基于GPIB总线技术的热电池测试系统设计

肖志刚1，柳维旗2

（1.军械工程学院，河北石家庄050003；2.军械技术研究所，河北石家庄050003）

摘要：首先对热电池的测试需求进行分析，提出基于GPIB总线技术和LabVIEW软件平台的测试系统方案。在此基础上选用符合测试需求的GPIB 功能模块和外部设备，介绍各组成硬件的功能和用途。按照热电池的测试需求采用Lab?VIEW编制测试软件，利用计算机控制测试系统的工作。该测试系统具有集成度高，兼容性好，可扩展性好的特点。

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关键词 ：热电池；测试系统；GPIB；LabVIEW

中图分类号：TN707?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）16?0160?03

收稿日期：2015?02?23

随着信息、智能技术的发展，新型弹药上的电源系统也越来越复杂，这就给电源性能测试带来了困难。目前弹载电源普遍采用一次性热电池作为一次电源[1]。为满足弹上热电池工作状态检测的要求，提高测试效率和精度，基于GPIB 总线技术设计了弹上热电池测试系统。系统不但效率高、测量结果准确、一致性好，而且测量数据自动存档，便于计算机自动处理，可实现产品的品质管理。

1 热电池的测试需求分析

热电池是热激活的一次性熔融盐电池，主要由加热系统和电堆等组成。它采用熔融盐作为电解质，在常温下电解质呈固态，不导电；使用时利用激活机构起爆电点火器，点燃电池内部的加热系统，在很短时间内电池电堆升温使熔融盐电解质融化并导电，电池正负极通过导电的电解质进行电化学反应，将化学能转变为电能即可给外线路供电[2]。热电池放电实验原理图如图1所示。

热电池测试的内容主要有热电池的激活时间、工作时间、工作电压、工作电流及表面温度等技术参数。由于热电池测试系统有激活电路和多路输出，需同时连接多台仪器，在弹上热电池工作时，还有来自导弹上的负载脉冲作用，不同的热电池其负载脉冲的幅值、作用时间及负载模式也不相同[3]。因此设计一套由计算机控制的测试系统，使热电池测试系统在测试时间序列的准确性和负载的变换加载得到保证，实现弹上热电池性能的系统测试是十分必要的。

测试系统具有如下功能：

（1）通过计算机控制直流电源模块，实现对热电池的自动激活。

（2）通过计算机控制电子负载，灵活地实现不同的负载特性。

（3）所有测试数据自动保存到指定的数据文件中，在测试过程中，一些关键的输出信号可以进行实时采集与监控；同时可以将测试数据转化为标准格式数据文件以作为事后研究的数据。

（4）用户可以将感兴趣的测试信号数据导出到文本文件中进行浏览和事后处理分析。

2 测试系统组成及特点

2.1 GPIB总线

GPIB（General Purpose Interface Bus）是仪器与各种控制器（如计算机）之间的一种标准接口。一个典型的GPIB测试系统包括一台测控计算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器通过标准GPIB电缆连接而成。每台GPIB仪器有单独的地址，通过计算机实现对仪器的操作和控制[4]。GPIB目前是仪器、仪表及测试系统与计算机互连的主流并行总线，各个仪器公司生产的台式仪器中几乎都装备有GPIB接口。测试系统组成如图2所示。

2.2 硬件组成

整个测试系统的核心是主控计算机。主控计算机控制各仪器的工作状态，分析处理采集的数据，显示打印结果。GPIB 测试设备组合用于激励信号的产生，采集被测电池的数据。转接适配器提供被测部件和设备连接接口，用于连接测试设备和被测对象，对信号进行变换。系统连接多组电子负载和程控电源[5]，可以选择其中的任何几个进行自由组合，根据不同热电池的测试需要进行切换或拼接设备，实现测试系统的通用型和可扩展性。本测试系统主要选用的模块包括：

（1）可编程电源。6653A 直流可编程电源主要用来提供热电池激活所需要的电信号，具备通用接口总线GPIB，可通过计算机对该仪器进行编程和控制。

（2）电子负载。系统采用多通道可编程电子负载FT6600A，FT6600A具有恒压、恒流、恒阻和恒功率的功能，接口为GPIB标准总线。最多可安装6个模块，各模块独立操作。负载模块可实现自动均载，多模块可同时调用已定参数，可以模拟任何波形或实际负载，使负载使用配置更灵活。通过计算机控制可编程负载，在热电池放电过程中通过计算机动态选择和切换，实现容性、阻性以及函数变化等特殊的负载特性。

（3）数据记录仪。日图公司生产的WR1000 热敏阵列记录仪是一种高性能的多通道高速数据记录仪，该仪器具有采样速度快、测量范围大、可采集电压信号和电流信号、工作稳定、抗干扰性好、可靠性高等特点[5]。使用时首先通过面板对仪器就采样频率、通道数等一系列参数进行必要的设置，在采样过程中其采样数据可以直接记录在记录纸上并同时存储在存储器中，等采样结束后通过记录纸或回放数据来分析和判断试验结果。

3 软件设计

3.1 软件组成

软件是系统的核心部分，主要通过计算机编程来完成对测量仪器的远程控制，实现对热电池性能的自动测试。程序包括GPIB卡的检测和初始化、仪器的检测和初始化以及各类测试功能的测试程序。

热电池测试前，需要按照热电池测试要求编写测试程序，一般的热电池测试程序应该包含下面几个模块[6]：

（1）激活模块：负责热电池的激活任务，热电池只有激活后才能正常工作，输出电压；

（2）计时模块：负责程序开始执行后的计时工作；

（3）负载器模块：执行为电子负载编写的程序；

（4）数据采样模块：实时地采集测试数据；

（5） 数据输出模块：实时地将采集数据输出为文件。

3.2 LabVIEW环境

本系统基于LabVIEW 平台编程，实现虚拟仪器面板的控制。LabVIEW 是一种图形化编程语言，它提供了一个功能强大的配置工具，即（Measurement & Auto?mation Explorer，MAX），能够帮助用户正确地设置包括仪器接口在内的各种测试设备。正确连接GPIB电缆和仪器后，MAX可以找到与GPIB总线相连接的仪器，各仪器的主地址编号可以在仪器中进行配置，在运行系统之前对各模块进行必要的参数设定，如图3所示。

在LabVIEW 中采用顺序结构对带有GPIB 接口的仪器逐一进行初始化，当所有初始化正确完成后，进入测试部分。其流程图如图4所示[7]。

主程序采用虚拟仪器软件结构（Virtual Instrumen?tation Software Architecture，VISA），实现不同独立仪器与工业控制机之间的通信。它作为独立于各个不同的仪器之上的标准化软件规范，使测试系统具有极强的扩展性和通用型。VISA 库提供初始化函数、配置函数、读函数、关闭函数等函数，基于VISA 函数编写仪器控制程序[8]。

各功能模块程序框图编好后，将电池和测试系统的端口连接好，然后执行为该电池编写的测试程序[9]，计算机就会按照事先设定的程序对热电池施加负载。同时程控电源对被测对象实施点火，激活热电池工作，通过数据采集器采集热电池的放电电压和电流信号，整个过程完全由计算机控制，从而实现了点火激活、拉载放电、数据采集、数据储存的自动化。图5为写入数据的程序框图。

4 结语

系统利用计算机控制GPIB接口实现了对各个仪器的实时控制，协调各个仪器的动作，使他们自动完成对热电池的各项性能指标的测试，并对原始数据进行分析处理，最终生成测试报告。采用面向对象的LabVIEW图形语言软件编程使系统功能易扩展、维护，增强了它的生命力。实践表明，以GPIB接口作为组成自动测试系统的标准总线接口形式，在通用化、智能化、便捷性和可靠性等方面都比传统的测试方法有很大的提高。

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参考文献

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[2] 陆瑞生，刘效疆.热电池[M].北京：国防工业出版社，2005.

[3] 安德宇.弹上电源系统测试技术研究[J].航空兵器，2006（5）：30?33.

[4] 张琼，严国萍.基于GPIB总线虚拟仪器的设计与应用[J].计算机与数字工程，2006，34（8）：132?134.

[5] 鲍俊，刘唯.基于GPIB对热敏记录仪的控制及数据传输[J].微计算机信息，2007，23（7）：172?174.

[6] 顾苗，刘晓雷，李娜，等.LabVIEW平台下电源测控系统的实现[J].装备环境工程，2012，6（3）：23?26.

[7] 蒋新广，柳维旗，姜志保，等.某型弹药制导系统的LXI总线自动测试系统[J].兵工自动化，2013（5）：46?49.

[8] 薛文琪，翟正军.基于虚拟仪器的电源测试系统设计与实现[J].计算机工程与设计，2010，31（6）：1330?1334.

[9] 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.

作者简介：肖志刚（1987—），男，河南洛阳人，硕士。研究方向为热电池测试技术。