虚拟仪器技术在电子组件自动检测设备中的运用
摘 要
本文在简要介绍虚拟仪器技术的基础上，阐述了在电子组件自动检测设备中运用虚拟仪器技术实现自动调试及检测的方法，以及在某工程研制项目电子组件自动检测设备的运用效果，实现了测试过程的自动化。
【关键词】电子组件 自动检测 LabView 虚拟仪器技术
1 虚拟仪器简介
1.1 概述
随着现代计算机技术和仪器技术的迅速发展，美国国家仪器公司在20世纪80年代中期提出了虚拟仪器。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助用户创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。虚拟仪器所有测量测试仪器的主要功能可由数据采集、数据测试和分析、结果输出显示三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。
1.2 虚拟仪器硬件技术
虚拟仪器体系按总线类别来分，一般可分为以下几种类型：一是PC-DAQ方式，常见的总线产品为PCI总线；二是GBIB总线方式，适合于精确度要求高，但不要求计算机高速传输的应用；三是VXI总线方式，具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，应用广泛；四是PXI总线方式，由具有开放性的PCI总线扩展而来，在机械、电气和软件特性方面充分发挥了PCI总线的全部优点，具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标，符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。经对以上几种虚拟仪器总线比较，可以看出VXI总线和PXI总线的性能较优异，采用这两种总线符合虚拟仪器硬件技术的发展方向。
1.3 虚拟仪器软件技术
软件是虚拟仪器的关键。LabView是实现虚拟仪器软件的软件开发平台，基于数据流的编译型图形编程环境，它把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用简单或图标提示的方法选择功能（图形），并用线条把各种图形连接起来的简单图形编程方式，使得不熟悉编程的工程技术人员都可以按照测试要求和任务快速“画”出自己的程序，“画”出仪器面板、这大大提高了工作效率，减轻了科研和工程技术人员的工作量。
1.4 虚拟仪器具有的特点
虚拟仪器较传统仪器，主要特点有：开发和维护费用低，技术更新周期短（0.5-1年），硬件价格低，软件是关键，开放灵活、可重复配置，可用网络联络周边各仪器，自动、智能化、远距离传输等，即具有技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成等优势。
2 自动检测设备设计与实现
某工程研制项目包括多个复杂电子系统，电子组部件种类、数量、调试检测内容较多，存在所需调试设备繁多，调试工艺复杂，工作效率较低，调试错误率较高等问题，调试和检测方法的落后对电子组件生产的质量和效率造成一定影响。基于虚拟仪器技术，设计、研发一套电子组件自动检测设备，用于电路组、部件性能测试，可简化调试工艺，提高仪器使用效率及电路检测效率。设备设计、研发过程大致分为需求分析、硬件设计、软件设计、样机试制、功能调试、仪器校准等。针对各个电路组、部件等测试对象的功能、性能不同特点，进行供电、测试信号和测试需求分析，将所有需求迭代并集成，再完成硬件电路设计需求、接口适配器设计、测试并形成相应的后台数据流提交测试系统完成电路的实际测试软件设计，最终形成一套电路组、部件的综合测试系统。
2.1 需求分析
需求分析包括供电需求分析、测试信号需求分析、软件设计需求分析等。统计、归纳测试对象的供电电压、精度及功率要求，作为供电需求分析的依据。测试信号需求分析：将测试对象视为黑匣子，按流向分类定义输入、输出信号；根据测试信号的数字信号、模拟信号类型，描述各种测试信号的特征量：
1）通电开关数字信号：表达电压特征的开关量；
2）脉冲序列数字信号：分析确定波特率；
3）直流模拟信号：分析确定电平范围、精确度、负载能力；
4）时域模拟信号：分析确定电平幅值范围、采样频率f、精确度、基波频率；
5）频域模拟信号：分析确定电平幅值范围、频率范围；
统计测试信号：确定测试信号类型的通道需求数；求取k个不同测试信号类型的通道需求最大值；求取测试参数的最值。
2.2 设备设计
根据需求分析，进行硬件设计。选用PXI总线的插卡式仪器来构成自动检测设备，主要由控制器（嵌入式）、PXI机箱、PXI模块、程控电源、程控负载及接口适配器等构成。按照模块化设计的思想进行软件开发，将每个电路组件或部件的测试设计为一个独立的软件模块，便于测试设备的功能扩充；采用LabView开发环境开发PXI总线的各种用户应用程序，调用各类开发包和驱动程序，通过LabView仪器驱动，与各基于PXI总线的仪器进行通信，完成仪器控制及数据采集，检测电路输出的各种数字及模拟信号，同时通过通讯接口提供测试信息，监测电路的输出信息；依据合格判据判定各测试模块的检测结果；通过LabView工具包中的可编程Micosoft Word和Excel报表生成工具打印输出测试数据及结果报表，实现具体的测试目标。测试设备的设计过程中，在硬件接口、软件接口设计中都充分考虑了校准的操作性。LabView的校准执行程序具有可完成校准和报告生成的集成软件环境，通过调用校准软件，可实现测试设备的自动校准。
2.3 设备实现
经设备的设计过程，试制出的测试设备适用于该工程研制项目控制系统所属多个电子组件、20余种电路部件的调试，调试过程简单、快速、可靠、安全，满足研制项目生产使用需求。
3 结束语
运用虚拟仪器技术构建的电子组件自动检测设备，实现了测试过程的自动化，保证了测试的高可靠性，提高了测试速度和精度，使电路组件测试工作质量和效率得到提升，且通过对测试设备软件的升级，扩充其使用功能，具有很强的通用性和扩展性。
作者简介
马琪（1976-），男，云南省人。大学本科学历。现为海军驻昆办事处工程师，主要从事工业自动化专业科研工作。
作者单位
海军驻昆办事处 云南省昆明市 650051