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【關鍵詞】PCBA；功能測試；模塊化系統；工裝板；檢測儀器
PCBA中文叫實裝電路板，在PCBA的批量生產過程中，由于設備運行狀態和操作者的人為因素等，不可能保證生產出來的PCBA全部都是完好品，這就要求在生產的末端加入各種的測試設備和測試工具，以保證出廠的所有實裝電路板與設計時的各種規格和參數完全一致，這就產生了ICT、AOI、X-Ray、Boundary-Scan、FCT等各種測試手段。盡管各種新技術層出不窮，但功能測試依然是保證產品到最終應用環境立刻就能工作必不可少的手段。現代電子產品中內置自測應用越來越多，這應該大力提倡，因為它可降低功能測試的成本，但也不能完全消除功能測試。如果應用的場合非常重要（如軍事、航空、汽車、交通等領域），或者最終產品的成本及復雜程度非常高，那么更需要保證產品自身以及與其它系統合在一起時工作正常，這時功能測試將是必須的。綜合考慮生產成本和檢測效率，本文提出了一種模塊化的開放性PCBA功能測試平臺，使得功能測試平臺的搭建非常靈活簡便，擁有很強的通用性和開放性，可自由增減測試模塊和測試項目。
一、功能測試概述
功能測試（FCT：Functional Circuit Test）指的是對測試目標板（UUT：Unit Under Test）提供模擬的運行環境（激勵和負載），使其工作于各種設計狀態，從而獲取到各個狀態的參數來驗證UUT的功能好壞的測試方法。簡單地說，就是對UUT加載合適的激勵，測量輸出端響應是否合乎要求。一般專指實裝電路板（PCBA）上電后的功能測試，包括：電壓、電流、功率、功率因素、頻率、占空比、位置測定等功能參數的測量。功能測試涉及模擬、數字、存儲器、RF和電源電路，通常要用不同的測試策略。測試包括大量實際重要功能通路及結構驗證（確定沒有硬件錯誤），以彌補前面測試過程遺漏的部分。這需要將大量模擬/數字激勵不斷加到UUT上，同時監測同樣多數量的模擬/數字響應，并完全控制其執行過程。功能測試有多種形式，這些形式在成本、時間、效果和維護性方面各有優缺點，主要分為下面四種基本類型：（1）模型測試系統。從理論上說檢驗一個設備（線路板或模塊）功能最簡單的方法就是把它放在和真的環境一樣的模型系統或子系統中，然后看它工作是否正常。如果正常，我們可以有很大把握認為它是好的，如果不正常，技術人員將進行檢測希望找出失效的原因以指導維修。但實際上，這種插入上電方式有很多缺點而且很少有效，雖然它有時可作為其它測試方案的補充。（2）測試臺。測試臺是一個常規測試環境，包括與被測設備之間的激勵/響應接口、專門測試規程規定的測試序列與控制。激勵與響應通常由標準電源及實驗儀器、專用開關、負載以及終端自定義電子設備（如數字激勵）提供。在這里夾具是非常重要的一個部分，可提供到被測設備正確的信號路徑和連通。在很多情況下，夾具基本上是針對每個應用而定制的，需要結合手工操作進行設置。測試過程和控制通常手動進行，有時靠PC協助，通過書面的協議或規程進行規定。測試臺連接到具體的產品，優點是成本相對較低，設備比較簡單，但在應對多種產品時靈活性較差。（3）專用測試設備（STE）。從理論上專用測試設備就是使測試臺操作自動化的系統，系統的心臟通常是一臺電腦，通過專用總線和一些可編程儀器進行控制。速度、性能、適用情況、成本及其它因素影響著儀器總線和結構的選擇。各種儀器和通用設備堆疊在一個或多個垂直機箱里，然后再連到被測設備上。有自動化處理，設置時間、測試時間以及整體操作都比手工測試臺更加快速而容易。STE可以擴展為滿足多種性能需要，通常用于生產或維修中心。STE最明顯的是總體成本：設備投資成本、操作成本以及程序開發成本。（4）自動測試設備（ATE）。通用自動測試設備（GPATE，或簡稱為ATE）是一種非常先進靈活的方案，可以滿足多種產品與程序測試要求。系統集成、信號連通靈活性、增值軟硬件、面向測試的語言、圖形用戶界面等是ATE和STE之間的主要區別。除了儀器全面集成帶來的優點之外，ATE還能為信號路由和連接提供更好方案。ATE專用背板大多數情況下包括一個模擬總線，可以讓儀器直接連到任何引腳，而不會使內外引線變得復雜。這種靈活性通常可擴展到將模擬和數字通道合在一起，使用戶在任何時候連接數字或模擬激勵，并測量接收器任意引腳。其結果是不僅使成本大大簡化降低，同時測試程序也更易于實現。依據控制模式的不同，可以分為：手動控制功能測試、半自動控制功能測試、全自動控制功能測試。隨著科技的高速發展，為了節約生產成本和提高生產效率，現在的功能測試有些使用全自動的測試方案。目前，對于一些簡單的被測板的功能測試，基于簡化設計和減少制作成本考慮，仍然采用手動或者半自動的測試方案。
二、模塊化的開放性PCBA功能測試平臺
（一）系統結構
由于全自動控制的功能測試需要購置或開發全自動設備，前期資金投入較大，而半自動控制的功能測試對設備需求相對較低，因此目前中小企業使用的大多是半自動控制功能測試，本文提出的測試平臺也是半自動方式。本文提出的測試平臺主要由三個部分組成：系統控制中心、檢測臺、測試儀器，結構如圖1所示。
圖1 功能測試平臺結構
1.系統控制中心。這部分由安裝了FCT測試軟件的PC
組成，是整個測試系統的核心部件，它的主要作用是控制整個測試過程的運行狀態，并對每一步的測試內容及結果進行判斷和記錄，最終得出測試結果，并把這些結果和數據存儲、輸出，更方便于對PCBA產品質量進行有效控制。FCT軟件如圖2所示。
圖2 FCT軟件界面
FCT軟件采用模塊化設計，由圖1可知其由7個模塊組成：顯示模塊、數據庫、用戶管理模塊、編程模塊、結果處理模塊、程序執行模塊、通訊模塊。顯示模塊是人機交互接口，將操作員的操作指令傳達給其他模塊，并將其他模塊的實時信息顯示給操作員。數據庫是整個控制中心的核心模塊，它保存了用戶信息、可編程儀器的指令信息、測試儀器信息、界面顯示信息。采用ACCESS 2000作為數據庫，保證了數據庫的通用性和易用性。用戶管理模塊用于管理登錄用戶的操作權限，有操作員和程序員兩類用戶。操作員無法使用編程模塊，只能操作已經編寫好的測試文件；程序員權限高于操作員，可使用編程模塊編寫或修改測試流程，并將測試流程保存為測試文件以供操作員使用。在程序啟動時會首先啟動用戶管理模塊，彈出用戶登錄對話框（如圖3所示），選擇相應用戶并輸入密碼后，用戶管理模塊會根據數據庫保存的用戶信息授予登錄用戶相應的權限，根據權限啟動軟件并禁用相應模塊。圖2顯示的即為程序員登陸后的界面，操作員登陸后編程面板（Program pane）是不可見的。
圖3 FCT軟件登陸界面
編程模塊用于測試文件的編寫或修改，編程面板如圖4所示，每點擊一次“確定”或“增加”就修改或增加了一條測試程序。各項輸入框的作用為：檢驗項目——用于描述增加/修改的程序的作用；指令——選擇程序所要執行的動作，如向測試設備發命令、向智能工裝板發命令、延時等；描述——用于詳細解釋檢驗項目；參數——用于設定執行指令時所需的參數，如圖4所示，需要打開13號繼電器，則參數中需輸入繼電器編號13；設備——執行指令的目標設備的列表，包括檢測設備、智能工裝板和PC機，其中檢測設備必須為可編程儀器，如泰克DMM4050數字萬用表等；功能——選擇目標設備需要執行的動作，如測量電壓、測量電流等；跳轉指令——用于指定當前程序執行失敗/通過后需要執行的下一條程序；條件——指定程序運行成功的判斷條件，如大于、小于等；單位——選擇檢驗項目的單位，如V、A等；上/下限值——當指定通過條件為大于、小于等范圍值時，需要在上/下限值輸入框內設定條件范圍。點擊“確定”為修改當前程序，“增加”為在當前程序后增加設定好的程序。編程模塊中的指令、設備、功能、條件四項信息都保存在數據庫中。整個編程過程非常簡單，僅需在編程面板上選擇相應目標設備和指令動作即可，不需要去研究檢測設備復雜的編程手冊。
圖4 編程面板
程序執行模塊：用于打開和運行編程模塊配置好的測試文件。運行時采用多線程，后臺線程執行設定好的程序，按程序流程向檢測臺或測試儀器發送命令或接收數據。圖2中顯示的“測試程序”界面為一個測試流程，即一個測試文件。結果處理模塊：用于處理檢測儀器傳回來的檢測結果，根據程序執行模塊中測試文件設定的結果通過條件判斷相應的結果是否符合要求，并將結果通過顯示模塊顯示給操作員，對于不符合要求的測試結果會以不同的顏色標示出來。操作員還可通過結果處理模塊將檢測結果保存或打印出來。通信模塊一共有兩個，分別用于與檢測設備和檢測臺相互傳送數據。每個通信模塊都可選擇USB或串口通信方式。
2.檢測臺。檢測臺主要由智能工裝板和針床組成，它是測試過程邏輯動作的感應和執行機構，系統通過它來搭建各種測試環境，實現測試功能。智能工裝板是單片機控制的繼電開關組，每一個繼電器即為一個測試通道，當繼電器閉合時，檢測設備就可通過該通道測試PCBA上測試點的數據。針床結構如圖5所示，針床上根據PCBA的測試點位置配置了探針，每一根探針嚴格對應PCBA上的一個測試點，將PCBA固定于針床上，探針就會與相應的測試點接觸。而探針另一端通過導線與智能工裝板上的繼電器相連，通過繼電器的開關來選擇檢測儀器的測試通道。
圖5 針床結構
3.測試儀器。測試儀器主要由各種可編程的檢測設備組成（如泰克DMM4050數字萬用表），它主要完成測試過程中各種模擬或者數字量的采集工作。測試儀器可根據FCT需求更換，如當需要做電磁兼容性測試時，可采用相關儀器。
（二）系統檢測
在啟用本系統檢測PCBA前，首先由程序員根據測試需求編寫測試文件。在程序員啟動編程面板時，編程模塊會先讀取數據庫，將指令列表、設備列表、功能列表、條件列表顯示在編程面板上以供程序員選擇，同時，也會把這些選項相互的限制關系（如當選擇“延時”指令時，功能列表和條件列表都將變灰，處于不可選的狀態）保存到編程模塊中。當程序員選擇好要執行的指令并點擊“確定”或“增加”按鈕后，編程模塊首先根據指令確定執行命令的設備目標，然后根據選擇的功能從數據庫中查詢出相應的儀器編程指令，然后將程序員輸入的參數加入編程指令字符串中，最后將字符串保存到程序執行模塊中的程序指令隊列里。所有程序編輯完畢后，將指令隊列保存為測試文件。當要執行測試操作時，先開啟智能工裝板的電源，這時PC
BA也由工裝板供電并開始工作。操作員打開一個測試文件（操作員不能修改程序列表），選擇需要執行的測試指令和需要記錄結果的指令，點擊“連續運行”或“單步運行”就可以開始測試工作了。程序運行的一般流程如下：（1）程序執行模塊首先向檢測設備和檢測臺發送握手信息，確認連接。（2）程序執行模塊向智能工裝板的單片機發送激勵信息，單片機根據指令閉合相應的繼電器，開啟一個測試通道。如果需要測量波形或者頻率等，程序執行模塊還命令單片機產生一個PWM波或正弦波等。（3）程序執行模塊向測試儀器發送啟動信號，測試儀器根據發來的指令字符串切換成相應的檢測模式，并通過開啟的測試通道開始采樣。此時系統控制中心處于等待狀態并同時啟動計時器，當測試儀器在預期的時間內沒有發回測試結果，就認為測試儀器沒有接到指令并重新發送指令字符串。若系統控制中心重復發送了多次相同指令卻仍然沒有收到回復，則認為連接中斷并通知操作員檢查線路。（4）測試儀器將檢測結果通過通信模塊發送給結果處理模塊。（5）結果處理模塊根據程序員設定的結果通過條件分析檢測數據，并按操作員需求將結果添加到“測試結果”列表，不符合結果通過條件的將會以不同的顏色標示出來。至此，一個指定測試點的檢測已經完成。如果有其他測試點需檢測，則返回（2），執行下一輪檢測，直到所有程序指令執行完畢。在所有程序執行完畢后，顯示界面會自動切換到“測試結果”界面，操作員可將檢測的結果列表保存為一個文件，也可直接打印出來。測試過程表明，有60個步驟的測試流程執行一次所需的時間不到1分鐘，結果顯示界面如圖6所示。
圖6 結果顯示界面
（三）系統的擴展
該系統是一個通用的開放測試平臺，用戶可根據需求任意擴展其功能。通常可分為兩類擴展：PCBA擴展和功能擴展。（1）PCBA擴展。由于不同的PCBA測試點不一樣，因此一種PCBA通常只能對應一塊針床。如果要測試不同的PCBA，可以將針床上的探針重新配置到PCBA對應的測試點位置坐標上，然后把探針一端與繼電器相連即可。考慮到系統的復用性（即一套系統可隨時測試不同的PCBA），若每次都重新排布探針并連線，反而費時費力，會導致測試效率大大降低。因此，通常對于一類PCBA都會預先制作好匹配的檢測臺，在測試這類PCBA時，只需將替換對應的檢測臺，打開測試文件即可開始檢測，大大提高了功能測試的效率。（2）功能擴展。一臺測試儀器所能檢測的項目是有限的，若遇到一些特殊的檢測項目，則需要更換測試儀器以擴展系統的測試功能。例如，泰克DMM4050數字萬用表，可以做電壓、電流、頻率等測試，但若要做負載測試或通信測試則無法完成，此時就需要更換相應的測試儀器。更換測試儀器后，只需更新系統控制中心的數據庫，將儀器加入設備列表，并增加其對應功能的指令集即可，升級過程非常簡單，無需修改軟件的源程序。為了避免臨時升級系統，我們為系統預先儲存了多種儀器的配置信息，基本滿足大多數功能測試的需求。
本文所設計的模塊化開放性由系統控制中心、檢測臺和測試儀器三個部分構成。該系統僅需測試人員選擇相應的測試功能即可編寫出完整的測試流程，極大地降低了測試程序的編寫難度。軟件界面友好，功能強大，操作簡單，大大提高了PCBA功能測試效率。該系統擴展性強，可通過切換檢測臺實現多種PCBA的檢測，還可通過增加測試儀器并升級數據庫來增加檢測項目，因此該系統的通用性極強，可滿足于大多數功能測試的需求。該系統目前已應用于PCBA的生產線，經生產檢驗，是一種成熟可靠的測試平臺。
參 考 文 獻
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關鍵詞： 功能測試； 測試軟件開發平臺； 智能電能表； 開發平臺
中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）04?0090?03
Design for development platform of function testing system
HOU Gao?Lei， LI Zhi?Peng， SUN?Qiang， LI Zhi?Hua
（Xuji Metering Limited Company， Xuchang 461000， China）
Abstract： In order to meet the testing needs of electrical energy meter series products， reduce the development cycle of functional testing software and improve the functional testing capability of the product， the design concept of functional testing software development platform is proposed. This design aims to establish a development platform for unified functional testing software， and gradually integrates the media library， a protocol library， function library， interface libraryand other mature technologies into the platform according to the hierarchical， modular and high abstract design concept. In addition， the secondary development function of the platform is retained by the reserved interface， so as to realize the rapid design of the testing software and satisfy the development requirement of function testing.
Keywords： function testing；testing software development platform；intelligent electric energy meter；development platform
0 引 言
伴隨堅強智能電網的不斷發展[1]，電能計量及采集產品的功能需求也在不斷增加，產品的可靠性要求也在不斷提高，給產品設計及測試工作帶來了極大的挑戰。目前國內電能計量行業產品的可靠性設計[2]和管理工作剛剛起步，因此產品的質量保證工作大部分就落到了測試環節，即研發測試和生產測試，極大地增加了測試部門的工作壓力和工作強度，同時對測試人員的需求也大大提高。為了改變這一現象，河南許繼儀表有限公司一直致力于自動化測試裝置和測試系統的研發設計工作，在保證測試質量的同時，逐步減少對測試人員的依賴。功能測試系統開發平臺正是為了解決功能測試軟件開發過程周期長、效率低、質量差、人員依賴度高的問題而提出來的。該平臺通過分層、模塊化、高度抽象的設計理念[3]，逐步將介質庫、協議庫、功能庫、語言庫、界面庫等成熟技術集成在一起，并通過預留接口的方式保留對平臺的二次開發功能，從而實現測試軟件的快速設計能力。
1 開發平臺系統分析
1.1 需求分析
為了更好地滿足各種功能測試系統軟件開發的需要，通過對近年來各種產品功能測試過程中的功能測試需求、測試人員的使用要求、測試管理要求、測試軟件的使用范圍、軟件應用經驗、軟件功能開發經驗等信息進行收集整理，經過長時間地分析討論總結，并最終形成了初步的需求方案。首先開發平臺必須是一個大而全的函數庫，必須能滿足常用的開發功能函數級的需要，如支持多種通信方式，多種通信協議，多種語言，多種文件操作，多種數據庫操作，多線程操作，線程池管理[4]等，其次開發平臺必須是一個應用功能集合，要能支持常用的功能模塊，如報表打印、數據導入、數據導出、用戶權限管理、系統日志管理、系統自動升級等；最后開發平臺還必須是一個開發工具包[5]，能被其他人很方便地利用起來進行二次開發工作。
1.2 平臺邏輯框圖
基于以上需求分析，形成了開發平臺的邏輯框架圖，如圖1所示，下面針對開發平臺的邏輯架構框圖進行簡要說明：
（1） 應用模塊層：該層主要提供了成熟的基于用戶常用的功能模塊集合，主要包括系統管理，用戶權限管理，數據報表管理，功能擴展管理等成熟的功能應用，為測試系統應用級功能的二次開發提供應用基礎；
（2） 業務驅動層：業務驅動顧名思義就是驅動業務功能實現，該層和應用層不同的是他集成的對象是功能實現函數級集合，而應用層主要是功能實現的應用模塊集合，他主要為二次開發提供成熟穩定的功能實現函數；
（3） 介質驅動層：介質驅動層封裝了驅動物理介質需要的底層驅動庫，保證物理介質能正常的工作；
（4） 介質層[6]：介質層主要包含本平臺封裝的各種介質，主要包括存儲介質和通信介質，該層封裝介質的多少直接決定了平臺對通信、存儲等功能實現的支持能力。
圖1 系統邏輯框圖
1.3 主要業務功能模塊
由于該開發平臺主要是為了減少測試軟件二次開發的時間周期的，因此他的主要亮點就在于二次開發人員能在該平臺基礎上，利用應用模塊層成熟的應用模塊功能和業務驅動層量多而成熟的功能函數經過各種自由組合后能快速開發出各種滿足業務需要的系統軟件來，因此要想利用好該平臺，就必須對應用模塊層和業務驅動層進行詳細的學習和了解。下面就針對這兩個層主要的業務模塊進行簡單的介紹。
（1） 系統管理：該功能主要是常用的系統管理功能模塊，主要功能包括系統權限管理、系統數據庫配置管理、系統通信配置管理、系統日志操作管理等。
（2） 檔案管理：該功能主要是公司產品測試時需要的檔案管理和維護功能，主要功能包括測試項目檔案管理、被測產品檔案管理、測試設備檔案管理等。
（3） 報表管理：該功能主要是常用的報表管理模塊，主要功能包括測試報告管理、測試數據管理、測試記錄管理等。
（4） 數據接口：該功能主要是數據導入/導出功能管理模塊，主要功能包括數據導入管理、數據導出管理、數據實時交互接口管理等。
（5） 升級管理：該功能主要是對應用程序的自動升級功能管理模塊，主要功能包括軟件更新配置管理、更新服務管理等。
（6） 擴展管理：該功能主要是為了以后擴展該平臺功能實現模塊使用的，主要功能包括功能模塊導入管理，功能模塊維護管理等。
（7） 數據庫功能操作庫：為了使二次開發人員在開發測試系統的時候能靈活方便地進行數據庫操作設計，故專門制作了數據庫功能操作庫，他主要是將常用的可靠的數據庫操作函數集合整理在一起，方便開發人員靈活使用。
（8） 語言庫功能操作庫：該功能主要是將操作語言類的功能函數結合到一起，方便開發人員在設計支持多國語言測試系統時直接調用。目前該語言庫已經封裝了全球最常用的語言包，能支持全球絕大部分語言應用。
（9） 規約庫功能操作庫：該功能主要是將公司所有使用到的通信規約操作函數進行了封裝，方便開發人員在兼容各種通信規約時直接使用，提高模塊的重用性，減少了系統開發周期。
（10） 通信功能操作庫：該功能主要是將公司所有使用到的通信類型的操作函數進行了封裝，比如TCP通信操作、串口操作、UDP操作、FTP操作等，方便開發人員在使用各種通信方式操作時可以直接調用該類函數，提高開發效率和質量。
1.4 平臺開發環境
為了使開發平臺具有高效、易用及面向組件的特點，同時結合公司測試軟件開發的實際情況，最終將C#最為開發平臺的編程語言。C#是一種安全的、穩定的、簡單的、優雅的，由C和C++衍生出來的面向對象的編程語言。它在繼承C和C++強大功能的同時去掉了一些它們的復雜特性（例如沒有宏以及不允許多重繼承）。C#綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運行效率，以其強大的操作能力、優雅的語法風格、創新的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開發的首選語言[7]。
2 關鍵技術及實現
2.1 插件[8]管理技術
為了使開發平臺中功能模塊部分能夠靈活地進行功能擴展，而不需要對平臺主程序進行重新編譯和，因此在開發平臺上就專門應用了插件管理技術。我們將常用的成熟的功能模塊（如用戶權限管理模塊、數據報表模塊等）按照約定的協議接口做成動態庫的形式封裝起來，然后通過將這些動態庫調用到程序框架中來完成功能模塊的加載，這樣就完成了功能模塊的靈活集成，從而保證平臺功能集合的可管理性和可擴展性。
2.2 非可視化功能管理技術
平臺中集成了很多成熟的功能模塊，但是由于這些功能模塊有的具有可視化界面，有點沒有可視化界面，沒有統一的格式，因此如何將這些功能模塊靈活的管理起來將是該平臺急需解決的一個問題。Windows操作系統的消息處理機制[9]可以解決系統級消息或者用戶自定義的消息處理，但是對于無窗體句柄[10]的非可視化功能則無法通過消息處理來進行管理，因此為了解決這個問題，平臺在功能設計的時候，首先將各種非可視化功能集合到一起，然后通過對這個功能增加設置隱藏窗口的方式，使這些功能同時都具備了窗體句柄，從而通過消息處理的機制來完成對這些非可視化功能模塊的管理。
2.3 消息處理機制
由于該平臺封裝了較多的功能和函數集，為了保證平臺在二次開發過程中能更好地被開發者統一管理起來，在平臺框架設計過程中，就集成了便于開發者進行協調管理的消息處理機制，該消息機制在Windows消息處理機制的基礎上進行了擴展，將自定義消息處理模式通過平臺消息配置文件來對平臺內部自定義消息進行管理和維護，保證他們在平臺開發應用過程中能對各種集成功能進行準確的管理和靈活的操控。
3 結 論
功能測試系統開發平臺自開發成功之后已陸續應用于公司多款功能自動化測試系統的應用開發中，在開發過程中節省了大量的人員和開發時間，極大提高了開發效率，目前這些測試系統運行穩定，且仍在近期送樣測試過程中發揮著重大作用。隨著行業技術的發展，一些新的需求也在不斷增加，從標準、規約、實現手段等方面都在不要增加新的需求，因此開發平臺仍需要在現在的基礎上通過不斷的優化和完善，才能更好地服務于公司產品的測試工作。
參考文獻
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【關鍵詞】電路板；功能測試；PXI總線；虛擬儀器；VISA庫；數據采集；交換機；調度機
1.引言
隨著電子技術的飛速發展，產品的開發周期不斷加快，因此對自動測量測試系統的要求也隨之不斷提高。測試平臺必須能夠進行快速修改和擴展，以測試新的功能，適應快速的產品開發流程。
FAST電路板功能測試系統（Circuit Boards Functional At Speed Tester，簡稱FAST）設備主要為交換機、調度機、應急通信系統的電路板提供板級功能測試，可以共用相同的測試平成ALU（Analog Line Unit，模擬用戶單元）、DTMF（Dual-tone Multi-frequency，雙音多頻）、DTU（Digital Trunk Unit，數字中繼單元）等多達60余種不同的電路板的功能測試；支持自動和手動測試模式，提供自測、故障定位和校準功能，具有強大的綜合測試能力。
FAST電路板測試系統基于PXI（PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統的PCI擴展）總線技術的設計使其具有開放的系統架構，易于系統集成和擴展，可以很好地滿足不斷更新的測試需求。
對于各種電路板的功能測試所需要的各項參數或功能如電壓、電流、傳輸噪聲、傳輸衰減、頻率響應等，都是通過虛擬儀器的技術設計實現，不再需要單獨配備相應的傳統測試儀器，這樣大幅度降低了系統的成本而不減少測試功能。
2.系統概述
FAST電路板功能測試系統的組成包括主控計算機硬件、測試儀器硬件、操作系統、VISA（Virtual Instrument Software Architecture，虛擬儀器軟件體系）庫、儀器驅動器和應用軟件開發平臺，以及測試應用程序，組成一套完整的從底層到頂層的縱向結構[1]。系統組成的結構如圖1所示。
2.1 PXI總線
PXI總線是美國國家儀器公司NI與其他廠商合作推出的專為測試任務而優化的Compact PCI總線，其核心就是一個高性能的數據傳輸總線，此外還結合了PCI的電氣總線特性與Compact PCI的堅固性、模塊化及歐式卡機械封裝的特性。數據傳輸速率133MB/s以上，遠遠高于GPIB（General Purpose Interface Bus，通用接口總線）和VXI（VME bus eXtensions for Instrumentation）總線。PXI已成為成長最快的標準化技術，PXI具有開放性、模塊化、高性能、低成本等特點，越來越多的項目轉向PXI解決方案。
2.2 虛擬儀器
虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）是基于計算機的儀器，利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量。不管是傳統的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的：采集數據，對采集來的數據進行分析處理，然后顯示處理的結果。它們之間的不同主要體現在靈活性方面。虛擬儀器由用戶自己定義，這意味著可以自由地組合計算機平臺、硬件、軟件、以及各種完成應用系統所需要的附件。而這種靈活性在由供應商定義、功能固定、獨立的傳統儀器上是達不到的。
例如對于常用的傳輸噪聲電平的測試可以通過虛擬儀器完成，其流程如下：被測試電路板的信號經過信號調理單元被數據采集模塊連續采樣，然后對采樣到的信號進行數字濾波，抑制帶外信號，然后通過波形測量VI中的FFT Power Spectrum Density函數計算信號的功率譜密度，在這個函數中對輸入的噪聲信號采取平均處理的方法，進一步消除信號中的周期噪聲。最后對功率譜密度函數的輸出進行積分得到信號的平均功率。把平均功率進行單位換算得到噪聲的功率電平。
3.系統硬件
FAST電路板功能測試系統采用基于PXI總線技術的NI65xxHSDIO模式發生器和PXI 62xx多功能數據采集卡作為測試平臺的核心儀器，與主控制計算機、12種專用測試硬件單元共同組成FAST的系統硬件，系統硬件框圖如圖2所示。
3.1 主控制計算機
主控制計算機的控制方式有GPIO（General Purpose Input Output，通用輸入輸出）方式、PCI-MXI-PXI（Multisystem eXtension Interface，多系統擴展接口）方式、GPIB三種方式。
3.2 專用測試硬件單元
FAST系統共包括背板單元、測量單元、接口單元、子板單元、TSIU單元、Term-U單元、PCE電路板、信號調理單元、夾具單元等共12種硬件電路板單元。
測量單元提供了功能、指標測試所需的各種接口和控制功能，并且提供了測量設備到音頻總線的接口和控制，包括GPIO接口，鈴流產生和控制，用戶線和中繼線測量接口，保持線圈，TIMS（Transmission Impairment Measurement Set，傳輸衰減測量設置）接口，成環控制，A/D電平轉換，呼叫進程等功能。
接口單元的主要功能：DTMF成環鈴流檢測、串行接口轉換、提供了控制分系統和遠端分系統之間的命令總線和音頻總線的內部連接。還包含內置測試繼電器和器件，用于提供對控制、遠端分系統中的音頻總線進行完全的自動診斷。
信號調理單元，用于DAQ和TR線的接口。為數據采集卡PXI62xx和TERM、MEASURE單元提供接口，完成相關信號的數據采集。
PCE（PCM Exchange，PCM交換）單元，與HSDIO（High Speed Digital Input Output，高速數字輸入輸出）的接口，完成UUT（Unit Under Test，被測單元）測試信號的轉接；PCM選定兩個時隙的交換；HSDIO部分的驅動和緩沖。
子板單元包括：Measure Connect Sub-plane-MC SUB、Term Shelf Sub-plane-TS SUB、DAQ、HSDIO共四種電路板。子板是背板信號的擴展板，通過背板-子板接口與背板相連接。
TSIU（Term Shelf Interface Unit，項目機架接口單元）單元，用于接收通過子板從控制分系統GPIO上送來的控制信息，并上報相應的狀態信息。
Term-U（Term Unit，項目單元）單元提供16路電話所需要的繼電器開關電路，用于提供從遠端分系統公共音頻總線到外部被測試設備的連接。
夾具單元提供了和UUT之間的接口。
4.系統軟件
測試軟件是測試系統的運行核心，軟件功能的完備性、易用性、軟件結構的先進性、可擴展性以及軟件系統運行的安全性、可靠性，是測試系統成功與否的重要標志。
4.1 測試程序框架
FAST的測試程序用LabWINDOWS/CVI和LABVIEW編寫。為保證各個測試程序的一致性和兼容性，FAST的測試程序有一個相對統一的用戶界面，測試過程的控制、文件輸入輸出、數據和信息顯示、數據和狀態記錄等功能，通過統一的測試程序框架提供[1，2，3]。其測試程序框架按功能分包括：源代碼文件結構、主界面及操作、軟件平臺通信、測試儀器通信、數據顯示與記錄、故障診斷等。
4.2 多線程和測試流程
由于在測試過程中隨時接收操作者的命令，所以FAST整個軟件采用多線程方式。測試線程在后臺運行，主線程接收操作者的命令。每種板型的后臺程序都是線程。線程在main中創建，是一個while（1）結構，在exe文件關閉后刪除，所以任何時候，只有一個線程在運行。
在FAST項目中，涉及到對模塊的操作，可以使用對I/O的操作來實現，涉及到對PXI總線的操作，則調用labVIEW生成的DLL（Dynamic Link Library，動態鏈接庫）文件，最重要的是必須能控制測試結構，即安排好程序模塊的組織。公共測試流程如圖3所示：
從圖3可以看出，測試程序包括以下接口：和DLL文件的接口。要求DLL函數必須返回測量值或給指針賦值，不管正確與否；和模塊的接口，直接使用LabCVI提供的OUTP或其他系統功能函數；和文件的接口。得到待測板型的各種指標，從而進行比較。應用到的技術包括：project的建立、控件的使用、定時器的使用、EXE文件的生成、DLL文件的調用、對I/O的操作、對文件的操作。
5.結語
FAST作為一個專用的自動測試系統，用于對各種電路板板件進行功能測試，從而評定整個板件功能與指標是否合格。這一步驟是生產、開發環節中不可或缺的一項。
FAST電路板功能測試系統對60多種功能不同的電路板單元的功能測試可以共用相同的測試平臺，易于擴展升級，實現了特定電路板功能測試的專用性和基于PXI總線技術和虛擬儀器技術的自動測試測量系統的先進性與通用性良好地融合，具有強大的快速綜合測試能力，在實際應用中取得了良好的效果。
參考文獻
[1]李行善，左毅，孫杰.自動測試系統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.
[2]秦紅磊.自動測試系統[M].北京：高等教育出版社，2007.
關鍵字：LTE；MME/SAE GW；功能配置
MME/SAE GW Function Test&Analysis Report in the Environment of LTE
Hu Jian
（Shanghai Bell Co.,ltd.,Shanghai Jiaotong University Shanghai 201206， China）
Abstract:According to the function of MME/SAE GW,2 standards selected - test environment and test methods,six specific operation test analysis and test results showed that the normal operation,accord with network data transmission requirements.
Keywords:LTE;MME/SAE GW;Functional allocation
中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2010) 09-0000-01
一、測試環境和測試工具
1.測試環境1將MME/S-GW/P-GW/HSS等集成到一個硬件設備中，除S6a口和S5/S8口不能觀測外，其它核心網接口均能觀測。
2.測試環境2：MME + HSS + RAN模擬器＋S-GW/P-GW模擬器，該套環境中MME和HSS為獨立的真實網元，其它網元均用模擬器替代，能觀察S6a口消息。該套環境主要用于補充測試環境1中無法測試的一些項目以及觀察環境1中無法監測的接口。
3.測試工具儀表
測試終端UE：LG M7 2.6GHz Device
4.測試軟件與信令分析工具
WireShark（版本 0.99）并加載Packet Analysis插件；Agilent（版本6.70）
二、測試內容和測試方法
（一）FTP下載業務測試
1.測試目的：驗證UE附送之后，能夠正常進行FTP下載業務
2.測試步驟：
（1）UE附著并建立默認承載；
（2）UE執行FTP下載，下載一個大文件（測試中使用PC連到UE撥號上網，在PC上下載）；
3.測試結果：
（1）文件下載是否成功：
（2）用戶EMM狀態和ECM狀態：
（二）流媒體業務測試
1.測試目的：驗證UE附送之后，能夠正常進行流媒體業務
2.測試步驟：
（1）UE附著并建立默認承載；
（1）在UE上觀看流媒體；
3.測試結果：
（1）成功觀看流媒體業務
（2）用戶EMM狀態為EMM-REGISTERED，ECM狀態為ECM-CONNECTED
三、MME功能測試項目與分析
（一）移動用戶沒有正常去附著的情況下，又重新附著到同一MME
測試目的：驗證當用戶發起附著，而在MME中該用戶仍附著狀態的時候，MME能夠正確處理。
1.測試步驟：
（1）UE開機發起GUTI附著；
（2）拔掉UE的電板；
（3）UE插上電板再次開機發起附著；
（4）在網絡側查詢用戶的信息；
2.消息流程：在測試環境1中的消息流程參考分析軟件相關顯示信息
3.測試結果：
（1）UE第一次附著成功；
（2）UE第二次附著成功；
（3）能夠看到第二次附著的時候，MME先發起刪除默認承載，然后再建立，默認承載建立成功；
4.MME上用戶EMM狀態為EMM-REGISTERED，ECM狀態為ECM-CONNECTED
測試環境1中查詢用戶狀態：
用戶狀態：EMM UE-ATTACHED ECM S1-CONNECTED
5.消息跟蹤能夠跟蹤到相應的消息，流程正確，符合詳細消息流程圖及其描述；
注：由于UE拔電板以后重起，無法發起old GUTI附著，第二次附著時發起的是IMIS附著。
（二）移動用戶從E-UTRAN發起附著請示，身份標識為IMSI
1.測試目的：驗證MME能夠正確處理用戶發起的去附著流程。
2.測試步驟：
（1）UE關機發起分離；
（2）在網絡側查詢用戶的信息
3.消息流程：在測試環境1中的消息流程參考分析軟件和插件相關顯示信息
1.測試結果：
（1）UE分離成功；
（2）MME上用戶狀態為非注冊態；在MME上無法查到用戶信息；
（3）由于是關機分離，MME不會回Detach Accept消息；
（4）消息跟蹤能夠跟蹤到相應的消息，流程正確，符合詳細消息流程圖及其描述；
（三）移動用戶顯式分離引起的MME發起purge流程
測試目的：驗證在移動用戶顯示分離之后，MME能夠正確發起Purge流程
1.測試步驟：
（1）UE發起分離；
（2等待Purge定時器超時之后，在網絡側查詢用戶的信息
2.流程：在測試環境2中的消息流程參考分析軟件相關顯示信息
3.結果：
（1）Purge流程成功；
（2在用戶分離之后，經過了Purge定時器設置的時長后，發起Purge流程；
（3）MME上沒有用戶的信息；
（4）消息跟蹤能夠跟蹤到相應的消息，流程正確，符合詳細消息流程圖及其描述；
（四）移動用戶隱式分離引起的MME發起Purge流程
測試目的：驗證在移動用戶隱式分離之后，MME能夠正確發起Purge流程。
1.步驟：
（1）UE移動到信號覆蓋區之外，在隱式分離定時器超時之后，MME隱式分離用戶；
（2等待Purge定時器超時之后，在網絡側查詢用戶的信息；
2.流程：在測試環境2中的消息流程參考分析工具軟件及插件相關顯示信息
3.結果：
（1）Purge流程成功；
（2）在用戶隱式分離之后，經過了Purge分離器設置的時長后，發起Purge流程；
（3）MME上沒有用戶的信息；
（4）消息跟蹤能夠跟蹤到相應的消息，流程正確，符合詳細消息流程圖及其描述；
（五）移動用戶發起周期性TAU
測試目的：驗證MME能夠正確處理UE發起的周期性TAU
1.測試步驟：
（1）UE在周期TA更新定時器超時之后，發起周期TAU；
（2）在網絡側查詢用戶的信息；
2.消息流程：在測試環境1中的消息流程參考分析工具軟件及插件相關顯示信息
3.測試結果：
（1）TAU成功；
（2）進入ECM-IDLE狀態后經過周期TA更新定時器時長發起周期TAU；
TAU的時間周期設定是10秒。
（3）MME中用戶EMM狀態為EMM-REGISTERED；
（4）消息跟蹤能夠跟蹤到相應的消息，流程正確，符合詳細消息流程圖及其描述；
（六）網絡側有下行數據，觸發Service Request
測試目的：驗證在網絡側有下行數據，觸發Service Request，MME能夠恢復承載
1.測試步驟：
（1）在外部應用服務器上下發數據包給UE；
（2）在網絡側查詢用戶的信息；
2.消息流程：在測試環境1中的消息流程參考分析工具軟件及插件相關顯示信息
3.測試結果：
（1）MME發起Paging，尋呼范圍為整個TA LIST中的TA，Service Request流程成功；
（2）承載恢復，數據恢復；
（3）用戶EMM狀態為EMM-REGISTERED，ECM狀態為ECM-CONNECTED；
在測試環境1中檢查用戶狀態：
用戶狀態： EMM UE-ATTACHED ECM S1-CONNECTED
（4）消息跟蹤能夠跟蹤到相應的消息，流程正確，符合詳細消息流程圖及其描述；
四、研究結論
本次測試包括基本業務、MME/SAE GW功能測試等多種層面的測試，測試工作依據相關標準進行，測試選擇最為通用的各種情況和環境進行，具有較強的代表性。從測試的6項具體數據和結果表明：測試結果顯示各項測試指標正常。
參考文獻：
[1]張海濱.正交頻分復用的基本原理與關鍵技術.北京:國防工業出版社出版,2006
[2]王志勤,林輝,杜穎.3G演進型標準化進程.中興通信技術,2006:4
關鍵詞 機頂盒；馬賽克檢測；中心極限定理；均方誤差
中圖分類號TN94 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）111-0202-02
0 引言
隨著數字電視不斷普及，市場對于機頂盒的需求越來越大。機頂盒出廠前需進行一系列的測試，包括：功能測試、接口測試等。其中功能測試的一個重要組成部分是機頂盒的解碼性能測試。隨著計算機技術的發展，圖像識別技術在數字電視圖像自動監測中被廣泛使用。針對機頂盒解碼性能的檢測，常用方法是實時對機頂盒解碼的視頻圖像進行馬賽克檢測。
馬賽克檢測系統的目的是取代人工監測，因此對檢測系統的性能有以下要求：1）實現實時檢測；2）能檢測出人眼能觀察到的馬賽克圖像。
1 RGB與HSI顏色模型轉換
在數字圖像處理中，顏色是一個重要的研究對象。而RGB模型與HSI模型是兩種常見模型。在機頂盒功能測試時，采集圖像的過程中使用RGB模型，便于顏色的采集與顯示。而在檢測過程中采用HSI模型有利于使檢測結果更接近人體的視覺效果。因此，算法的實現需要把圖像從RGB模型轉換為HSI模型。本文采用幾何推導模型 。
其中
(1)
(2)
(3)
2 基于基準圖片比較的檢測算法
用于機頂盒解碼功能檢測的視頻有以下特點：視頻畫面基本固定不變、有多個彩色條紋構造成的靜態的圖像視頻流，圖像的變化較少，如圖1所示。根據其特點，本文提出了基于基準圖片比較的檢測算法。該算法的步驟為：
step1 將圖像RGB值進行歸一化處理后再轉換到HSI模型；
step2 計算采樣圖片與基準圖片對應像素在色調、飽和度和強度上的均方誤差值；
step3 把獲得的均方誤差值與閾值進行比較，只要任一維度的值超過閾值，則判斷當前采樣圖片出現馬賽克。
2.1 歸一化處理
正常圖像在顏色交界處存在顏色的突變。突變處的RGB數值不平滑使得計算獲得的MSE異常增大，最終導致算法的判斷失敗。因此，引入歸一化處理方法來解決該問題。
圖1帶有馬賽克的圖像
圖2 圖像像素點結構
假設圖像一共由m*n個像素點組成，如圖2所示，像素點Pij的RGB值分別為 ，其中0≤i≤m-1，0≤j≤n-1。那么歸一化公式(4):
其中(4)
通過歸一化處理后，像素點的RGB值過渡平滑化，解決了顏色交界處的數值突變問題，進而提高了算法準確率。
2.2 閾值的選定
在算法中，一個重要的因素是閾值的選定。這個關系到算法的準確度。在介紹閾值的選定方法前，先介紹兩個統計學的知識點：
中心極限定理：設從均值為μ、方差為σ2的任意一個總體中抽取樣本量為n的樣本，當n充分大時，樣本均值的抽樣分布近似服從均值為、方差為σ2/n的正態分布。
正態分布原理：設X服從均值為μ，方差為σ2的正態分布，那么在μ±3σ范圍內的累計分布概率達到99%。
隨著采樣點的變化，正常的采樣圖片也會在色調、飽和度和強度上有一定的波動，導致它與參考圖像存在一定誤差。因此在選定閾值時必須考慮這個因素，避免正常圖像被誤判。同時，本文認為采樣點波動是隨機發生的，且相互獨立。因此閾值的選定步驟：
將無異常的機頂盒接入測試系統中，采集大量的正常圖像，計算對應的均方誤差；
根據獲得的數據計算出三個維度均方誤差的均值μ和標準差σ；
根據正態分布3σ原理，將閾值設置為μ+3σ可以保證能檢測出99%以上的馬賽克。
3 實驗結果與結論
采用C#語言，在Visual Studio 2008環境下實現檢測算法。先采集1000個樣本數據，再根據數據計算得到三個維度的均方誤差的均值和標準差，最后計算獲得閾值，如表1所示。
維度 均值μ 標準差σ 閾值μ+3σ
色調 4.53E-04 5.00E-05 6.03E-04
飽和度 1.82E-05 2.33E-06 2.52E-05
強度 7.28E-06 4.54E-07 8.64E-06
表1 三個維度的均值、標準差和閾值
對圖像1計算其的均方誤差，分別在色調、飽和度和強度的值為：4.68E-04、1.42E-04、6.62E-05；其中飽和度和亮度均大于閾值，因此判斷該圖像為馬賽克圖像。
該算法目前已經應用于北京市北康晟電子技術有限公司的機頂盒自動化測試系統。經過長時間的系統測試已經證實，基于該算法的檢測系統對于馬賽克的檢測準確率達到99%以上，無漏檢現象，同時誤檢率低于5%。
該算法有以下優點：1）算法復雜度適宜，能夠實現每50ms采樣一次的頻率。根據人體的視覺暫留現象，可以模擬人工檢測的頻率；2）算法準確率高，能夠捕獲99%的錯誤，在長時間檢測中，無漏檢或者誤檢現象。因此，基于基準圖像圖片比較算法可以滿足機頂盒功能測試中的馬賽克圖像檢測的要求。
參考文獻
[1][美]R C.岡薩雷斯.阮秋琦，阮宇智，等譯.數字圖象處理[M].2 版，北京: 電子工業出版社，2003.
【關鍵詞】CD4511;譯碼驅動;邏輯功能;測試電路
引言
十進制計數器、數字鐘、聲控計數器等一些電子產品，在我們的日常生活隨處可見，CD4511作為一種常見的BCD碼―七段碼譯碼器，被廣泛地應用于這些電子產品中，用來譯碼驅動共陰極LED數碼管。不過，在對該集成塊的應用過程中，人們發現如果能理解CD4511的邏輯功能，將會給CD4511應用電路的裝配、調試以及排故帶來極大地益處。所以，本人在本文中，本著電路結構簡單、操作簡便、現象明顯的原則設計并制作了一款CD4511邏輯功能測試電路。
1.CD4511簡介
CD4511集成電路具有16個引腳，其引腳分布如圖1所示。其引腳功能為：A、B、C、D為四位BCD碼的輸入端;a、b、c、d、e、f、g為七段碼輸出端;為燈測試端，給燈測試輸入端加“L”電平時，a～g均為“H”電平，七段全亮;為消隱端，給該端加“L”電平時，a～g均為“L”電平，七段全滅;LE為鎖存控制端，當給該端輸入高電平時，在此之前一瞬間的A～D狀態將被鎖定并保持，集成電路“記憶住了”（鎖存）這一瞬間的狀態，同時譯碼輸出也隨之保持不變，當給該端輸入低電平時，A～D輸入則直接到達譯碼變成七段信號從a～g輸出;Vcc為電源;GND為接地端。
圖1 CD4511引腳分布
2.電路設計思路
2.1 設計要求
要求設計一個用于測試CD4511邏輯功能的電路，在電路裝配檢測無誤后接入+5V電源，能對CD4511的邏輯功能進行正確測試，且輸入信號控制簡單，輸出現象明顯，便于理解CD4511的邏輯功能。
2.2 設計思路
根據設計要求，本人設計了一款CD4511邏輯功能測試電路，其電路圖如圖2所示。在該電路中，本人采用一個撥碼開關K的斷開或閉合來控制輸入的二進制代碼，燈測試端、消隱端、鎖存控制端分別用一個開關來控制該端輸入為高電平還是低電平，這樣在進行CD4511邏輯功能測試時，測試者能通過簡單的操作給相應的端輸入高電平或低電平。電路的輸出端接的是一個共陰極數碼管，這種數碼管由發光二極管LED排列成“日”字形狀，“日”字各筆段與CD4511輸出端a、b、c、d、e、f、g相對應，如圖3所示，測試者就可以通過數碼管上0至8的不同顯示，根據筆段發光表示所對應的輸出端輸出高電平，反之輸出低電平的原則，很容易地可以知道a、b、c、d、e、f、g七個輸出端輸出的是高電平還是低電平。
圖2 CD4511邏輯功能測試電路
圖3 半導體數碼管
圖4 CD4511邏輯功能測試電路實物圖
表1 元件清單
代號 名稱 規格型號 數量 測試結果
R2-R8 電阻 510Ω 7
R21-R27 電阻 2KΩ 7
DS 數碼管 BS207 1
K1-K3 按鈕開關 SW_PB_1 3
U2 集成電路 CD4511 1
S1-S4 撥碼開關 DIP-4 1
3.電路測試
根據設計思路，在選擇好相應元器件后制作出如圖4所示的CD4511邏輯功能測試電路，其元件參數如表1所示。在電路裝配完成后，經檢查確認裝配無誤后，給電路接入+5V電源，通過設置各開關的狀態，對電路進行測試。
測試過程如下：
（1）測試燈測試端。
開關K1控制燈測試端，不按K1時CD4511③腳接高電平，當只按下開關K1時，數碼管顯示“日”，數碼管各筆段全亮。
（2）測試消隱端。
開關K2控制消隱端，不按K2時CD4511④腳接高電平，當只按下開關K2時，數碼管無任何顯示，數碼管各筆段全滅，即“消隱”。
（3）測試鎖存端。
開關K3控制鎖存端，不按K3時CD4511⑤腳接低電平，電路可以計數;按下K3，⑤腳接高電平，則保持原有輸入，新輸入無效，即“鎖存”。
（4）在鎖存端為低電平、消隱端和鎖存端為高電平時，根據表2測試CD4511的邏輯功能，并將輸出記錄于表中。從測試結果來看，在輸入為“0000”～“1001”時有相應的“0”～“9”輸出;而在輸入為“1010”～“1111”時，無輸出。
表2 CD4511邏輯功能測試
4.結束語
這款CD4511邏輯功能測試電路制作方便，測試操作簡單、并且現象一目了然，能讓人比較深刻地理解CD4511的邏輯功能，幫助人們理解一些電類的專業名詞，如：“消隱”、“鎖存”。同時，整個測試過程也利于人們對應用該集成塊的電路中出現的一些故障進行分析、排除。
參考文獻
[1]姜大源.職業教育課程改革思路[J].職業技術教育，2008.
[2]姜春玲，封百濤.任務驅動法在“數字電子技術”教學改革中的應用[J].中國電子教育，2009（4）.
【關鍵詞】風力發電機；變流器；安全保護；測試
引言
長期以來風力發電機組變流器的安全保護功能測試由于其測試方法較為復雜而且在測試過程中又極易損耗變流器的各相關元器件，因此各變流器供應商一直將其作為風機的型式試驗要求來做而不作為出廠試驗的測試要求。而型式試驗只是在有試制的新產品或定型產品做重大改進時或產品質量遇到其它特殊情況時才做，而且一般也只測試一兩臺，其它相同型號的產品在出廠時就不再作為強制試驗項目做出廠測試了。這樣變流器安全保護方面的功能在平時的生產過程中就不易受重視，容易出現質量方面的問題，而變流器安全保護功能又恰恰是關系到風機變流器生命周期至關重要的一類保護功能。
一、風機變流器安全保護功能
風機變流器的安全保護功能根據其所保護的部位及類型的不同主要分為過溫保護、過 流保護、開關與熔斷器故障保護、缺相保護和相序錯誤保護、接地保護、發電機過速/欠速保護、直流環節過電壓/欠電壓保護和浪涌過電壓及防雷電保護。
1.過溫保護，其中包括絕緣柵雙極晶體管IGBT模塊散熱器過溫、輸入電抗器過溫和輸出電抗器的過溫保護。即當變流器某關鍵部位溫度過高時其控制器發出報警信號或停機。
2.過流保護，為變流器控制器檢測到網側及轉子側過電流時，發出報警信號以及觸發相應邏輯保護。
3.開關與熔斷器故障保護，當主功率回路開關跳閘或主熔斷器發生熔斷故障時變流器控制器發出相應報警信息并觸發相應邏輯保護的功能。
4.發電機過速/欠速保護，變流器通過發電機編碼器傳來發電機轉速信號來判斷其轉速是否正常。當轉速高于或低于一定的數值時即發出發電機過速或欠速報警信息并觸發相應的保護邏輯。
（五）直流環節過電壓/欠電壓保護，當變流器控制器檢測到直流母線電壓超過或低于設定值時，即報出相應故障信息并觸發相應保護邏輯。
二、風機變流器安全保護功能的測試方法
（一）過流保護過流保護包括網側和轉子側過流保護
根據過電流采集信號的不同可分為兩種情況：第一種是通過電流互感器進行模擬量的電流采樣，這種較為簡單，一般在測試程序中修改下調網側及轉子側過流保護參數值，然后變流器啟動運行，并網后給系統加載使網側和轉子側電流上升至修改后的過流參數值，查看測試系統保護邏輯及故障信息是否準確即可（網側和轉子側應分開測試）。第二種是通過數字量過電流傳感器（比如霍爾元件）進行數字量過電流信號的采集。由于數字量過電流傳感器的電流保護值是不能修改的，因此需通過并網加載加電流測試使過電流傳感器置“1”的方式試驗，顯然這是一種帶有一定破壞性的試驗方法，容易損傷變流器的某些元器件，所以作為出廠測試一般可以省略并網加載環節，而采用直接斷開連接過電流傳感器信號線的方式測試，然后查看測試系統故障信息及保護邏輯動作是否準確即可。這種測試方法就是有不能驗證過電流傳感器本身是否符合要求的缺陷，但至少驗證了過電流安全保護的其它所有功能，增加了該功能的出廠驗證測試面，提高了可靠性。
（二）開關與熔斷器故障保護
1.主功率回路開關故障安全保護功能測試：一般主功率回路開關的故障有觸點燒毀、脫扣器損壞、操作機構損壞、過載線圈燒毀等等。當開關出現故障時，其自身會有一個數字量故障信號節點動作，此信號節點外接至變流器控制系統。為了安全的測試出此項的全部功能，主功率回路開關故障安全保護功能測試可分成兩部分測試，即主功率回路開關故障測試部分和變流器控制系統響應部分。主功率回路開關故障可在變流器不通電的情況下測試，人為給主開關一個故障，然后用萬用表電阻擋測量故障信號節點是否變化，變化為符合要求。變流器控制系統響應部分測試要先給變流器送控制電源，然后人為將連接主功率開關故障信號節點的信號線在主開關接線排上短接，待測試系統報出相應故障信息及觸發相應保護邏輯即視為該安全保護功能測試通過。
2.熔斷器故障安全保護功能測試：變流器主熔斷器熔斷后其輔助熔斷器也跟著一起熔斷并觸發相故障開關量節點（微動開關），變流器控制系統接收到此熔斷器熔斷故障節點信號反饋后報出相應故障信息并觸發相應保護邏輯。由于主熔斷器的額定電流值要比輔助熔斷器大很多，只要目擊檢查若輔助熔斷器熔斷后其微動開關是否能隨之觸發即可。微動開關的檢查可以人為撥動其微動擋塊聽其分合動作聲音是否清脆，或者用萬用表電阻擋測量其節點是否有通斷狀態即可。相應變流器控制系統響應部分的測試同樣要先給變流器送上控制電源，然后人為撥動其微動開關的微動擋塊，測試系統報出相應故障信息及觸發相應保護邏輯即可視為此功能測試通過。
3.缺相保護及相序錯誤保護缺相安全保護功能測試及相序錯誤安全保護功能測試分為總網側、定子側及轉子側三個變流器主電路進出線位置的安全保護功能測試。
（1）總網側進線缺相及相序錯誤安全保護功能測試：這個測試的方法較為簡單，缺相保護測試是在總網側送電之前先將其三相進線接成二相進線，在并網接觸器及勵磁接觸器主觸頭未閉合的情況下給總網側進線送電并合上主斷后，給網側送電變流器測試系統應立即報出相應故障信息并觸發相應保護邏輯（按照A、B、C三相分別做一次測試）。相序錯誤保護測試則是在總網側送電之前將三相網側進線相序人為接反，然后在并網接觸器及勵磁接觸器主觸頭未閉合的情況下給總網側進線送電并合上主斷后，變流器測試系統也應立即報出相應故障信息及觸發相應保護邏輯，這樣即可視為此項功能測試通過。
（2）定子側及轉子側缺相及相序錯誤安全保護功能測試：這兩個位置的測試需要分開測試，但測試方法基本相同。缺相安全保護測試首先將定子側或轉子側三相出線改接成二相出線，然后按測試程序正常啟動運行變流器，期間測試系統報出相應故障信息并觸發相應保護邏輯即視為此功能測試通過（按照A、B、C三相分別做一次測試）；相序錯誤安全保護測試同樣首先將定子側或轉子側三相出線的相序接反，然后按測試程序正常啟動運行變流器，期間測試系統報出相應故障信息并觸發相應保護邏輯即視為此功能測試通過。
三、結束語
在設計風力發電機組的每一個部件時，設計工程師們考慮最多最全面的往往就是該部件自身及其對整個風機的安全保護功能方面的諸多要求。風機的安全性能也是各風電業主采購風機時的重要參考項目，其重要性不言而喻。通過上述對風電機組變流器系統各個安全保護功能測試方法的詳細分析和描述，使讀者基本了解了該安全保護功能測試方法的工作原理及將其作為出廠試驗項目的必要性；同時對變流器系統本身及風電機組的其它工作系統的安全保護功能測試方法提供了一種新的思路，在其實際的出廠常規測試應用中亦具有一定的指導意義。
【關鍵詞】功能；測試；應用；推廣
一、企業概況
烏海電業局現有31座變電站，220kV變電站有8座，為了應對越來越多的巡視設備及實際工作的復雜性、繁瑣性、還有巡視人員實行集控后每天要對十幾個變電站進行巡視的特殊性，根據實際需求，我局為220kV黃河變電站、臥龍崗變電站、寶山變電站配置多功能測試儀，以便提高對人工巡檢的質量，簡化巡視流程，提高工作效率。具體需求如下：
（1）由于新設備屬于多功能，按鍵多而復雜，很多巡視人員并未接觸過，需要進行專門的培訓，請相關廠家人員來詳細說明。
（2）由于該設備屬于電池供電，廢舊電池對環境影響較大，希望能進行供電部分改進，使之變成可充電式的且安全達標的設備。
（3）直流系統的檢查和測試一般有相關專業人員進行，我處雖然有了測試設備，還需要先關專業人員進項指導培訓，以避免錯誤的測試導致直流問題的發生。
二、項目分析
根據上述需求，結合實際使用的實際情況，我們做了以下分析：對巡視人員進行相關培訓，實現對多功能測試儀的熟練應用，及對測試工作的安全可靠性；對多功能測試儀的可靠改造，如何結合現場實際情況，做到用合理的方式手段實現快速的、準確的現場測量。
三、方案設計原則
根據項目需求的具體情況，我們在設計中應遵循下列原則：
（1）先進性原則
采用先進的設備，選用先進的測試方法，使該巡視測量技術在今后一定時期內保持先進性。
（2）開放性原則
對多功能測試儀的應用不要拘泥于說明性，在日常巡視中面對多變的復雜的巡視工作靈活的應用設備，使該設備在變電站巡視中起到更大的作用。
（3）安全性原則
對于設備的使用：保證測試方法的合理性和測試手段的可靠性。
（4）使用的熟練性
對設備電池改造的可行性進行綜合分析，通過長期反復驗證，保證達到安全要求。
（5）靈活性
在實際應用中不恪守陳規，對于不同形勢下的巡視靈活使用儀器，發揮它的多功能的強大性。
四、項目方案
1、方案總述
針對本方案最大的問題：對設備的應用及相關測試方法不能熟練掌握，相關知識不足，應根據實際情況，首先請廠家對我們的儀器進行講解，了解他的相關使用方法，然后要通過對變電站的各種實際需求，結合實際工作經驗，并在相關專業人員的幫助下，模擬出不同的可能出現的實際場景，總結出最好的，簡便的測試方法，并反復演練，達到對多功能測試儀的熟練上手，并在實際使用中不斷完善。
2、方案的優勢
真正實現設備的利用價值，提高設備利用率；培養職工的探索，創新精神，提高工作積極性；熟悉現場的實際情況，幫助青年員工成長；減少同類功能或單一功能設備的采購，減少經費；在實際中摸索，減少研究經費和試驗設備投入。
3、產品簡介
多功能測試儀是將示波器、任意波發生器、標量網絡分析儀、失真儀、高斯計、功率計、頻率計、萬用表、程控電源、合成信號源這十種儀器模塊集成在一個系統中的儀器，系統中的每個儀器模塊不僅能夠單獨工作，而且多個模塊也可以同時工作，能夠滿足多種測試需求，適合電子裝備及儀器現場測試維護及其他電子領域的應用，尤其在外場條件下的電子裝備搶修和緊急故障的排查，比多種類型的通用測試儀表將具有更好的測試能力，可有效解決外出巡檢時多種儀表攜帶不便的困難，也可有效解決基層修理室多種儀表缺乏的問題，提高了工作效率，和對電子裝備的保障能力。
4、產品技術特點
導通測試：可使用測試鍵鎖定功能選擇蜂鳴進行瞬間提示。
絕緣測試：3個測試電壓250V/500V/1000V，自動放電功能可確保測試后的回路安全。
回路電阻測試：反跳脫ATT技術可進行高精確度回路測試和快速測試以避免RCD跳脫。
PSC/PFC測試：自動計算和顯示短路電流（PSC）和預期故障電流（PFC）。
PCD測試：可進行非常全面的RCD測試。
接地測試：使用傳統的電壓-安培方法連接2個輔助接地棒，無需外部電源。
相位測試：可檢測三相系統的相位旋轉并清晰顯示相序。
電壓測試：除了電壓測試以外，可測試被測電壓的頻率。
五、成果具體實施及效果
烏海海南各220kV變電站測試案例
1、培訓：廠家的到來，讓我們明白了多功能測試儀的使用方法，同時通過舉一反三的方法，大家開始不斷自我摸索相關設備，提高了設備認知率。
2、探索：在模擬現場的過程中，大家提出來不同的情況，很多是大部分員工沒有經歷的，通過相互交流，增加了員工的工作經驗，和面對復雜現場的應對方法。
3、創新：在電池改造環節，大家積極踴躍，通過各種方法進行試驗，并吸取失敗經驗，通過多方測試，不斷改進，擇優而用的法案采集，實現了電池使用長時間、可充電、循環利用率高的新型供電方式。
4、應用：在實際應用中大家通過日常巡視，并在各種惡劣天氣下的實際測量問題，反復論證，不斷改進測試方法，聽過交流應用，提高了巡視人員面對復雜多面的特殊天氣、特殊情況下的巡視應變能力。
經過半年多的培訓及實施應用，多功能測試儀在變電站中實現了普及應用，在測量，保護接地預防，缺陷提早發覺，實際數據的收集起到了很大的作用，提高了工作效率，同時在實際應用中不斷發現問題，解決問題，讓員工真正把工作當做快樂的事情來做。
