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

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(wèn)題日益嚴(yán)重,對(duì)于國(guó)家軍用和民用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試也越來(lái)越重要。本文針對(duì)目前傳統(tǒng)手動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的局限性,提出了組建EMI標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)思路及各功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理及過(guò)程。本系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)測(cè)試及局部頻段的摸底非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。本文最后通過(guò)實(shí)際測(cè)試并對(duì)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析表明本系統(tǒng)符合電磁兼容預(yù)兼容實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求。

0引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)谏a(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(yùn)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(duì)周?chē)h(huán)境中的其他用電設(shè)備發(fā)生影響，與此同時(shí)，電氣、電子設(shè)備本身也會(huì)受到其所處環(huán)境的各種電磁干擾我國(guó)國(guó)內(nèi)目前基于GJB、FCC、CISPR等的測(cè)試系統(tǒng)和軟件大多采用國(guó)外進(jìn)口的配套軟件，這樣就相應(yīng)地產(chǎn)生了很多問(wèn)題。首先，由于技術(shù)的壟斷和關(guān)稅等問(wèn)題，國(guó)外進(jìn)口的配套軟件成本很高，對(duì)于一般的小型實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)是不小的負(fù)擔(dān)；其次，國(guó)外的進(jìn)口軟件僅適用于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，用戶(hù)的可擴(kuò)展性差，尤其是對(duì)于定位在EMC故障診斷及摸底實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室更改測(cè)試參數(shù)不容易實(shí)現(xiàn)；最后目前對(duì)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試存在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不清楚或者知道標(biāo)準(zhǔn)而無(wú)從下手的情況對(duì)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)配置和實(shí)驗(yàn)布局等存在誤區(qū)，因而存在著大量的浪費(fèi)和多余。本軟件根據(jù)此要求進(jìn)行開(kāi)發(fā)本軟件的目標(biāo)使電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試簡(jiǎn)單化，以節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方面的不必要的資源浪費(fèi)。對(duì)于電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件最終用戶(hù)為電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試人員。EMI標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件將解決電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工作冗余的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試簡(jiǎn)單程序化。電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)試軟件以VB和VC++為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。其中VB實(shí)現(xiàn)界面及數(shù)據(jù)庫(kù)功能，VC++實(shí)現(xiàn)程控儀器模塊的功能。

1 自動(dòng)測(cè)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(cè)設(shè)備純凈電源及50 Q的穩(wěn)定阻抗；②EUT(被測(cè)設(shè)備)；③測(cè)試天線(xiàn)包括拉桿天線(xiàn)(10 kHz～30 MHz)、雙錐天線(xiàn)(30 MHz～200 MHz)、對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)(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(xiàn)和GPIB卡：用于PC與頻譜儀之間的通信；⑦PC。為防止頻譜儀過(guò)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(shí)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(kù)管理模塊、程控及自檢模塊、報(bào)告報(bào)表模塊組成。本EMI標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)試軟件具備以下功能：①參數(shù)設(shè)置，包括測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的選擇，測(cè)試配置的提示，測(cè)試參數(shù)的設(shè)置，如測(cè)試頻段、測(cè)量帶寬、檢波方式、掃頻步進(jìn)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(zhǎng)和速率對(duì)信號(hào)進(jìn)行掃頻測(cè)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(dòng)測(cè)量軟件能夠自動(dòng)將測(cè)量的信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成干擾的量值，即自動(dòng)補(bǔ)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(xiàn)性或?qū)?shù)頻率坐標(biāo)顯示出信號(hào)的頻率分布，同時(shí)自動(dòng)與相應(yīng)極限值進(jìn)行比較，判別信號(hào)是否超標(biāo)并在圖中表示出信號(hào)頻譜與極限值的關(guān)系；④數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和輸出能力，軟件可以將每次的測(cè)量數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)文件的形式進(jìn)行保存，需要時(shí)提取，特別是傳感器系數(shù)和測(cè)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(xún)時(shí)調(diào)用。⑤數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。主要對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)的極限值，天線(xiàn)校準(zhǔn)因子等進(jìn)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(jì)及實(shí)現(xiàn)方法

(1)初始界面及測(cè)試界面模塊

界面模塊貫穿于整個(gè)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(hù)使用整個(gè)系統(tǒng)的感受。充分考慮了用戶(hù)的需求和當(dāng)今軟件的發(fā)展趨勢(shì)之后，本文設(shè)計(jì)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(hù)只需選擇所需的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫(kù)篩選被選標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目、分類(lèi)、檢波方式、測(cè)試所需儀器等供用戶(hù)選擇并自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)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(hù)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(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)使用的是NI公司的GPIB總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)通信所以在VC++編程環(huán)境中，通過(guò)調(diào)用GPIB32.dll動(dòng)態(tài)連接庫(kù)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(gè)參數(shù)的作用是使掃描得到的數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫(kù)以便數(shù)據(jù)顯示模塊使用。

系統(tǒng)開(kāi)機(jī)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(gè)模塊包括2個(gè)主要功能：首先極限值、LISN校準(zhǔn)因子、天線(xiàn)校準(zhǔn)因子的插值功能。以極限值為例：電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求的極限值并不連續(xù)，而測(cè)試結(jié)果是連續(xù)的，因而在程序設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)有限的幾個(gè)極限值進(jìn)行插值，以確定頻譜儀掃頻的起始、截止頻率對(duì)應(yīng)的極限值。根據(jù)這2個(gè)頻點(diǎn)的極限值再進(jìn)行第二次插值，確定頻譜儀上每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極限值。兩次插值均是在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下進(jìn)行線(xiàn)性插值。其他因子的插值算法與極限值插值類(lèi)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(bào)告報(bào)表模塊

由于EMI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試會(huì)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(diǎn)的情況需要花費(fèi)很大精力將標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的極限值與測(cè)試數(shù)據(jù)比較。自動(dòng)測(cè)試軟件的自動(dòng)報(bào)告報(bào)表功能能給測(cè)試節(jié)約大量的人力物力，它自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較計(jì)算后生成標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表，而且可以根據(jù)給定的格式生成測(cè)試報(bào)告，做到快照式的測(cè)試即測(cè)試任務(wù)完成就可以馬上拿到測(cè)試數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析現(xiàn)場(chǎng)馬上解決問(wèn)題。

3測(cè)試結(jié)果分析

由于本系統(tǒng)定位為電磁兼容預(yù)兼容實(shí)驗(yàn)，所以系統(tǒng)的誤差分析主要是與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比得出，一般來(lái)說(shuō)預(yù)兼容實(shí)驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果誤差不超過(guò)3～6 dB為合格，誤差主要來(lái)源為實(shí)驗(yàn)室不理想，必然帶來(lái)諸如環(huán)境電平過(guò)大，墻壁反射及墻壁對(duì)天線(xiàn)方向圖的影響等誤差。通過(guò)對(duì)某信息設(shè)備輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果分析可得，超標(biāo)頻點(diǎn)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(dòng)測(cè)試軟件具有執(zhí)行效率高、儀器同步性好、模塊化設(shè)計(jì)、易于維護(hù)的諸多優(yōu)點(diǎn)。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(duì)日后的程控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有很好的借鑒意義。本系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)測(cè)試的很多缺點(diǎn)和弊端，簡(jiǎn)化了測(cè)試過(guò)程大大提高了EMI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的工作效率，在電磁兼容領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。