1、基于 Agilent VEE 通用型自动测试系统的设计与实现 摘 要： 现代测试系统中，基于虚拟仪器思想建立的测试系统已成为发展的主流。本文基于 Agilent VEE 平台设计一种通用型自动化测试系统，该系统从目前主流的测试流程出发，包含虚拟仪器软件结构设计、虚拟仪器硬件结构设计，实现测试测量数据的采集、传输、分析处理、显示、存储等功能。本文提出自动化测试系统模型有很强的移植性、通用性，在工程应用中也有效缓解了测试人员的压力，提高了工程设计及测试的效率。 关键词： Agilent VEE；通用型自动测试系统；虚拟仪 器思想；系统设计 Abstract: In modern test syst
2、em, virtual instrument has become the mainstream of development, a common automatic test system is designed in this paper. Based on Agilent VEE and conventional testing process, software structure and hardware structure is designed in the system, achieving the functions such as data acquisition, tra
3、nsmission, analysis , storage. etc. Experimental results manifest that CATS is robust, useful and high efficiency. Key words: Agilent VEE; CATS; virtual instrument theory; system design 随着计算机技术、现代测量技术和电子仪器技术的发展，先后出现的虚拟仪器、总线仪器等智能设备，增强并提高了测试测量领域的技术性能。但考虑到实际工程实践中数据通讯方式不统一、待测元件规模大、待测功能繁多，且每个测试系统的独立性较强，因
4、此，使用通用型的自动化测试系统（ Common Automatic Test System，简称 CATS）成为必然。 本文根据虚拟仪器思想，并基于 Agilent VEE 平台提出了一种通用型自动化测试系统的设计方案，它既满足测试系统中数据采集、数据处理与分析、数据显示与保存，也很好的保持 了 CATS 系统在工程应用中移植性和通用性的要求。 1. 相关背景介绍 1.1 虚拟仪器技术 虚拟仪器技术 1是近年来发展并兴起的一项新技术，在自动测试、过程控制、仪器设计等诸多领域有很广泛的应用，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件。 目前，电子测试自动化是测量仪器发展的主要方向
5、 2，随着科技的发展和进步，测试项目日益增多，测量范围越来越大，对测试速度、精度的要求也越来越高，而虚拟仪器系统的特点正适合了时代的潮流。 利用虚拟仪器思想建立的测试系统提高了测量精度与速度，其具有灵活 方便、成本低廉、效率高等特点，使其成为现代测试系统的主流。 1.2 Agilent VEE 平台 Agilent VEE3（可视性工程设计环境）是目前使用广泛的虚拟仪器软件开发语言之一，它是由 Agilent Technologies 公司推出的，以图形化软件编程和集成开发环境为基础的开发语言。 VEE 在控制仪器设备、测试测量软件的开发及应用方面有着独特的优势。创建 VEE 程序简单、快捷，
6、用户可将 VEE 与传统测试仪器设备结合，以最简单、最经济的方式自定义虚拟仪器系统。 Agilent VEE 不仅支持 Windows 和 HP Unix 工作站以及 Sun SPARC 等多种操作平台 4，而且在仪器控制方面很灵活，提供了 GPIB、 RS-232、 GPIO 等接口仪器的 I/O 控制。 VEE 图形编程方式能够在不影响运行速度的前提下，节省 80%以上的程序开发时间，保持了极高的效率。 2. CATS 的系统设计 通过对大量自动测试系统的分析 5-7，本文从工程实践角度出发，提出通用型自动测试系统（本文简称 CATS）。 CATS 主要由两大部分组成，分别为软件结构部分、
7、硬件结构部分如图 1 所示。 图 1 CATS 系统设计 2.1 CATS 的 软件结构 CATS 软件结构中主要包括 VEE 应用层、仪器驱动层、操作系统层。 （ 1） VEE 应用层 应用层是由若干个特定应用服务功能组成的实体，在 ATS 中主要包括为 VEE 虚拟仪器软面板、支持软面板服务的各个功能模块、提供测试数据分析及存储的数据集等功能。用户可自主定制测量任务所需要的功能，并可根据需求信息配置应用界面。 （ 2）仪器驱动层 在 CATS 软件结构中，仪器驱动层是应用层实现仪器控制的桥梁。本层提供仪器驱动器功能服务，其本身为软件程序集，为特定仪器设备的控制及数据传输提供服务。用户在应用
8、层调用虚拟仪器设备 时，仪器设备模块会在仪器驱动层调动相应的仪器驱动程序，而仪器驱动层将会以动态链接库形式呈现给应用层。 （ 3）操作系统层 操作系统层是 CATS 软件结构的基础，为用户提供了方便可扩展的运行环境，本层控制管理着计算机系统硬件和软件资源、合理有效组织计算机系统的工作，同时为应用层、仪器驱动层控制和管理硬件设备提供了服务。 2.2 CATS 的硬件结构 （ 1）总线接口层 本层是连接计算机与测试元件的桥梁，通过对接多种遵守协议的控制卡、控制接口，实现对待测元件的控制以及对测试数据的采集，采集得到的数据将封装成测试测量数 据流传输至 CATS 软件结构，留作分析处理。 （ 2）数
9、据采集层 本层为待测元件及配套的测试机架，当待测元件测试模式种类较多时，可以在数据采集层增加一个元件控制器，通过测试模式控制信号流来控制当前的测试状态。 2.3 CATS 系统流程图 根据 CATS 的系统结构，系统主要包含了系统初始、元件测试模式选择、数据采集、数据分析、数据显示等业务流程，如图 2 所示。 图 2 CATS 流程图 2.4 系统硬件组成 在 CATS 系统设计硬件结构的基础上，现提出 Agilent VEE 平台下自动测试系统的硬件组成。该部分由 PC 机、 总线接口卡（ GPIB/VXI）、支持总线接口的标准仪器、控制器四大硬件模块组成，如图 3 所示。 图 3 CATS
10、 硬件组成 PC 机是自动测试系统的控制者，也是服务提供者。 PC 机是用户与系统交互的载体，经过对测试系统充分的了解后， ATS 操作界面一般由测试参数组件、控制组件、系统通知组件组成，如图 4 所示。同时， PC 机也通过发出操纵指令、接收反馈数据来实现系统控制、数据分析和显示等功能。 图 4 CATS 用户交互界面设计 总线接口卡是灵活多功能的检测分析设备，支持总线接口的标准仪器是测试元件参数的设备。作为连接 PC 及和标准仪器的中间件，总线会根据 PC 机的指令将测试数据反馈至 PC 机。 控制机是待测元器件的控制模块，它根据 PC 机的控制指令，对待测元件的测试状态进行控制。 3.
11、CATS 的工程案例 本节将根据上文所提出的 CATS 模型及开发方法，结合软件工程化思想，通过某自动测试系统对 CATS的编程效率及移植性进行验证。 3.1 系统的需求与分析 系统实现目标：依靠 CATS 架构及 VEE 图像化编程工具，实现自动化测试系统中对测试元件 测试状态的控制，测试数据的采集和分析，最后对数据进行存储，实现自动化测试过程的快速、准确、高效。 系统功能需求：程序开始运行时能够输入保存 Excel 表名，并能输入首个产品编号，并按照顺序自动排号。提供跳号及手动重新编号功能。跳号功能：当点击跳号按钮后，产品编号跳至下一个值，被跳过的编号不计入 Excel 中。手动重新编号功
12、能：点击手动重新编号按钮后，能够输入新的编号值，并按照新的编号自动进行顺序编号。能够修改判据并保存至本地，下次运行时默认之前保存的判据。测试元件导通状态下测试数据为输入驻波、插入损耗，隔离状 态下测试数据为输出驻波和隔离度。输入驻波获取最大值，插入损耗获取最小值，输出驻波获取最大值，隔离度获取最大值。 测试设备： Agilent N5230A 型 通讯连接方式： GPIB、 USB2.0 软件运行环境： Windows XP、 Agilent Pro 9.0 3.2 系统的硬件组成及连线方式 根据系统的需求，并对照 CATS 硬件组成模型，系统采用 GPIB 总线标准，由 PC 机、 GPIB
13、 接口卡、具有 GPIB 接口的 Agilent 标准分析仪、控制器组成。见图 5 所示。 与 CATS 流程图类似， PC 机是实现控制、显示的终端， GPIB 总线是测试数据、控制流数据的传输方式，标准分析仪为 CATS 硬件结构中数据采集层的物理单位，控制器是控制待测元器件的模块。 图 5 系统硬件组成及连线 3.3 系统设计 按照本文第二节中提出的 CATS 系统架构，并对照需求，可快速对本项目进行系统设计，对应的设计结构图如 6 所示： 图 6 工程案例流程图 3.4 系统实现 按照上面介绍的通用步骤，用 VEE 编程实现自动化测试。 程序编写的过程中为了缩短运行速度，采用模块编程的
14、方式，嵌入多个相对独立的功能块，有机的组成整个自动测试系统。在本系统的初始化阶段 ，读取配置文件、修改配置文件两部分均用 UserObject控件封装，此方法不仅有利于模块的复用性，也有助于提高程序的可读性。 此外，为保证程序不间断的采集数据，程序用使用 Until Break 及 Break 控件的组合来实现循环运行。在每一次的循环中，先执行向待测元件发送控制指令的操作，再向测试设备发送查询语句，在获取测试测量数据后即可进行数据分析处理、数据存储等操作。 该自动测试系统用 VEE 实现的程序的图形化界面如图 7 所示： 图 7 VEE 实现自动化 测试 的程序 3.5 测试结果及分析 自动化
15、测试程序的实际运 行界面如图 8 所示，控制按钮主要有修改判据、运行、跳号、重新编号、关闭，并提供修改判据的下拉框，此外还有再测产品的编号及相应测试状态。 测试数据经过采集后，按照项目需求，数据经过分析处理后，数据将存储到 Excel 表格中。测试系统在运行结束后产生的 Excel 表格如图 9 所示，表格包含了测试元件的编号、测试选项、判据及测试结果，其中开关时间选项按照需求对其做了缺省处理。 通过工程项目实践可以发现，基于 CATS 模型进行的自动测试系统的开发效率极高，不管在软件架构还是硬件连接方面， CATS 都变现出了很好的移植性和适应性 ，因此 CATS 的工程价值很高，很适用于实
16、际的工程应用。 图 8 自动测试系统操作界面 图 9 存储至 Excel 的数据 总结及展望 本文中通用型系统设计方案基于 VEE 测试系统的常规流程，是经过工程实践检验的，测试工作人员在开发测试应用程序时， CATS 无论在操作的自主性，还是控制的自动化，都有很强的适应性。 当然，拥有 CATS 模型并非一劳永逸，任何工程应用都需要用户在开发过程中扬长避短，才能使其发挥更高的编程效率。 参考文献 1 赵会兵 . 虚拟仪器技术规范与系统集成 M. 清华大学出版社有限公司 , 2003. 2 乐德广 , 郭东辉 , 刘瑞堂 . 虚拟仪器结构及其可视化编程的技术进展 J. 2001. 3 Agil
17、ent VEE. Pro 8.5 & Agilent VEE Express Quick Start Guide, Agilent TechnologiesJ. 2007. 4 听雨轩工作室 . Agilent VEE 虚拟仪器工程设计与开发 国防工业出版社 2004.4 1-8. 5 董程林 , 种晋 . 基于 Agilent VEE 的热电池自动测试系统软件开发 J. 电 源技术 , 2009, 33(1): 47-50. 6 袁媛 , 李绍稳 , 汪伟伟 , 等 . 基于虚拟仪器技术的果园生态环境数据采集系统设计与实现 J. 农业网络信息 , 2005, 12: 21-23. 7 程翔 , 王峰 . 基于虚拟仪器的直放站自动化测试系统的设计 J. 光通信研究 , 2007 (6): 38-41. 8 周明星 , 刘方 . 基于 Agilent-VEE 平台的测试系统设计与应用 J. 现代电子技术 , 2005, 27(24): 49-50. 9 郑挺 , 王勇 . 虚拟仪器技术在 自动测试系统中的应用 J. 中国测试技术 , 2006, 32(1): 42-43. 10 陈雷 . 基于虚拟仪器的连接硬件自动测试的研究和实现 D. 上海交通大学 , 2008.
