開關電源自動化探測系統的設計與實現

開關電源自動化探測系統是電源行業加工制造部門必備的自動化探測系統。傳統的開關電源自動化探測系統以GpIB卡控制多臺傳統儀器，完成自動化探測功能。整個系統受限于傳統儀器功能，不易擴展，很難滿足產品升級所帶來的新的探測要求；受限于GpIB總線速度，很難實現并行探測和提高探測速度；受限于關閉式的使用軟件，很難進行系統維護和二次開發。另外，整個系統的硬件成本非常高，開發周期非常長。

為縮短開發周期、降低系統成本、提高探測效率、滿足日益更新的探測需求，本文依據以軟件為核心的模塊化系統構架重新設計了整個開關電源自動化探測系統，并成功實現了該系統。

1以軟件為核心的模塊化系統構架簡介

以軟件為核心的模塊化系統構架是近年發展起來的一種自動化探測系統設計構架。它包括探測管理軟件、探測開發軟件、系統服務與驅動程序軟件、解決總線平臺和模塊化I/O與儀器控制五個層次，如圖1所示。

圖1以軟件為核心的模塊化的系統構架

以軟件為核心的模塊化系統構架能縮短自動化探測系統的開發時間、降低自動化探測系統的總體成本、為自動化探測系統供應更大的靈活性。

2電源自動化系統的設計與實現

2.1系統功能需求

依據用戶需求，該系統應有如下功能：

（1）傾覆所有要探測的功能，如表1所示：

表1探測功能需求表

（2）探測項目編輯功能，可以依據不同的探測需求新增或刪減探測項。

（3）探測數據存儲功能，把探測數據自動存入數據庫。

（4）探測報表生成功能，依據要自動生成探測報表。

（5）用戶管理功能，依據不同用戶授予不同權限。

（6）靈活系統構架，依據實際需求新增或刪減儀器設備。

（7）數據統計和分解功能，能計算出Cpk,繪制出控制圖。

2.2硬件設計與實現

2.2.1系統總線選擇

系統總線是系統硬件構架的核心，它決定了數據傳輸速度，筆直影響系統的探測效率。

常見的總線有GpIB、USB、Ethernet/LAN/LXI、pXI和pXIExpress,其帶寬和傳輸延遲比較如圖2所示：

圖2常見總線帶寬和傳輸延遲比較。

pXIExpress總線具有最大的帶寬和最低的傳輸延遲。pXI總線具有很高的帶寬和很低的傳輸延遲。

考慮pXI總線的模塊化儀器大大多于pXIExpress總線，本文將選擇pXI作為系統總線。

2.2.2pXI總線解析

pXI（pCIeXtensionsforInstrumentation,面向儀器系統的pCI擴展）是一種堅固的基于pC的測量和自動化平臺。pXI結合了pCI的電氣總線特性與CompactpCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并新增了專門的同步總線和緊要軟件特性。

這使它成為測量和自動化系統的高性能、低成本運載平臺。這些系統可用于諸如制造探測、軍事和航空、機器監控、汽車加工及工業探測等各種范疇中。

pXI在1997年完成開發，并在1998年正式推出，它是為了滿足日益新增的對復雜儀器系統的需求而推出的一種開放式工業標準。

2.2.3硬件系統構架

本系統使用的硬件如表2所示：

表2開關電源自動化探測系統硬件

測量硬件選用基于pXI總線的模塊化儀器，功率硬件選用基于GpIB總線的傳統儀器。pXI總線與GpIB總線一起構建以pXI總線為核心的混合總線系統。這樣的總線系統既具有pXI總線的優勢，又能利用具有大功率優點的傳統儀器。整個系統的硬件構架如圖3所示。

圖3硬件構架。

2.3軟件設計與實現

2.3.1軟件開發平臺簡介

TestStand是美國國家儀器有限公司的一款用于探測序列開發、管理和執行的探測管理軟件。它將通用探測執行任務（如報告生成）與專用探測任務（如執行某項探測）相分離，為執行環境定制、報告生成、數據庫記錄和操作者界面等功能供應了所必需的工具。

LabVIEW是美國國家儀器有限公司的一款圖形化的編程語言，它廣泛地被工業界、學術界和研究試驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。它為數據采集，分解和表達供應了豐富的函數，可以方便快速地實現各種測量功能。

2.3.2軟件構架

軟件構架，如圖4所示。整個系統的功能分為三個層次，最底層是硬件驅動層，緊要負責儀器控制和數據采集；中間層是探測功能層，在LabVIEW下進行數據解決，獲得探測要求中的參數，完成探測功能開發；最高層是探測管理層，在TestStand下開發探測系統構架，集成LabVIEW下開發的探測功能，實現通用探測功能，如探測報表等。

圖4軟件構架。

這三個層次完全獨立，具有最小的耦合性，可以進行并行開發。探測功能層不用關心底層硬件有哪些以及數據從哪一個詳盡的儀器中來，只需專注于數據解決和分解；探測管理層不用關心探測功能要怎么樣實現，只需專注于探測序列和探測構架的設計與實現。

當有新增/刪減探測功能的需求時，只要新增/刪減相應的儀器、儀器驅動和探測功能并調整探測序列即可，并不要對整個探測軟件做較大的修改，具有很強的靈活性。

2.3.3系統界面

本系統界面設計簡潔、友好，適合加工線操作員使用，如圖5所示：

圖5電源自動化系統探測界面。

3實驗結果

3.1開發時間

本系統從設計開發到調試完畢僅用了2人2周的時間大大低于現有商業開關電源自動化探測系統的開發時間。

3.2探測時間

本系統在加工線上與用戶現有的商業開關電源自動化探測系統作比較。表3是100次探測時間均勻值比較，從表中可以看出，本系統總體探測時間比成熟的商業系統提升15.38%;時序探測部分采用了高帶寬的模塊化儀器，探測時間提升52.5%;調整探測和動態探測，由于要反復控制傳統儀器并且商業系統已使用了底層函數對儀器控制進行了優化，所以本系統的速度比商業系統慢。

表3探測時間比較

3.3探測精度

表4是100次調整探測的探測結果均勻值比較，由表中可以看出，本系統的探測精度與商業系統的誤差在0.2%以內，完全滿足用戶探測需求。

表4調整探測

4結語

本文按照"以軟件為核心的模塊化系統構架"設計并實現了開關電源自動化探測系統。試驗聲明，基于該構架的系統較之傳統的系統具有開發周期短、探測速度快、探測精度高、總體成本低、維護方便和升級容易的特點，適合加工線自動化探測升級的需求。

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