摘要：基于VISA框架研发的自动测量软件，可兼容各种仪器厂商和不同通信接口，通过加载可配置测试方案脚本实现技术指标的自动测量。本文重点介绍了该软件的设计思想、工作原理以及具体应用实例。
关键词：VISA框架;自动测量;测试仪器;SCPI
1引言
为保障广播电视设备系统的优质、高效和稳定运行，需要定期进行指标测试。传统测试方式主要基于维护人员手动操作仪器、记录及分析数据。由于所用仪器品类复杂，测试指标较多，因此整个测试过程既费时费力，又容易出现参数设置、数据录入等环节的错误，难以保证测试结果的准确性。笔者通过对最新自动化测量技术的研究，结合广播电视技术系统的测试需求，成功开发了基于VISA框架的广播电视自动测量软件。该软件能够完成对各种总线接口仪器的操作及各种测试方案的制定，并自动存储相应的测试结果。相较传统的人工测试而言，该测量系统操作简便、准确度高，可有效提高广播电视技术系统的测试工作效率，在广播电视技术维护方面具有广阔的应用前景。
2系统组成及特点
VISA是虚拟仪器软件结构框架的简称，是可以通过调用底层代码来控制VXI、PXI、GPIB、RS-232以及其他种类仪器的单一接口程序库[1]。SCPI采用一套树状分层结构的命令集，提出了程控仪器（可编程仪器）标准命令集，具有普遍性[2]。广播电视自动测量软件通过调用VISA函数，实现SCPI命令的发送以及测试仪器返回数据的接收。测试仪器接收到自动测量系统发过来的SCPI指令并进行响应，将数据推送给测试系统，供用户查看和做进一步的分析处理。该软件具有如下特点。
（1）兼容性强
可以兼容市面上不同品牌和型号的测试仪器，通过不同组合的测试方案，高效灵活地完成不同测试任务，使用方便。
（2）标准化测试方案
软件操作简单，用户不需要熟练掌握测试仪器、被测设备，通过事先在脚本中完成编辑，配置测试方案，就可以快速实现对被测系统测试方案的制定。
（3）自动化测试且测试速度快
测试时不需要进行仪器面板操作，只需要完成设备接口连接，通过自动测试软件可在极短的时间内完成所有测试计划。
（4）测试结果智能化分析处理
实现测试结果的数据标准值域比对，对偏差较大的进行提示，结果可自动保存为Excel表或XML文档，便于分析查看，并可以根据需求进行图形化分析。
3系统设计与实现
3.1系统设计
自动测量软件是基于VISA框架实现的。软件使用MVC架构，主要分为仪器连接层、数据模型层、逻辑控制层和用户接口层。
（1）仪器连接层
与仪器进行通信，使用SCPI指令对仪器发送控制命令，并且接收仪器响应的数据。
（2）数据模型层
根据配置文件生成数据模型，逻辑控制层读取数据模型后生成相应的仪器命令集并执行；存储逻辑控制层读取仪器返回的结果，验证数据有效性并输出到结果文件。
（3）逻辑控制层
响应用户操作，对仪器发送控制命令，将仪器返回的数据传递给用户接口层，向用户进行展示，同时将仪器返回的数据传递给数据模型层，并进行数据保存。
（4）用户接口层
提供用户界面，用户在该界面进行参数配置、测试脚本文件导入以及测试结果记录和导出分析等操作。
3.2开发及运行环境
自动测量软件的运行终端平台使用Windows操作系统，软件使用微软.NET框架开发，编程工具及语言使用Microsoft Visual C# 2013。
3.3自动测试系统流程
自动测试软件使用时需要首先配置仪器通信参数、接口参数，将测试软件和设备联通。设置成功后，加载用户预设的测试方案，根据测试要求自动控制设备进行设置，同时读取测量数据，实时记录在测量软件中，对数据进行记录和保存，并可以导出进行分析处理。自动测试流程图如图1所示。
4应用实例
以下将介绍自动测量软件的应用方法。本次应用中使用Agilent 5181作为信号发生器，TEK SD 370作为测试仪器，组成测试系统。测量前，用户首先要制定测试方案，进行测试脚本配置，连接测试仪器，进行测试软件设置；设置完成后，运行自动测量软件开始测试，测试结果将自动保存，并可导出进行进一步的分析。
4.1测试设备连接
信号发生器将信号送入测试仪器，同时信号发生器通过TCP/IP接口，测试仪器通过GPIB接口，分别与自动测量软件进行连接，构成自动测量系统。测试设备连接图如图2所示。
4.2软件设置
主要是指测试仪器的VISA地址、测量时间间隔以及是否单步测量等软件参数设置。信号发生器和测量仪器的VISA地址是根据设备接口类型决定的，比如本次测试中信号发生器是GPIO接口，频谱仪使用TCP/IP接口；测试时间间隔是信号发生器向被测试系统发送测试信号后，测量软件从测试仪器获取数据的时间间隔，如果该时间间隔设置过短可能影响测量准确度；是否单步测量是选择是否一次性运行完所有测量的脚本命令，或者是每一条测量的脚本命令执行完后等待用户确认再执行下一步。用户设置完成以后，软件会生成XML配置文件（如图3），该配置文件可保存至本地，下次测试使用时直接调用，无需再次进行软件设置。
4.3加载测试脚本
测试脚本文件是一组设备SCPI控制命令集，向信号源设备和测试仪器发送指令，实现对信号源频率、功率、信号源类型以及测试仪器的测量带宽、中心频点等测试参数的自动设置。同时，自动测量软件读取仪器返回的测试结果并记录。根据测试方案设置，测试脚本可包括多条测试命令。本次执行的是“多频点功率测试”脚本，采用ASCII编码文本CSV方式配置，在CSV文件中每行表示一项测试命令，包括了对信号发生器和频谱仪等设备的控制要求。测试脚本文件如表1所示。测试脚本文件第一列是控制信号源仪器的SCPI命令，首先清除仪器设置，打开仪器射频输出，设置频点频率为100MHz，设置频点功率为-10dBm；第二列为控制测试仪器的SCPI命令，包括设置测试中心频率为100MHz，扫频宽度10MHz，带宽300kHz；第三列为测试仪器的测试设置，包括测量中心频点MARK的功率。例如进行200MHz功率测量的测试命令就是在保存测试脚本的CSV文件中增加一行，在100MHz功率测量的SCPI命令基础上更改FREQ为200MHz即可，如果需要进行不同的测试，输出不同测量结果，需在第二列和第三列进行设置。软件设置完成后，根据本次用户测试需求，加载自动测试的脚本文件，进行单步测量或者连续测量，从而完成多测试命令的自动执行。
4.4测试结果分析
自动测试执行完成后，测量软件自动记录测试结果。测试后的结果可保存为Excel表格，供用户保存并进行分析处理，测试结果也可以输出为XML数据，供其他应用程序调用。编写测试脚本时，用户还可以将预期的测试结果范围列出，自动测试执行完成后，软件可自动比对测试结果和预先设置的值，提示测试结果异常情况，供分析比较。
5结语
本文介绍的自动测量软件通过采用VISA通用虚拟仪器架构，实现了对不同仪器控制接口的操作，支持不同品牌、不同型号的频谱仪、信号发生器、示波器等测试设备，并可以预设标准测试方案，自动执行测试。该软件具有测试方案标准化、测试仪器通用化、操作界面简单化及测试结果智能化的特点，可有效提高测试工作效率。目前，本系统已兼容信号发生器、频谱仪、功率计等仪器，下一步将设计独立测量仪器功能模块，开发支持多台测试仪器、支持网络远程控制测试的功能，便于扩展和移植，同时优化测试数据统计分析模块，为用户提供更丰富的测试选择，提高广播电视测量水平。
参考文献：
[1]黄娟,李文臻.基于VISA及IVI技术的仪器仪表自动测试系统软件设计[J].电子质量, 2012(5):12-15.
[2]叶如燕,王卫国,杨光宇.基于SCPI指令集的测量仪器应用层驱动程序开发[J].化工自动化及仪表,2010,37(7):93-96,102.
作者:奚晓轶 严丹 单位:江苏省广播电视总台
