基于PC104的通用自動(dòng)測試系統設計

通用自動(dòng)測試系統平臺可以最大程度地節約測試成本，包括了軟件開(kāi)發(fā)成本，系統維護、升級成本以及新的測系統開(kāi)發(fā)成本。

　　測試程序集TPS可移植使得開(kāi)發(fā)一套程序可以適于多種不同的場(chǎng)合（理想狀態(tài)下），在系統開(kāi)發(fā)中不需要做過(guò)多重復的工作，針對不同廠(chǎng)商的儀器，TPS無(wú)需改動(dòng)；儀器可互換使得系統升級維護時(shí)更換儀器不需要軟件上作任何改動(dòng)，僅需簡(jiǎn)單配置就可以繼續使用，降低了維護和升級的成本；對于新開(kāi)發(fā)測試系統而言，如果TPS和儀器、通道都可以利用已有的資源，那么將會(huì )使新測試系統的開(kāi)發(fā)變得容易、快捷、成本更低。

　　本文基于PC104計算機，提出了一種通用測試系統組建方式。該系統由控制器、測控總線(xiàn)、測控模件、測控儀器等組成，總線(xiàn)包括GPIB、VXI、MXI、PXI等，測控模件和儀器既包括臺式儀器，也包括虛擬儀器和合成儀器。在通用接口、數據傳輸、通信協(xié)議、模塊儀器配置、信號轉接調理等標準上建立統一認識，能使各種儀器設備在此平臺上組建后的自動(dòng)測試系統，按測試需求發(fā)揮自身的效用，適應大多數的測試要求。

　　1 系統硬件設計

　　1.1 部件選擇

　　1.1.1 主機選擇

　　PC104計算機現階段技術(shù)發(fā)展比較成熟，而且也是未來(lái)測控技術(shù)發(fā)展的趨勢。PC104計算機相對于臺式工控機有體積小、功耗低、可靠性高和工作環(huán)境要求低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運用于分布式系統和集散控制系統中。高度緊湊的PC104結構形式，尺寸一般僅為：100mmx90mmx15mm，可以方便設計集成度高的儀器設備，比臺式工控機用復雜連線(xiàn)搭建起來(lái)的系統要緊湊。其供電電壓只需5 V，功率只有10 W左右，而一般工控機則需300 V左右的工控電流，功率也在250 W左右，可見(jiàn)使用PC104計算機能顯著(zhù)降低消耗。工作頻率現在也都能達到1 GHz，64 KB一級高速緩存和2MB二級高速緩存以上，在數據處理和分析上能達到較快速度。在接口方面，設有1個(gè)LAN口、1個(gè)EIDE接口、2個(gè)串口、2個(gè)USB接口、鍵盤(pán)鼠標接口、CRT接口等，在極小空間里幾乎實(shí)現了PC機所有的功能，能實(shí)現數據的高效傳輸和多種通訊。PC104計算機技術(shù)現階段發(fā)展比較成熟，也是未來(lái)發(fā)展的趨勢，對于組建系統，既可作為外接工控機使用，也可作為嵌入式計算機使用。所以使用PC104計算機作為主機，其適應性、靈活性強，既能滿(mǎn)足現代測試的需要，又能兼顧未來(lái)測試領(lǐng)域的發(fā)展。

　　1.1.2 儀器選擇

　　IVI（Interchangeable Virtual Instruments），可互換虛擬儀器技術(shù)是在VXI即插即用（VXI plugplay）技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的當今最先進(jìn)的測試技術(shù)。在器件選擇方面，盡量選擇符合IVI類(lèi)規范的儀器，可實(shí)現較好的互換性，通過(guò)編譯在PC104計算機上的IVI類(lèi)驅動(dòng)程序實(shí)現對某一類(lèi)IVI儀器的控制。IVI主要研究?jì)x器驅動(dòng)的互換性、測試性能、開(kāi)發(fā)靈活性及測試品質(zhì)保證。它綜合了最終用戶(hù)、儀器廠(chǎng)商以及通過(guò)開(kāi)放和透明的儀器控制方法來(lái)構建測試系統的系統集成者的需要，其特有的狀態(tài)管理結構，可以不重新優(yōu)化設計硬件系統，從測試系統軟件結構出發(fā)，消除了測試冗余，提高了測試速度。它對比VXI plugplay技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于：符合VXIplugplay規范類(lèi)的儀器雖然可以在計算機中裝好驅動(dòng)程序后直接使用，但每次儀器的更改都需要裝載驅動(dòng)程序，且測試程序也要做一定的更改，儀器互換性不夠強；而符合IVI類(lèi)規范的儀器，在儀器更改時(shí)，通過(guò)在計算機中裝載好的IVI類(lèi)驅動(dòng)程序，只需在程序中調用這一類(lèi)的驅動(dòng)程序便可實(shí)現對儀器的控制。

　　1.2 硬件構型

　　1.2.1 硬件組成

　　硬件方案為基于PC／104計算機測試系統。主要包括3部分：1）以PC／104計算機為主完成測量、控制、數據處理等功能的部分；2）實(shí)現PC／104計算機與外界通訊的轉接口部分；3）機箱部分。其系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

　　本原理圖組成的每個(gè)子系統或每個(gè)模塊都不是必須搭建或加入的，可根據實(shí)際測試需要靈活組配、裁剪，構建自動(dòng)測試系統。下面提出幾種主要組建方案：

　　組建方案1：當數據較少，對測試速度要求不高的情況下，可在PC／104主機部分配置GPIB卡，用GPIB總線(xiàn)對VXI或PXI機箱內儀器實(shí)施控制，由PC／104主機完成測試任務(wù)。

　　組建方案2：當數據較多，對測試速度要求較高的情況下，則可選擇高速率的MXI總線(xiàn)，通過(guò)設置在PC／104主機部分的PC／104-MXI轉接口，完成PC／104總線(xiàn)和MXI總線(xiàn)的通訊，實(shí)施對VXI或PXI機箱內儀器實(shí)施控制，完成測試。

　　組建方案3：在PC／104主機部分加入A／D采樣模塊，多路轉換模塊，定時(shí)器模塊等，被測對象可通過(guò)USB或RS232數據線(xiàn)直接和PC／104主機部分進(jìn)行通訊，配合臺式儀器，使以PC／104為主構建一個(gè)小型的測試系統，完成測試。

　　組建方案4：可在PC／104主機部分設計多種總線(xiàn)轉接口，按照多種轉接口的設計，不僅可以組建VXI和PXI測試系統，還可以組建其他總線(xiàn)式測試系統，只需配置相應的總線(xiàn)轉接口即可。

　　組建方案5：總線(xiàn)控制是未來(lái)發(fā)展的趨勢，在PC／104主機部分配以總線(xiàn)接口等，可直接利用總線(xiàn)與PC／104主機直接連接，實(shí)施通訊，可以是外接式，也可以直接嵌入系統，實(shí)現系統內測試，節約了開(kāi)發(fā)成本，也適應了未來(lái)的發(fā)展需要，體現了系統的開(kāi)放性。

　　組建方案6：通過(guò)PC／104上的LAN口連接服務(wù)器，接入網(wǎng)絡(luò )，也可設計接口卡，使多臺PC／104主機通過(guò)光纖通信，實(shí)現分布式測試和網(wǎng)絡(luò )化，達到遠程采集、控制的目的。