开关电源自动化探测系统的设计与实现

开关电源自动化探测系统是电源行业加工制造部门必备的自动化探测系统。传统的开关电源自动化探测系统以GpIB卡控制多台传统仪器，完成自动化探测功能。整个系统受限于传统仪器功能，不易扩展，很难满足产品升级所带来的新的探测要求；受限于GpIB总线速度，很难实现并行探测和提高探测速度；受限于关闭式的使用软件，很难进行系统维护和二次开发。另外，整个系统的硬件成本非常高，开发周期非常长。

为缩短开发周期、降低系统成本、提高探测效率、满足日益更新的探测需求，本文依据以软件为核心的模块化系统构架重新设计了整个开关电源自动化探测系统，并成功实现了该系统。

1以软件为核心的模块化系统构架简介

以软件为核心的模块化系统构架是近年发展起来的一种自动化探测系统设计构架。它包括探测管理软件、探测开发软件、系统服务与驱动程序软件、解决总线平台和模块化I/O与仪器控制五个层次，如图1所示。

图1以软件为核心的模块化的系统构架

以软件为核心的模块化系统构架能缩短自动化探测系统的开发时间、降低自动化探测系统的总体成本、为自动化探测系统供应更大的灵活性。

2电源自动化系统的设计与实现

2.1系统功能需求

依据用户需求，该系统应有如下功能：

（1）倾覆所有要探测的功能，如表1所示：

表1探测功能需求表

（2）探测项目编辑功能，可以依据不同的探测需求新增或删减探测项。

（3）探测数据存储功能，把探测数据自动存入数据库。

（4）探测报表生成功能，依据要自动生成探测报表。

（5）用户管理功能，依据不同用户授予不同权限。

（6）灵活系统构架，依据实际需求新增或删减仪器设备。

（7）数据统计和分解功能，能计算出Cpk,绘制出控制图。

2.2硬件设计与实现

2.2.1系统总线选择

系统总线是系统硬件构架的核心，它决定了数据传输速度，笔直影响系统的探测效率。

常见的总线有GpIB、USB、Ethernet/LAN/LXI、pXI和pXIExpress,其带宽和传输延迟比较如图2所示：

图2常见总线带宽和传输延迟比较。

pXIExpress总线具有最大的带宽和最低的传输延迟。pXI总线具有很高的带宽和很低的传输延迟。

考虑pXI总线的模块化仪器大大多于pXIExpress总线，本文将选择pXI作为系统总线。

2.2.2pXI总线解析

pXI（pCIeXtensionsforInstrumentation,面向仪器系统的pCI扩展）是一种坚固的基于pC的测量和自动化平台。pXI结合了pCI的电气总线特性与CompactpCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并新增了专门的同步总线和紧要软件特性。

这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。这些系统可用于诸如制造探测、军事和航空、机器监控、汽车加工及工业探测等各种范畴中。

pXI在1997年完成开发，并在1998年正式推出，它是为了满足日益新增的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。

2.2.3硬件系统构架

本系统使用的硬件如表2所示：

表2开关电源自动化探测系统硬件

测量硬件选用基于pXI总线的模块化仪器，功率硬件选用基于GpIB总线的传统仪器。pXI总线与GpIB总线一起构建以pXI总线为核心的混合总线系统。这样的总线系统既具有pXI总线的优势，又能利用具有大功率优点的传统仪器。整个系统的硬件构架如图3所示。

图3硬件构架。

2.3软件设计与实现

2.3.1软件开发平台简介

TestStand是美国国家仪器有限公司的一款用于探测序列开发、管理和执行的探测管理软件。它将通用探测执行任务（如报告生成）与专用探测任务（如执行某项探测）相分离，为执行环境定制、报告生成、数据库记录和操作者界面等功能供应了所必需的工具。

LabVIEW是美国国家仪器有限公司的一款图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究试验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。它为数据采集，分解和表达供应了丰富的函数，可以方便快速地实现各种测量功能。

2.3.2软件构架

软件构架，如图4所示。整个系统的功能分为三个层次，最底层是硬件驱动层，紧要负责仪器控制和数据采集；中间层是探测功能层，在LabVIEW下进行数据解决，获得探测要求中的参数，完成探测功能开发；最高层是探测管理层，在TestStand下开发探测系统构架，集成LabVIEW下开发的探测功能，实现通用探测功能，如探测报表等。

图4软件构架。

这三个层次完全独立，具有最小的耦合性，可以进行并行开发。探测功能层不用关心底层硬件有哪些以及数据从哪一个详尽的仪器中来，只需专注于数据解决和分解；探测管理层不用关心探测功能要怎么样实现，只需专注于探测序列和探测构架的设计与实现。

当有新增/删减探测功能的需求时，只要新增/删减相应的仪器、仪器驱动和探测功能并调整探测序列即可，并不要对整个探测软件做较大的修改，具有很强的灵活性。

2.3.3系统界面

本系统界面设计简洁、友好，适合加工线操作员使用，如图5所示：

图5电源自动化系统探测界面。

3实验结果

3.1开发时间

本系统从设计开发到调试完毕仅用了2人2周的时间大大低于现有商业开关电源自动化探测系统的开发时间。

3.2探测时间

本系统在加工线上与用户现有的商业开关电源自动化探测系统作比较。表3是100次探测时间均匀值比较，从表中可以看出，本系统总体探测时间比成熟的商业系统提升15.38%;时序探测部分采用了高带宽的模块化仪器，探测时间提升52.5%;调整探测和动态探测，由于要反复控制传统仪器并且商业系统已使用了底层函数对仪器控制进行了优化，所以本系统的速度比商业系统慢。

表3探测时间比较

3.3探测精度

表4是100次调整探测的探测结果均匀值比较，由表中可以看出，本系统的探测精度与商业系统的误差在0.2%以内，完全满足用户探测需求。

表4调整探测

4结语

本文按照"以软件为核心的模块化系统构架"设计并实现了开关电源自动化探测系统。试验声明，基于该构架的系统较之传统的系统具有开发周期短、探测速度快、探测精度高、总体成本低、维护方便和升级容易的特点，适合加工线自动化探测升级的需求。

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