基于VB和VC++混合編程的EMI標(biāo)準(zhǔn)自動測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

摘要：隨著電子和電氣設(shè)備的密度急劇增加,設(shè)備間電磁兼容問題日益嚴(yán)重,對于國家軍用和民用標(biāo)準(zhǔn)的測試也越來越重要。本文針對目前傳統(tǒng)手動標(biāo)準(zhǔn)測試的局限性,提出了組建EMI標(biāo)準(zhǔn)自動測試系統(tǒng),詳細(xì)闡述了基于VB和VC++混合編程的EMI標(biāo)準(zhǔn)自動測試系統(tǒng)軟件的設(shè)計思路及各功能模塊的實現(xiàn)原理及過程。本系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可以在實驗室實現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)的自動測試及局部頻段的摸底非標(biāo)準(zhǔn)測試。本文最后通過實際測試并對結(jié)果進行科學(xué)分析表明本系統(tǒng)符合電磁兼容預(yù)兼容實驗的設(shè)計要求。

0引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在生產(chǎn)及日常生活中使用的電氣與電子設(shè)備也日益增多，而這些設(shè)備與其他物體及設(shè)備一樣，工作在一定環(huán)境之中。運行中的電氣、電子設(shè)備大多伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，往往對周圍環(huán)境中的其他用電設(shè)備發(fā)生影響，與此同時，電氣、電子設(shè)備本身也會受到其所處環(huán)境的各種電磁干擾我國國內(nèi)目前基于GJB、FCC、CISPR等的測試系統(tǒng)和軟件大多采用國外進口的配套軟件，這樣就相應(yīng)地產(chǎn)生了很多問題。首先，由于技術(shù)的壟斷和關(guān)稅等問題，國外進口的配套軟件成本很高，對于一般的小型實驗室來說是不小的負(fù)擔(dān)；其次，國外的進口軟件僅適用于標(biāo)準(zhǔn)測試，用戶的可擴展性差，尤其是對于定位在EMC故障診斷及摸底實驗的實驗室更改測試參數(shù)不容易實現(xiàn)；最后目前對電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的測試存在對標(biāo)準(zhǔn)不清楚或者知道標(biāo)準(zhǔn)而無從下手的情況對實驗中的注意事項、實驗儀器、實驗方法、實驗配置和實驗布局等存在誤區(qū)，因而存在著大量的浪費和多余。本軟件根據(jù)此要求進行開發(fā)本軟件的目標(biāo)使電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試簡單化，以節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)測試方面的不必要的資源浪費。對于電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)自動測試系統(tǒng)軟件最終用戶為電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試人員。EMI標(biāo)準(zhǔn)自動測試系統(tǒng)軟件將解決電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試工作冗余的問題，實現(xiàn)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測試簡單程序化。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)自動測試軟件以VB和VC++為開發(fā)語言。其中VB實現(xiàn)界面及數(shù)據(jù)庫功能，VC++實現(xiàn)程控儀器模塊的功能。

1 自動測試系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

(1)硬件構(gòu)成及功能：本系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要有：①LISN(阻抗匹配穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò))：主要用于提供被測設(shè)備純凈電源及50 Q的穩(wěn)定阻抗；②EUT(被測設(shè)備)；③測試天線包括拉桿天線(10 kHz～30 MHz)、雙錐天線(30 MHz～200 MHz)、對數(shù)周期天線(200 MHz～1 GHz)；④屏蔽電纜和轉(zhuǎn)接頭(N-SMA)；⑤頻譜儀：用于數(shù)據(jù)采集；⑥GPIB連接線和GPIB卡：用于PC與頻譜儀之間的通信；⑦PC。為防止頻譜儀過載可選配高通濾波器。 (2)軟件構(gòu)成及功能：本軟件功能采用模塊化方法實現(xiàn)主要由界面參數(shù)輸入及數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、程控及自檢模塊、報告報表模塊組成。本EMI標(biāo)準(zhǔn)自動測試軟件具備以下功能：①參數(shù)設(shè)置，包括測試標(biāo)準(zhǔn)的選擇，測試配置的提示，測試參數(shù)的設(shè)置，如測試頻段、測量帶寬、檢波方式、掃頻步進量、參考電平、分辨率帶寬、掃頻方式、傳感器系數(shù)、電纜損耗、衰減／放大器等；②控制儀器(頻譜分析儀)以一定的步長和速率對信號進行掃頻測量、判別和讀出數(shù)據(jù)；③數(shù)據(jù)處理能力．電磁輻射自動測量軟件能夠自動將測量的信號電壓轉(zhuǎn)換成干擾的量值，即自動補償因傳感器的使用而引起的隨頻率變化的校準(zhǔn)系數(shù)，并可用線性或?qū)?shù)頻率坐標(biāo)顯示出信號的頻率分布，同時自動與相應(yīng)極限值進行比較，判別信號是否超標(biāo)并在圖中表示出信號頻譜與極限值的關(guān)系；④數(shù)據(jù)的存儲和輸出能力，軟件可以將每次的測量數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫文件的形式進行保存，需要時提取，特別是傳感器系數(shù)和測試極限值都以數(shù)據(jù)文件的形式保存，便于數(shù)據(jù)處理和查詢時調(diào)用。⑤數(shù)據(jù)庫管理功能。主要對各標(biāo)準(zhǔn)的極限值，天線校準(zhǔn)因子等進行數(shù)據(jù)管理。系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。

2各主要功能模塊的設(shè)計及實現(xiàn)方法

(1)初始界面及測試界面模塊

界面模塊貫穿于整個軟件系統(tǒng)是軟件的心靈之窗，它的優(yōu)劣直接影響了用戶使用整個系統(tǒng)的感受。充分考慮了用戶的需求和當(dāng)今軟件的發(fā)展趨勢之后，本文設(shè)計出人性化和易于理解的界面輸入程序。首先，標(biāo)準(zhǔn)選擇界面用戶只需選擇所需的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)會自動從數(shù)據(jù)庫篩選被選標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的測試項目、分類、檢波方式、測試所需儀器等供用戶選擇并自動產(chǎn)生測試儀器連接配置圖。其次，軟件提供了多種界面風(fēng)格及色彩，加入了當(dāng)今軟件的流行元素，避免了用戶審美疲勞，如圖2、3所示。

(2)程控及系統(tǒng)自檢模塊

程控及系統(tǒng)自檢模塊均由VC++以控件形式實現(xiàn)。由于本系統(tǒng)使用的是NI公司的GPIB總線實現(xiàn)通信所以在VC++編程環(huán)境中，通過調(diào)用GPIB32.dll動態(tài)連接庫使用其內(nèi)部函數(shù)完成通信，儀器指令參照HP 8563EC編程指令編制主要代碼如下：

其中掃描函數(shù)的4個參數(shù)的作用是使掃描得到的數(shù)據(jù)自動入庫以便數(shù)據(jù)顯示模塊使用。

系統(tǒng)開機自檢可以調(diào)用Connect8563．Queryinstrument函數(shù)完成，函數(shù)返回值反映了系統(tǒng)目前的全部狀態(tài)如圖4所示。

(3)數(shù)據(jù)處理模塊

這個模塊包括2個主要功能：首先極限值、LISN校準(zhǔn)因子、天線校準(zhǔn)因子的插值功能。以極限值為例：電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)要求的極限值并不連續(xù)，而測試結(jié)果是連續(xù)的，因而在程序設(shè)計時，要根據(jù)有限的幾個極限值進行插值，以確定頻譜儀掃頻的起始、截止頻率對應(yīng)的極限值。根據(jù)這2個頻點的極限值再進行第二次插值，確定頻譜儀上每個點對應(yīng)的極限值。兩次插值均是在對數(shù)坐標(biāo)系下進行線性插值。其他因子的插值算法與極限值插值類似。其次是數(shù)據(jù)及單位轉(zhuǎn)化如下：

式中：CL為電纜損耗；PAG為前置放大器增益；P為從頻譜儀得到的功率值；107為50 Ω系統(tǒng)*率與電壓的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(4)報告報表模塊

由于EMI標(biāo)準(zhǔn)測試會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而且如果需要的到我們關(guān)心的超標(biāo)頻點的情況需要花費很大精力將標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限值與測試數(shù)據(jù)比較。自動測試軟件的自動報告報表功能能給測試節(jié)約大量的人力物力，它自動進行數(shù)據(jù)的比較計算后生成標(biāo)準(zhǔn)的報表，而且可以根據(jù)給定的格式生成測試報告，做到快照式的測試即測試任務(wù)完成就可以馬上拿到測試數(shù)據(jù)現(xiàn)場分析現(xiàn)場馬上解決問題。

3測試結(jié)果分析

由于本系統(tǒng)定位為電磁兼容預(yù)兼容實驗，所以系統(tǒng)的誤差分析主要是與標(biāo)準(zhǔn)實驗室數(shù)據(jù)對比得出，一般來說預(yù)兼容實驗與標(biāo)準(zhǔn)實驗室測試結(jié)果誤差不超過3～6 dB為合格，誤差主要來源為實驗室不理想，必然帶來諸如環(huán)境電平過大，墻壁反射及墻壁對天線方向圖的影響等誤差。通過對某信息設(shè)備輻射發(fā)射測試結(jié)果分析可得，超標(biāo)頻點誤差為3 dB左右，本底噪聲誤差為5 dB左右，符合要求。

4結(jié) 論

EMI標(biāo)準(zhǔn)自動測試軟件具有執(zhí)行效率高、儀器同步性好、模塊化設(shè)計、易于維護的諸多優(yōu)點。VC++編制的程控指令具有很高的可移植性，可以移植到Agilent多數(shù)儀器和41所部分頻譜儀，對日后的程控系統(tǒng)的開發(fā)具有很好的借鑒意義。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)測試的很多缺點和弊端，簡化了測試過程大大提高了EMI標(biāo)準(zhǔn)測試的工作效率，在電磁兼容領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。