體實(shí)現(xiàn)，每個(gè)測(cè)試模塊對(duì)應(yīng)測(cè)試序列中的一個(gè)測(cè)試步驟且可獨(dú)立運(yùn)行，以便于調(diào)試；儀器驅(qū)動(dòng)器為儀器供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)的LabVIEW儀器驅(qū)動(dòng)程序庫。我們?cè)跍y(cè)試執(zhí)行界面和測(cè)試模塊間定義了標(biāo)準(zhǔn)接口，而測(cè)試模塊通過直接調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)器的高層函數(shù)（VI）來與儀器驅(qū)動(dòng)器交互，清晰的層次結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化的接口有效改善了軟件的健壯性和可維護(hù)性，同時(shí)也便于團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)的組織。

為了便于軟件系統(tǒng)的維護(hù)，我們將測(cè)試規(guī)格等需要維護(hù)的數(shù)據(jù)做成一個(gè)測(cè)試清單ACCESS數(shù)據(jù)庫，當(dāng)測(cè)試程序第一次啟動(dòng)時(shí)，這些參數(shù)被自動(dòng)加載，對(duì)于不同的被測(cè)板，只需加載相應(yīng)的測(cè)試清單數(shù)據(jù)庫即可，而不需對(duì)程序作任何改動(dòng)；類似地，當(dāng)產(chǎn)品參數(shù)發(fā)生改變而需更改測(cè)試規(guī)格時(shí)，也只需更改測(cè)試清單數(shù)據(jù)庫里的對(duì)應(yīng)記錄，而不需更改程序代碼。正是由于LabVIEW提供的功能強(qiáng)大的SQL TOOL KIT工具包幫助我們輕松實(shí)現(xiàn)了維護(hù)性數(shù)據(jù)獨(dú)立于程序代碼的思想。

為了滿足該設(shè)備測(cè)試4種板的需求，測(cè)試軟件的用戶界面層必須是完全可重用的，利用LabVIEW動(dòng)態(tài)加載子VI的功能，我們將測(cè)試模塊的名稱標(biāo)準(zhǔn)化，在用戶界面層采用動(dòng)態(tài)加載的方式調(diào)用各測(cè)試模塊，在更換被測(cè)對(duì)象時(shí)，只需將對(duì)應(yīng)的測(cè)試模塊拷貝到指定路經(jīng)的文件夾即可，而不用對(duì)用戶界面層作任何改動(dòng)，這樣可大大減少重復(fù)性工作，提高開發(fā)效率。此外，由于動(dòng)態(tài)加載子VI的生命周期與其執(zhí)行周期相同，故測(cè)試軟件對(duì)系統(tǒng)資源的占用較少，在測(cè)試系統(tǒng)比較龐大的情況下，有利于提高執(zhí)行效率。

此外在測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)上，更得益于LabVIEW的強(qiáng)大功能和易用性，通過合理分配DIO96的I/O線，利用LabVIEW提供的DIO函數(shù)，我們輕松完成了MOTOROLA系列CPU的仿真程序和VME總線的讀寫仿真程序的編寫；通過調(diào)用基于VISA的驅(qū)動(dòng)程序，輕松完成了對(duì)Agilent34401A數(shù)字萬用表的控制；利用LabVIEW的波形發(fā)生器函數(shù)，輕松實(shí)現(xiàn)了虛擬信號(hào)發(fā)生器的功能；利用LabVIEW自帶的信號(hào)處理工具包，通過FFT變換完成了對(duì)同頻信號(hào)相位差的測(cè)量和利用諧波分析法完成對(duì)DTMF信號(hào)的譯碼。當(dāng)然參數(shù)校準(zhǔn)算法的成功實(shí)現(xiàn)也得益于LabVIEW強(qiáng)大的功能和豐富的資源。

測(cè)試界面采用典型的生產(chǎn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)界面（圖3所示為待機(jī)狀態(tài)下的界面），用戶可選擇被測(cè)產(chǎn)品的類型（在線產(chǎn)品和返修產(chǎn)品），測(cè)試設(shè)備的操作模式（生產(chǎn)測(cè)試模式和維修模式），在維修模式下，用戶可選擇起始執(zhí)行步驟，單步循環(huán)次數(shù)及測(cè)試序列循環(huán)次數(shù)。測(cè)試過程中，測(cè)試界面除顯示被測(cè)板信息、測(cè)試通過率信息和當(dāng)前測(cè)試步驟信息外，還會(huì)實(shí)時(shí)報(bào)告各測(cè)試步驟的測(cè)試結(jié)果，當(dāng)有測(cè)試步驟失敗時(shí)，會(huì)提醒用戶是繼續(xù)還是終止測(cè)試。測(cè)試完成后，測(cè)試軟件自動(dòng)生產(chǎn)LOG文件或?qū)y(cè)試結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫。

此外當(dāng)測(cè)試通過率低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出告警信息以提醒操作者注意。

測(cè)試流程包括總體測(cè)試流程（見圖4）和測(cè)試模塊測(cè)試執(zhí)行流程（見圖5）。

圖4所示測(cè)試流程為生產(chǎn)模式下的自動(dòng)測(cè)試流程，在維修模式下，由于可手動(dòng)選擇測(cè)試步驟，流程中會(huì)增加一些手工選擇的環(huán)節(jié)。

測(cè)試模塊的功能雖然千差萬別，但我們將其流程標(biāo)準(zhǔn)化，主要目的是保證各測(cè)試模塊均可獨(dú)立運(yùn)行，這樣十分便于開發(fā)調(diào)試，也便于開發(fā)的組織和管理。

4種被測(cè)板需校準(zhǔn)的參數(shù)達(dá)十余個(gè)，被校參數(shù)類型包括基本的測(cè)試用交、直流基準(zhǔn)信號(hào)源的幅度，測(cè)試用交流信號(hào)源之間的相位差，板上交、直流基準(zhǔn)電壓的幅度，單音信號(hào)及DTMF信號(hào)的幅度，各種類型濾波器的頻率響應(yīng)特性等。所有這些參數(shù)的校準(zhǔn)均通過預(yù)先設(shè)置的微調(diào)電阻來調(diào)整，我們采用如圖6所示的閉環(huán)調(diào)節(jié)算法，同時(shí)根據(jù)被校參數(shù)對(duì)電阻調(diào)節(jié)的不同收斂特性，用LabVIEW編制了不同的校準(zhǔn)算法，計(jì)算機(jī)通過程控電阻盒來模擬微調(diào)電阻對(duì)被校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，測(cè)試儀器將調(diào)節(jié)的結(jié)果反饋至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)校準(zhǔn)算法通過程控電阻盒對(duì)被校參數(shù)作進(jìn)一步調(diào)整，直至被校參數(shù)達(dá)到目標(biāo)值要求，此時(shí)，校準(zhǔn)程序自動(dòng)給出微調(diào)電阻的阻值。

由于我們的校準(zhǔn)算法根據(jù)被校參數(shù)的收斂特性進(jìn)行了優(yōu)化，使的校準(zhǔn)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度和速度都較為理想。

我們用基于LabVIEW的虛擬儀器平臺(tái)，在有限的預(yù)算和時(shí)間內(nèi)，成功開發(fā)了電話系統(tǒng)用戶環(huán)路集中測(cè)量系統(tǒng)測(cè)試頭的單板自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)設(shè)備測(cè)四種板的設(shè)計(jì)要求，完全替代了原進(jìn)口設(shè)備，造價(jià)不到進(jìn)口設(shè)備的十分之一，且比進(jìn)口設(shè)備體積更小，功能更強(qiáng)，維護(hù)更方面，同時(shí)在穩(wěn)定性和可靠性方面有質(zhì)的提高。

LabVIEW的強(qiáng)大功能保證了虛擬儀器優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮，不僅大大減少了專用硬件的使用，也使測(cè)試設(shè)備開發(fā)周期大為縮短，為新產(chǎn)品搶先上市奠定了基礎(chǔ)。

以基于開放工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬儀器技術(shù)，其靈活性和可擴(kuò)展性是傳統(tǒng)儀器所無法比擬的，本文所述設(shè)備只需增加少量資源，即可演變?yōu)橐慌_(tái)滿足音頻頻段產(chǎn)通信產(chǎn)品功能測(cè)試的通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。