效能分析儀器裝置的程控運用剖析
1PZ4000是一套建立在新理念基礎(chǔ)上的功率分析儀，用于環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品和技術(shù)的研究開發(fā)工作。用于對被測對象進(jìn)行電壓和電流波形顯示和分析，對波動輸入進(jìn)行功率計算，進(jìn)行諧波分析和快速傅里葉變換FFT功能等。在一實際應(yīng)用項目中，用PZ4000儀器對節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。由于PZ4000儀器功能復(fù)雜，用戶提出用計算機L abV IEW軟件來控制儀器，以便簡化操作，并能夠使測試數(shù)據(jù)與EXCEL軟件相連。為此作者選用基于通用接口總線GP IB接口的儀器控制系統(tǒng)方案。
2基于LabVIEW GPIB控制儀器PZ4000的硬件構(gòu)成
GP IB儀器系統(tǒng)利用GP IB接口卡將若干GP IB儀器連接起來，每個設(shè)備，包括計算機接口卡，必須有一個0到30之間的GP IB地址。一般GP IB接口卡設(shè)置為地址0，儀器的GP IB地址從1到30.GP IB有1個控者（1臺電腦）來控制總線。在總線上傳送儀器命令和數(shù)據(jù)，控者尋址1個講者， 1個或多個聽者。數(shù)據(jù)串在總線上從講者向聽者傳送。
L abV IEW的GP IB程序包自動處理尋址和大多數(shù)其他的總線管理功能。
系統(tǒng)中，計算機通過GP IB接口卡和GP IB專用電纜連接到功率分析儀PZ4000的GP IB口上，并為儀器分配GP IB地址為1。系統(tǒng)構(gòu)成如1所示。
3軟件編程
31LabVIEW的GPIB VIs
L abV IEW的GP IB V Is使用了N I公司的N I488 1 2標(biāo)準(zhǔn)。
L abV IEW的安裝軟件安裝了動態(tài)鏈接庫以及它的支持文件， GP IB卡的附屬軟年也安裝了這些文件和附屬的支持文件。在儀器輸入輸出功能模塊的GP IB子模塊中，L abV IEW包含了GP IB通信的一些功能。其中包括的最重要的功能是從一臺儀器讀出和寫數(shù)據(jù)串GP IB W rite V Is和GP IB Read V Is。
GP IB W rite V Is實現(xiàn)了把數(shù)據(jù)寫入指定的地址或GP IB設(shè)備的操作。在GP IB W rite功能模塊中，地址字符串（address string）指定了要控制儀器的GP IB地址；模式（M ode）決定了如何結(jié)束GP IB的寫入；溢出時間（tim eout m s）決定了最長的寫入時間，如果沒有在規(guī)定的時間內(nèi)完成，本次操作將失��；狀態(tài)（Status）指定在寫操作之后GP IB控制器的狀態(tài)。
GP IB Read V Is是從指定地址（address string）的GP IB設(shè)備中讀入相應(yīng)的字節(jié)數(shù)（byte count）。
儀器的控制命令
用計算機控制儀器的過程，實際上就是計算機與儀器在通訊過程中的消息（m essage）傳遞過程，而所謂的消息（m essages）就是控制儀器的命令和儀器反饋數(shù)據(jù)。每臺儀器都有它特定的命令和發(fā)送命令格式。
對于PZ4000，它的程序消息單元（Program m essage unit）的格式如2所示。
〈Program header〉：用于指定控制儀器的命令，從計算機發(fā)送到儀器PZ4000的命令有三種，分別是通用命令、復(fù)合命令和單一命令。通用命令是指在IEEE 488 12 2 1987中定義的命令，一般儀器都有這種命令，如3 CL S；復(fù)合命令是指僅屬于儀器PZ4000的命令，如： ACQ uire： D IV ision；單一命令是指功能獨立的命令，如： STAR t.
2YKPZ4000命令格式〈Program data〉：用于確定執(zhí)行命令的狀態(tài)，它與〈Program header〉之間用空格（Space）隔開。如：TR IGger：MODE AU TO〈PM T〉，其中AU TO為Pro 2 gram data。
3 1 3基于LabVIEW的PZ4000儀器控制程序編制PZ4000儀器的操作功能比較復(fù)雜，用L abV IEW編程實現(xiàn)對PZ4000的控制，通常包括如3所示的幾個程序模塊。
系統(tǒng)中，要正確編制程序，首先，必須熟悉YKPZ4000儀器的手動操作測量過程，要正確理解各種測量功能；其次，要了解對應(yīng)于手動操作所實現(xiàn)的功能的儀器控制命令和數(shù)據(jù)格式；最后，充分利用L ab 2 V IEW V I的分層屬性，創(chuàng)建儀器控制程序的子V I，從而可以在高層程序中調(diào)用，使高層的程序簡潔。
在此項目中，為完成對儀器PZ4000的程序控制，其中的軟件開發(fā)過程分如下幾個步驟，首先，把儀器的有關(guān)基本操作編制成低層子程序（子V I） ，如配置儀器輸入?yún)?shù)、收發(fā)數(shù)據(jù)、查看儀器狀態(tài)等。其次，把用戶對儀器的特殊的測量要求也編制成低層子程序，如T rigger功能設(shè)置，觀察時間設(shè)置和數(shù)據(jù)記錄長度的設(shè)置等。最后，根據(jù)應(yīng)用要求，在高層調(diào)用這些子程序，組成完整的測試功能程序。
例如在此項目中，用L abV IEW編寫的控制儀器PZ4000的初始化和配置程序如4所示。
從圖中可以看出，初始化程序模塊完成對儀器的初始化操作。通過調(diào)用有關(guān)儀器基本操作的底層子程序完成對儀器的參數(shù)配置。
在3所示的程序結(jié)構(gòu)中，等待刷新程序模塊用于判斷數(shù)據(jù)是否被刷新。在儀器采集和處理數(shù)據(jù)時，計算機應(yīng)處于等待狀態(tài)，對儀器不進(jìn)行任何讀寫操作，當(dāng)儀器完成數(shù)據(jù)采集及處理后，計算機才可以讀數(shù)據(jù)。為此，計算機要用到儀器內(nèi)部的擴展事件寄存器來判斷儀器處理數(shù)據(jù)的狀態(tài)。
PZ4000中的擴展事件寄存器共有16位Bit0～Bit15，分別對應(yīng)儀器處理不同數(shù)據(jù)的狀態(tài)。如在數(shù)據(jù)采集時（Running） ，儀器設(shè)置Bit0為1；當(dāng)數(shù)據(jù)刷新后，Bit0被置成0.因此，計算機通過判斷Bit0的狀態(tài)就可知道數(shù)據(jù)是否被刷新，一旦采集數(shù)據(jù)被刷新，L abV IEW程序就可以讀數(shù)據(jù)。
讀數(shù)據(jù)程序模塊用于讀數(shù)據(jù)，計算機通過GP IB口從儀器中取出用戶所需要的數(shù)據(jù)；錯誤查詢程序模塊用于檢查測量過程是否出現(xiàn)故障。
在3所示的儀器控制程序結(jié)構(gòu)中，把等待刷新程序模塊和讀數(shù)據(jù)程序模塊放在W hile Loop循環(huán)中，把其余的程序模塊放在W hile Loop循環(huán)外，這樣就可以完成在儀器初始化配置后，使測量過程循環(huán)往復(fù)的連續(xù)進(jìn)行。
此外，還根據(jù)用戶要求編制了功能參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)存盤、故障報警，報表生成與打印等程序，使得功率測試過程能夠全自動進(jìn)行。
此項目完成的PZ4000儀器控制的人機對話窗口界面設(shè)計如5所示。
4結(jié)束
利用GP IB技術(shù)，用計算機實現(xiàn)對儀器PZ4000的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測試測量誤差。同時可預(yù)先編制好測試程序，實現(xiàn)自動測試，提高了測試效率。
另外，通過L abV IEW軟件，可以編寫儀器驅(qū)動程序，并把它作為子程序調(diào)用，與其他子程序一道組成一個大控制程序，從而控制整個系統(tǒng)。通過儀器驅(qū)動軟件，可用一臺計算機同時控制多臺儀器，大大提高了測試測量的效率，這是傳統(tǒng)儀器無法比擬的一個優(yōu)點。中國糧油儀器網(wǎng) http://www.52lvi.cn/
