基于虚拟仪器的低成本高效率镇流器ATE平台

发布: 2012-10-15 11:34 | 作者: 陈祥 | 来源: | 字体: 小中大

　　摘　要：介绍一种使用LabVIEW编写测试软件、通过GPIB来控制电源和测量仪器工作，用DIO-24来控制大规模电阻矩阵和切换负载，使用DAQ、SCOPE来采集各种电压、频率、波形等参数，同时使用数据库等技术进行数据记录和处理的ATE。

　　关键词：自动测试系统；虚拟仪器；镇流器

　　镇流器是照明系统的一部分。按照带载能力来分，有一灯丝，两灯丝，三灯丝等几种，它可以120/277V的工频来驱动。ATE主要测试其工作的功率、电流、效率、谐波失真系数，各灯丝的频率/电压，及启动电压、频率、空载特性等。

1测试系统硬件结构
1.1工控机的配置
　　工控机主要采用奔腾四主板，带集成显卡、集成网卡，带ISA和PCI插槽的底板，抽拉式键盘鼠标，软驱，光驱，带USB接口(便于数据库更新，测试数据的读取)。

1.2NI-GPIB卡
　　它基于IEEE-488.2的通信协议，使用ISA插槽，具有PLUG&PLAY的特点，主要用来与仪器通信。本系统启用了两台仪器，分别是Agilent公司的电源6812A，和Xitron 2503功率分析仪。前者负责给电子镇流器供电，通过GPIB卡向其发送指令调整供电电压、频率，定义电压波形等，过载会自动shutdown保护；后者负责检测功率、电流等，通过一个电流互感器将电流以十分之一的比例转化成电压信号，然后将该信号和电压合成，分析和求得功率、谐波失真系数、功率因数等参数。
1.3NI DAQ-6070E
　　该卡有16个输入通道，本系统采用差分输入方式，ch0和ch8，ch1和ch9，ch2和ch10……ch7和ch15两两组合，形成八路输入通道。电压范围设置为-10V～10V。但是有很多时候测试对象的电压不会正好在这范围里面，我们采用自制的电压调整模块来解决这个问题；通过数位拨码来改变增益。另外，有时测试板卡本身也会对测试信号产生影响，为消除此影响，又鉴于测试对象是交流信号，本系统采用了一比一的变压器进行隔离。由于DAQ读出来的是一组波形，故需对波形数组进行分析以取得其频率、有效值和波形失真系数。

　　系统利用了DAQ的两路Counter/times,Counter0产生50kHz占空比为50%的方波。Counter1产生120Hz的方波，程序将此占空比定义在10%～90%之间可调。为了提高120Hz信号的带负载能力，通过三极管将其放大。这两路方波信号接入镇流器的控制口(如图1)，来共同调节它的工作状态。
1.4DIO-24控制的电阻矩阵，开关矩阵
　　系统利用DIO发出的24个TTL电平信号，来控制各个继电器的动作(常开和常闭)。
　　(1)电阻矩阵的实现
　　按照1，2，4，8，16这样的二进制值的关系选取一系列电阻，各自并上继电器，然后将它们串在一起。这样系统通过DIO控制这些继电器的开关就可以得到任意一个阻值。一个通用的可控变阻箱便形成了。
　　(2)开关矩阵
　　镇流器测试过程需要进行满载、过载、空载、断电、加电等切换，系统用一系列开关来完成此功能。开发者将它做成一个独立的模块。
1.5NI-SCOPE监控
　　有些测试指标非常注重波形特性，如瞬时性，收敛性。以前使用示波器，但是发现很多弱点：占空间，价格昂贵。后来考虑使用示波器卡，直接插在工控机PCI插槽里，把ATE的宝贵空间节省下来了。系统采用示波器卡5112，同时检测负载电压和灯丝电压的波形，显示在测试面板上，并且记录成测试数据。

2软件的编写和性能评估
　　系统基于LabVIEW6.0编程。另外安装了Application Builder,SQL,NIscope等插件。我们使用了两台带有GPIB接口的仪器，编写者根据变阻箱驱动和开关矩阵驱动。
2.1模块化
　　编写者根据需要自行开发了仪器的驱动程序，开发了上文提到的变阻箱驱动和开关矩阵驱动模块，调用DAQ原始模块整合成采集各参数的通用模块。
2.2SQL的应用
　　利用Microsoft Access建立一个数据库，包括产品规格，典型样机值，校正误差三个子数据库。我们将一系列产品的参数输入进去。这样，在开启主测试面板时选择产品型号，然后，SQL模块将对应机型的参数调入以备使用。
2.3Calibration的设计
　　每一套测试软件都具备校准的功能。在大批量测试之前，先进入校准界面，利用标准样机进行校准。准确地讲，这是一个计算偏差的过程。首先，测试标准样机的值，然后与样机的标值进行对比，产生一个偏差，将它存入数据库的校正误差子库中。这样，进入量产测试面板后，在测得值基础上加上偏差，就认为是准确测量值了。
2.4软件的可靠性和快速性
　　可靠性：在测试软件的可靠性时，我们任意挑选100个产品，分别让五个工人测试，然后分析测试结果，计算均值，与最高值和最低值进行比较；相差不超过3%，认为该系统可靠，可以用于大量测试产品。
　　快速性：系统采用了各种板卡，与常规仪器测试系统相比，体现出了快速的优势。

3结束语
　　在采用LabVIEW软件之后，工程师开发测试系统的周期大大加快，同时该软件具有良好的可读解性；大量非常便宜的测试板卡的使用降低了公司的成本。随着集成电路的进一步发展，各类板卡的性能不断提升，此优势将更加明显。

作者：陈祥来源：仪表技术