基于虚拟仪器的电子镇流器自动化测试系统

基于虚拟仪器的电子镇流器自动化测试系统
周律;朱金龙;周昱明;汪亮
【摘要】针对电子镇流器型号多样、测试实验项目众多、测试周期长等特点,以及人工测试工作量大、动作重复,容易引入人为误差等问题,采用虚拟仪器技术、计算机测控技术等实现了电子镇流器自动化测试,包括采集数据、分析数据,并且判断样品是否合格,同时生成实验报告.系统硬件主要由工控机、程控电源、功率分析仪、温控表、继电器开关箱以及NIUSB-6501等组成.以LabView作为自动化测试系统软件部分的开发平台,采用状态机作为主程序的设计模式,增强了系统的扩展性和维护性,完成了控制系统的软件开发.测试结果表明,该自动化测试系统测定参数准确,工作稳定可靠,效率高.
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2015(039)006
【总页数】3页(P1302-1304)
【关键词】电子镇流器;虚拟仪器;仪器控制;状态机;USB-6501
【作者】周律;朱金龙;周昱明;汪亮
【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093;上海理工大学机械工程学院,上海200093
【正文语种】中文
【中图分类】TM923
电子镇流器凭借着体积小、质量小、无频闪、光效高和寿命长等优势己经在家居、商用以及工业照明等场合逐步取代传统的电感式镇流器，成为近些年来市场上的主导产品。

大力推广并普及这种产品是当前节约能源、保护环境的大形势下的必然趋势。

随着电子镇流器要求越来越高，产品更新换代速度越来越快，对测试系统的要求也随之提高，以此提高电子镇流器的质量和可靠性以及缩短研发、生产周期[1]。

电子镇流器的测试项目众多，且系统要求高可靠性和高柔性。

传统的人工测试需要重复接线，造成劳动强度大、测试效率和精度都较低[2]。

随着计算机及软件技术
的发展，虚拟仪器技术得到了广泛应用，所以依托计算机自动检测电子镇流器成为照明企业研制和生产单位的首选。

在工控机为硬件核心的电子自动化测试系统的设计与开发中引人虚拟仪器技术，利用其提供的图形化编程环境针对不同的测试要求编写测试虚拟面板，可以快速搭建一套功能丰富人机界面友好的测试系统。

因此，本文提出研制开发一种基于虚拟仪器技术的电子镇流器自动化测试系统。

该系统可以实现多种型号、多系列、多个测试项目的镇流器测试要求，同时测试过程自动完成，自动生成测试报告，不需要重复接线，测试精度和效率提高，实现无人看守，安全稳定运行。

1 测试系统的硬件设计
自动测试系统的工作概述：将被测电子镇流器放入温箱内，稳定一段时间后，烘箱按照一定温度曲线不断升温达到预设温度，灯管置于长度可调的灯架上，按照实验要求通过继电器开关矩阵对被测镇流器输入输出端分别进行各种开关动作，包括输入端通断，输出端通断，灯头转换。

交流电源输出端连接在3通道功率分析仪的3个输入端，这样使用功率计对所有被测样品扫描，测量输入电参数并记录到测试报告中[3]。

该测试系统硬件主要由工控机、可编程电源、功率分析仪、温度控制器、NI USB-6501采集卡、通用接口总线(GPIB)连接线、继电器开关箱和被测对象组
成。

系统的硬件原理层次图如图1所示。

其中，电源采用美国Pacific ASX单项三相交流源，可编程控制，具有程控仪器(可编程仪器)标准命令集(SCPI)的GPIB(IEEE-488.2)界面，频率为15～1 200 Hz，电压为0～354 V。

高精度功率分析仪为横
河WT1803，在PC上通过GPIB通信方式，可读取高精度功率分析仪测得的数值数据，然后进行保存[4]。

温控器采用欧姆龙数字温控器E5EZ，通过J型热电偶输入温度，同时配备通信功能。

可通过RS485串口线与电脑通信，进行设定温度，
读取温度。

NI USB-6501可提供24个单端数字通道，即组成3个DI/O端口的
24个引脚 (P0.＜0..7＞、P1.＜0..7＞和P2.＜0..7＞)，作为驱动继电器动作的信号。

图2所示为可USB-6501控制的继电器驱动电路图。

其中24和5 V电源的地是
分开的，再配合使用光偶U1、U2，可以实现隔离，防止干扰。

PA0、PA1为与USB-6501连接的端口。

二极管D1、D2起反向续流作用，抑制浪涌，一般选用
IN4004。

在线圈两端接发光二极管VD1、VD2，当光耦导通，继电器吸合，同时发光二极管被点亮，表明继电器线圈已经加上电源。

图1 系统硬件原理层次图
图2 继电器驱动电路图
2 测试系统的软件设计
所谓虚拟仪器就是基于工控机的测试系统，以虚拟软件开发为平台，利用PC机强大的图形环境建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示[4]。

用户可根据实验需求在计算机上制作虚拟操作面板，使得这种系统既具有很
大的灵活性和易操作性，又可以节省大量的费用[5-6]。

本系统应用Labview软件实现了测试的自动控制，数据采集、存储、分析、显示
及输出。

测试系统的软件结构图如图3所示，用户通过控制界面对系统进行操作，测试系统主要完成两个功能：一是对仪器的控制，完成逻辑关系；二是完成对数据
的实时记录及处理。

仪器控制包括通过GPIB对程控电源的模式以及电压、频率的设定；对功率仪表的量程设定，数据读取等；通过RS485对温控表设定温度值，读取当前温度。

数据的记录及处理主要是每隔一段时间将数据保存在Excel中，部分实验要利用数据生成更加直观的图表，最终生成正规的报告。

报告不仅包括实验产生的数据，还要有表头、记录时间、实验是否通过的判断。

同时，软件系统设置了安全保护，当温箱温度超过上限或者发生短路时，系统将进行自动保护操作，发出停止运行的命令。

图3 系统软件框图
系统软件的编写基于Labview的数据流编程思想设计，采用模块化编程方法，根据不同功能组建各种模块，最后将各个模块整合为一套系统。

基本状态机模式能够满足主程序结构的需要。

该模式能够很好地使应用程序的各个功能以状态的方式有顺序地执行，并且保证了程序的可读性(以状态图的方式显示清晰明了)和扩展性(日后只需要扩展状态即可扩展相应的功能)。

如图4所示，状态机是由一个While 循环、一个条件结构和一个移位寄存器组成的，其中While循环用来保证程序可以连续地运行；条件结构的各种分支中的代码用来描述状态机的各种状态，以及下一状态的选择；移位寄存器用来将之前状态所做出的选择传递到下一次循环的选择端子。

图4 主程序的状态机模式
本测试系统实验都只需要测试输入端参数，镇流器输入端可以通过程控电源来快速通断，而输出端的通断需要USB-6501控制继电器来实现。

继电器控制程序的编写如图5所示。

图5 USB-6501控制继电器程序框图
系统包含的实验较多，但大致的流程是一致的。

现在以快速开关实验为例介绍其流程。

在每一个测试之前都上电稳定一段时间，然后测试镇流器的电压、电流、功率
等参数，将这些数据与开始设定的参数比较，如果测量值超过一定范围判定实验样品失效。

如果测量值在允许的范围内，继续实验，主要是控制电源使得镇流器一段时间得到电压，一段时间断开电源，同时这个时间是不断增加的，直到到达设定的数值为止，实验结束，再次测量，与参考值比较，用来判定实验是否通过，同时将判断结果写入报告，继续下一个实验，如图6所示。

图6 快速开关实验流程图
程控电源和功率仪表的驱动程序官方已经提供，功能齐全，也可以自己编写常用功能，更方便在应用程序中使用。

所谓的驱动程序，实际上就是一组VI，每个VI包含了硬件设备最常用的功能。

一个驱动程序的VI也是由一个或者多个VISA函数
构成。

图7是功率仪表一个VI程序框图[7]。

例如，Reading?告诉需要从功率仪
表中读取的测量值，通过VISA写入命令，然后VISA读取字节数，返回测量值。

图7 功率仪表VI程序框图
3 设备测试实验
虚拟仪器技术的理念就是利用软件代替或部分代替传统仪器的硬件，降低仪器开发成本，提高仪器性能[8]。

图8所示为系统软件界面，本测试系统的人机界面友好，操作者可以方便地进行参数设置，并且实时观察到系统的运行状态，同时操作按钮与实际按钮相似，温度的显示也很直观。

此外，该系统包括多个测试实验，每个测试要有独自的Excel类型测试报告，实验是否合格都有判断并记录。

同时虚拟面板上也显示实验时的状态如实验进行的时间和实验是否有异常，若有异常，则在此实验的界面显示报警灯亮，继续另一个实验[9]。

图8 系统软件界面图
多个型号镇流器在使用本测试系统后，与人工测试结果对比，测试的结果准确无误，效率更高，节省大量人力，同时避免了重复接线带来的误差。

4 结论
由于采用了虚拟仪器开发技术，本系统的开发周期短，自动化程度高，检测准确，稳定，具有实用性和先进性。

抗干扰能力强，适合工业现场测试使用。

通过测试比较和实际应用结果表明，该测试系统的性能满足实验需要。

与人工测试相比，系统的数据处理，测试可重复性，稳定性，方便性都有很大的优势，还可以进一步扩充实验模块，发挥更大的功能[10]。

基于虚拟仪器技术的电子镇流器综合实验自动化测试系统可以充分利用先进的计算机硬件资源，发挥出更高的开发效率。

用该测控系统对电子镇流器进行了多项性能测试，证明了使用该系统测定的参数准确，降低了测试工人的劳动强度，提高了测试精度和效率，能够完成对不同型号的电子镇流器实验项目的测试。

该测试系统现已应用于新产品研发测试以及实际生产检测中，对于照明行业的发展都起着积极的推动作用。

参考文献：
[1] 俞安琪.电子镇流器的现状及发展趋势[J].光源与照明，2007(2)：10-13.
[2] 吴钟华.嵌入式电子镇流器测试系统的设计与实现[D].四川：电子科技大学，2011.
[3] 虞再道，郭卫军.电子镇流器关联部件自动化测试系统[J].中国照明电器，2012(11)：21-26.
[4] WANG Y.Design of USB-GPIB controller and VISA function
library[J].Journal of Electronic Measurement and Instrument，2008 (3):21.
[5]BALLESTEROS J，FERNÁNDEZ P J I，HERNÁNDEZ M A，et al. LabView virtual instrument for automatic plasma diagnostic[J].Review of Scientific Instruments，2004，75(1):90-93.
[6] 郭北涛，柳洪义，曹阳，等.基于虚拟仪器技术的电磁阀综合特性测控系统[J].仪器仪表学报，2010，31(2)：293-298.
[7] 袁德虎，谢文华，金惠良.基于LabVIEW的减压阀可靠性试验平台设计[J].计算机工程与应用，2008，44(13)：220-223.
[8] 张大彪，于化龙.基于LabVIEW的汽车防撞报警系统的设计[J].计算机工程与应用，2008，44(21)：54-56.
[9] 潘铁军，郑蕾娜，万忠，等.基于虚拟仪器的PHS自动测试系统设计[J].计算机测量与控制，2007，15(3)：286-287.
[10] 林涛，邹黎华，耿勇男.多类型多通道的数据采集系统设计[J].电子测量与仪器学报，2009，23(1)：236-239.。