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基于LabVIEW的仪表控制系统的设计康建华佘方毅杨方正王涛广播科学研究所（广电总局）摘要：频率计、功率计、频谱分析仪是数字地面电视广播机测试设备必备的测试设备。本文提出了一种基于虚拟仪器技术的自动测试设备控制系统。利用该仪器的控制读取技术，实现了对原文本文件的保存和主界面的图像文件的功能。广电广电总局的应用表明，该设计具有便捷、实用的优势，以及强大的推广。关键词：LabVIEW；频率计；功率计；频谱分析仪；数字地面电视广播激励器1.简介在强制性国家标准GB20600-2006的帧结构下，数字电视地面广播系统发出的信道编码和调制及一系列相关的技术支持测量方法是ARDS和国家广电总局颁发的，在2008部的电影和电视节目，如“地面数字电话的技术要求和测量方法电视广播激励器”。测试机构将面对大量的地面数字电视广播执行器和发射机，这需要机构提供一个网络测试很多人测试设备的测试，以及记录大量的测试结果，并归档测试记录。对于地面数字电视激励器测试手册操作台式机也有效率低、数据分析不方便和存储的缺点，因此，基于软件的自动化测试系统的设计势在必行。频率计，功率计和频谱分析仪是地面数字电视广播激励器测试主要测试设备，频谱分析仪具有多功能和多差异，很难实现。本文重点对频谱分析仪通过LabVIEW及其开发工具实现软件控制设计。随着计算机的普及和软件技术的发展，各种软件开发平台的应用日益普及，越来越多的仪器功能可以通过计算机来实现。美国仪器生产的设备NILabVIEW是最成功和最广泛使用的虚拟仪器软件开发系统。它是一个图形化的公关设计，基于G32位汇编语言，它的图形界面可以方便虚拟仪器的发展。虚拟仪器是一种具有虚拟仪器面板的个人计算机测试设备。它包含通用微型计算机，模块化硬件和合作控制软件的功能。虚拟仪器也带来了自动测试系统领域的一个革命性的变化。通常由测试仪器和其他设备形成的有机整体被称为自动测试系统，它以计算机为核心，可以在程序控制命令的指导下自动完成某测试任务。作为一个测试平台，LabVIEW有其自身的特点和优势。与传统的文本编程语言最大的区别就是LabVIEW没有任何文本格式编写代码。LabVIEW提供源代码级的仪器驱动程序有数百个，包括数据采集（采集）、GPIB（IEEE-488），PXI，VXI，RS232接口，用户还可以根据自己的硬件驱动程序的需要，或者可以使用其他语言的动态链接库开发驱动函数库（DLL）进一步扩展其功能。LabVIEW支持多种操作平台，任何在LabVIEW平台上开发的应用程序，可以直接移植到其他平台。2.系统的组成数字地面电视广播激振器的系统组成如图1所示，测量装置的控制系统的组成如图2所示。控制系统包括软件和硬件。其中，硬件系统包括频率计Agilent53132A，功率计AgilentN1912A和频谱分析仪Agilent9020A，GPIB总线和工业机。GPIB用于测量设备和工业计算机接口总线。为了把测试设备的输出连接到3台测量设备，我们需要一个分路器。图1数字地面电视广播节目的系统组成频率计功率计频谱分析仪工业计算机Labview系统控制平台图2LabVIEW系统控制平台美国NI公司的图形化编程语言LabVIEW作为一种开发平台。使用GPIB接口与仪器仪表的时候，控制仪表的应用开发环境文件的选择，软件工具的选择非常重要。该工具应建立正确的仪表控制功能，包括仪器的驱动程序和直接输入/输出能力。基于LabVIEW的仪器控制系统有两个基本功能：（1）根据工程测试的要求，采用虚拟仪器技术，我们选择的仪器控制部分控制功能的虚拟仪器设计的人机界面（VI前面板）；（2）实现参数控制仪表的人机界面控制设置虚拟规格频谱分析仪。二次功能是控制系统的核心，在测试过程中，对励磁机的性能进行分析仍由被控设备进行。GPIB总线的传输B在控制设备和工业机器。利用控制装置和GPIB总线的硬件设备驱动程序，软件可以控制读写数据的控制装置。然后读取一个来自于控制的设备数据，最后在工业计算机的人机界面上显示数据。3.软件控制频率计当用频率计测试励磁机的频率精度时，我们需要测试频率的单频网和多频网。针对单频网，我们需要发送外部的全球定位系统对励磁机和频率计表的参考，以使测量设备和测试设备具有相同的参考时钟。针对多频网络，激发一定的内部参考，但频率计必须采用由GPS提供的参考。利用LabVIEW控制频率计的框图程序如图3所示，五个模块产生初始化VI，配置测试VI，配置ArmVI，读取测量VI和关闭VI。流播放DTMB激励器频率计功率计频谱分析仪图3频率测试控制程序图块初始化VI和关闭VI设置运行正常，程序需要正确的GPIB地址来正常运行，关闭VI可以显示程序关闭的主要原因是为了提醒程序设置错误。配置测量仪器的输入包括“通道”和“频率”，其中“通道”分为三个通道，其中通道的频率范围为1和2之间的0.1hz-225mhz，通道3的测量范围100mhz-3ghz。由于激振器在VHF和UHF间传输，我们必须选择频率计的测量通道3。频率估计指定一个近似值作为实际测量值能使得测量更精确。此值应在测量值的10%以内。配置手臂虚拟仪器是通过搜集前面板的数字频率计的显示位数。根据标准Gy/t229.2-2008要求，多频网络，其频率精度±100Hz，单频网络，频率精度±1Hz。根据上述要求，我们需要设置显示数字为9以满足测试要求。读测量虚拟仪器是用来读出测试结果，结果是64位双精度实数，单位是Hz。图4显示了频率计的软件控制前面板结构。图4频率计软件控制的前面板结构4.软件控制功率计当我们使用功率计测量励磁机的输出功率时，需要在调制模式下打开励磁机的输出。测量变量包含输出功率和功率稳定，其中测量输出功率要在24小时内。电力稳定的测量给城管人员带来了很大的困难，需要在24小时内进行检查和记录测量。在该控制系统中，软件控制系统可以发挥其优势。通过设置测量时间间隔和总的测量时间，我们可以很容易地读出一天内固定间隔的测量结果，以及获得的最大和最小值，使我们能够测量输出功率稳定的励磁机。利用LabVIEW控制功率计显示为图块的程序，它包括11个主要模块，有初始化VI，配置设定VI，配置测试VI，配置校正频率VI，配置触发VI，配置信道偏移VI，配置测量平均VI，视频平均VI，配置视频带宽VI，读取测量VI和关闭VI。图5功率计测试控制块程序初始化虚拟仪器的功能是建立与仪器的通信，并选择执行一个仪器识别查询和/或仪器复位。它也将仪器放在用于其他设备驱动程序的默认状态。因此，在呼叫其他仪表驱动程序前，调用此虚拟仪器。一般来说，你需要在应用程序的开始调用初始化VIONL一次。功能配置预设VI是设定功率计22种不同的预设来简化常见的无线标准测量。当测量励磁机的功率，我们需要设置为“默认”模式。配置测量虚拟仪器的功能是为指定的测量配置测量模式。配置的输入反应频率VI包含信道和频率。信道包括信道A和信道B，其与功率表的测量通道相对应。输入频率的目的是进行非自我调节的测量，以获得高精度的测量。功能配置触发VI是控制触发系统的行为，包括触发，触发源，触发斜率电子，触发计数，触发延迟模式和触发延迟。配置通道偏移量的功能是为外部增益的测量提供一个简单的校正。配置的功能测量平均VI是测量更加准确，计算平均值。当我们计算平均值，我们可以选择自动或手动，在本文中，我们选择前者。视频平均VI的功能和配置测量平均VI类似，配置视频带宽VI有四种模式，包括高、中、低和关闭。相应的带宽设置见表1。读取测量数据读取测量数据，根据组合和相对模式设置。组合参数必须与配置测量VI的配置相同，并且相对模式参数必须与配置相对测量VI的配置相同。在终止软件连接到该仪器之前，关闭虚拟仪器设备错误查询。表1视频带宽设置通过控制程序设置后，可以测量出励磁机的输出功率和输出功率的稳定性。图6显示的软件控制电源的前面板结构元测量1的结果只是测量输出功率。图6电能表软件控制的前面板结构5.软件控制频谱分析仪激振器的其他指标可以通过频谱分析仪获得，测量指标包括：有效带宽，肩上的衰减，在带谱的脉动，带外排放，相位噪声、峰值平均功率比。图7是频谱分析仪控制程序的程序，该程序是“为循环”结构，上述指标可在7个循环后完成。传感器低中高关闭N9020A5MHz15MHz30MHz30MHz图7频谱分析仪测试控制块程序我们测量的有效带宽时，根据标准，分辨率带宽（RBW）和视频带宽（VBW）必须设置为1kHz，通过阅读引导频率的高端和低端，有效带宽只是两者之间的差异。然而，当我们用n9020a频谱分析仪做了测量，我们不需要读高端和低端的频率，我们用“频谱分析仪的占用带宽”模块来代替它。因为有效的带宽标准是7.56MHz，在测量NT使用占用带宽的模块，我们需要设置显示跨度以上8MHz。图8是“有效带宽”的前面板框图。图8“有效带宽”的前面板结构我们测量肩衰减时，我们需要设置频谱分析仪的中心频率为激振器的工作频率，分辨率带宽（RBW）和视频带宽（VBW）重新设置为3kHz，然后记录在中心频率，之后，两个点对中心频率对测量信号的振幅4.2MHz找到两个点，最大最后的肩膀衰减只是两点间最大值和中心频率的差值。图9是测量肩膀衰减的前面板。图9测量肩衰减的前面板结构在带谱纹波的情况下，要找到有效带宽的最大值和最小值，然后得到信号幅度的差值和幅值的差值中心频率。测量时，我们只需要设定的测量结果为1dB/规模的Y轴的频谱间隔。为了方便阅读，控制程序是必要的打印频谱分析仪的显示屏幕。带外的排放包含在相邻通道内外的不必要的排放权。测量时，首先，我们组的测量带宽为8MHz，信道功率测量在中心频率，记录功率值，然后测量信道功率在中心频率上下相邻的通道分别表现为PUA和PDA的区别吐温PUA和PDA和P大只是无用发射功率在相邻信道。此外，我们测量的频率的第二次和第三次谐波通道和图像通道发光中心，测量带宽是8MHz，然后记录下测量信号的信道功率，三和P最大的区别就是无用发射功率的外相邻信道。相位噪声是频率信号中噪声调制产生的随机相位波动。当测量相位噪声优于频谱分析我们可以直接用频谱分析仪测量相位噪声。这是一个简单、方便的相位噪声测量方法。因为测量仪器的相位噪声比技术要求，可以用频谱分析仪测量。我们可以用自己的n9020a测量功能，只需要设定载波频率，测量带宽2MHz的设置，默认的起始偏移为100Hz。根据标准，我们需要在10Hz的相位噪声，然后打印出测试设备的相位噪声。图10是前面板的相位没有ISE软件控制。图10相位噪声软件控制的前面板峰值平均功率比是比的峰值功率和平均由于OFDM符号添加到多个独立的子载波信号调制后的调制信号的功率，当pH所有的子载波信号之间是相同或相似的，信号的叠加将受调制的信号相同的初始阶段，造成更大的峰值瞬时坡是的，这进一步导致更高的峰值平均功率比。由于一般功率放大器的动态范围是有限的，因此，大的峰值平均功率比的信号可以很容易地进入非线性注册功率放大器的离子，导致信号的非线性失真，导致频谱的显著扩展和带内干扰信号的失真，并使该系统整体性能严重下降。所以峰值平均功率比必须满足CCDF曲线模板。在测量中，我们需要使用频谱分析仪的CCDF测量功能，并设置统计样品为100000。当显示稳定，我们保存和打印的CCDF曲线，然后读取测量结果。图11是测量峰值平均的框图的前面板功率比。图11峰值平均功率比的软件控制面板6.总结虚拟仪器具有可视化和低成本的优点，因此越来越被工程检测人员所使用，它将成为未来仪器仪表的主流方向发展。作为一个图形化的测试系统的具体开发工具LabVIEW应用更广泛。在本文中，频率计，功率计和基于LabVIEW的频谱分析仪在地面数字电视广播激励器检测中得到有效的应用。本文对频率计、功率计及频谱分析仪的控制技术对地面数字电视广播、移动多媒体广播发射机和发射机测量发射机具有重要的参考依据。参考文献[1]GY/T229.2-2008;用于地面数字电视广播激励器的技术规范和测量方法:广播电视规划院、国家广电总局;2008(2).[2]惠普5