周海晶 撖韶峰

【摘要】针对某企业生产的电风扇控制电路板质量不稳定问题，本文设计开发了基于Labview虚拟仪器的网络化多参数电风扇电路板可靠性测试系统。系统采用分布式结构，由三部分组成：测控节点、虚拟仪器上位机、干扰源。由嵌入式处理器组成的传感网测控节点，控制测试模式、流程和电路干扰源干扰信号的电压、频率，实时在线采集电风扇运行过程时其控制电路板的关键元件的电压和温度等参数，并通过传感网络发送至上位机Labview虚拟仪器。各参数的显示、存储和分析运算全靠Labview软件实现。应用结果表明，系统能准确快速的采集电路板元器件参数，运行稳定可靠，对发现产品质量问题和改进电路板设计发挥了重要辅助作用。

【关键词】虚拟仪器；嵌入式处理器；电路板测试；数据采集

1.引言

因为电路板的质量好坏直接影响产品的性能的高低，所以对电路板可靠性的测试是保障电子产品的质量的必经环节。对电路板的测试，其传统方法就是人工借助一些测试仪表逐点测量，这种测试方法可靠性不高、效率低且不能实时在线测试，因而不适合产品快速生产、测试、出厂一体化的需要。为了克服此问题，本文以某企业电风扇控制电路板为测试对象设计了基于传感网和虚拟仪器的电路板可靠性测试系统，系统采用分布式结构，由三部分组成：测控节点、虚拟仪器上位机、干扰源。

2.系统硬件结构设计

我们以嵌入式微处理器S3C2440为核心， 加上测控节点和干扰源组成硬件系统。测控节点实时在线自动完成电风扇运行过程时其控制电路板关键元件温度和电压信号的采集工作，将采集到的信号数字化处理后，经过短暂存储及初步处理，通过传感网将信号传递至计算机，供虚拟仪器软件Labview显示、存储，并进行综合分析。同时，还能够接收Labview上位机发出的命令，及时对测试流程进行总体上的控制。干扰源智能型脉冲群发生器可以高频尖峰或脉冲信号，模拟现实中电路板可能遭遇的电磁干扰信号，在干扰信号作用下参数数据的变化情况是电路板可靠性判断的重要指标。

2.1 温度采集

k型热电偶可直接测量液体蒸汽、气体介质和固体表面温度，测量范围0℃至1300℃。在本系统中用k型热电偶产生的电压信号传递给温度转换芯片Max6675，然后Max6675把温度值传递给S3C2440嵌入式微处理器处理，得到测试对象温度。

MAX6675的特点如下：

（1）内部集成有冷端补偿电路；

（2）带有简单的3位串行接口；

（3）温度信号可转换成12位的数字量，分辨率达0.25°；

（4）内含热电偶断线检测电路。

2.2 电压采集

S3C2440嵌入式微处理器内含的10位A/D转换器最大转换速率是500KSPS，能够满足数据转换时间与精度要求，但是要注意的是输入模拟电压范围是0-3.3V，所以被测电压首先经过互感器隔离、信号调理电路转换后保持在ADC允许范围内，然后经过ADC转换成数字量并通过以太网传送给上位机。

3.系统上位机软件设计

本系统在Iabview的软件环境下完成了电路板可靠性测试的全部软件设计，包括数据通信、数据显示、数据存储以及人机交互界面等部分。

3.1 数据通信子程序

系统TCP通信两端分别为Labview上位机（服务端）和测控节点（客户端）。服务端先通过TCP Listen.VI对指定的端口监听，客户端向服务器端被监听的端口发送请求，服务端接受到请求后便建立客户端与服务器端的连接，然后就可以利用该连接进行通信。通信完毕后，两端通过关闭连接函数TCP Close.VI断开连接。

3.2 数据存储子程序

本系统需要操作的数据量比较大，因而选择Labview提供的TDMS文件。每一个文件可以有多个组，每一组可以有多个通道。在系统中需要管理的数据信息有温度信息、电压信息、电路板运行状态信息，分别归类在Voltage、Temperature和property组中，其中Voltage、Temperature组都有八个通道，可以同时操作8路数据。数据存储的过程：首先用TDMS Open.vi创建并打开一个TDMS文件，然后用TDMS Write.vi按不同组别存储数据，数据存储结束后用TDMS Close.vi关闭TDMS文件。

3.3 主程序

从测控节点接受到数据是一些二进制数据，主程序负责将二进制转换换成十进制数组，并根据通信协议从中分离出温度数据和电压数据，再经过信号处理得出有效值和极值等，最后将这些数据在波形图中显示出来并存入TDMS文件，同时主程序通过TCP通信可以向测控节点网传递信号以控测试流程和干扰源干扰信号的电压、频率。

4.系统应用

图1为某企业风扇控制电路板电源部分的原理图。因需节省成本，用电容和RX1电阻组成的降压电路代替了变压器降压，由于设计上的缺陷，电路板在受到强电磁场干扰下，会引起RX1电阻烧黑，最终导致整个电路板损毁。为了查明原因，本系统以风扇控制电流板为测试对象，在正常情况和有干扰情况下，对其RX1电阻参数进行采集分析，由于篇幅所限，仅以RX1电阻电压为例。在正常情况和有干扰情况下，RX1电阻的电压曲线如图2所示。

图1 风扇控制电路板电源部分的原理图

图2 正常情况（左）

和有干扰信号（右）RX1电阻的电压曲线

从图2中可以看出，在信号干扰下，RX1电阻电压变的极不稳定，经常出现跳变，从而导致电压有效值变大，其间接效果是导致RX1电阻单位时间产生的热量增大。如果风扇电路板连续长时间运行，电路板RX1电阻会因温度过高而烧毁。通过对比分析得出的原因是风扇电路板抗高频干扰性能比较差，通过不同条件下的测试比较，其理想的解决方法是在风扇电路板电源输入端串联一个3.5m的电感以滤除高频干扰。其改良电路板在两种情况下RX1电阻的电压曲线如图3所示，可以看出，电路板RX1电阻的电压几乎不受干扰信号的影响。应用结果表明，统能准确快速的采集电路板元器件参数，运行稳定可靠，对发现产品质量问题和改进电路板设计发挥了重要辅助作用。

图3 改良电路板正常情况（左）

和有干扰信号（右）RX1电阻的电压曲线

5.结论

研究和开发了一种基于传感网和虚拟仪器的电路板可靠性测试系统，实现了电路板8路电压和温度参数的在线实时自动采集、显示、分析和存储，具有广泛的应用价值。本系统使用低成本、低功耗、高性能的嵌入式处理器完成数据的采集，同时以虚拟仪器Labview為开发平台，使得该系统操作方便，开发周期短且易扩展，大大降低了开发成本。

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