1. 虛擬儀器介紹

　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空航天設(shè)備、軍用武器系統(tǒng)等高技術(shù)產(chǎn)品的復(fù)雜程度日益提高，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)維護(hù)手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化裝備的支持保障要求，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）正逐步成為復(fù)雜系統(tǒng)與設(shè)備可靠運(yùn)行的必要保證。目前自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、存儲(chǔ)到使用維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在航空、航天、國防、交通、能源等重要領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵的支持保障作用。在人極少參與或不參與的情況下，自動(dòng)進(jìn)行量測(cè)，處理數(shù)據(jù)，并以適當(dāng)方式顯示或輸出測(cè)試結(jié)果的系統(tǒng)。與人工測(cè)試相比，自動(dòng)測(cè)試省時(shí)、省力，能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，它對(duì)生產(chǎn)、科研和國防都有重要作用。

　　本文研究利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)光模塊各項(xiàng)性能參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試過程。

　　1.1 虛擬儀器及VISA（虛擬儀器軟件體系）

　　虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問世以來，世界各國的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。

　　Visa（Virtual InstrumentSoftware Architecture,以下簡(jiǎn)稱為"Visa"）是美國國家儀器NI（NationalnstrLlrnent）公司開發(fā)的一種用來與各種儀器總線進(jìn)行通信的應(yīng)用編程接口。Visa總線1/（）軟件是一個(gè)綜合軟件包，不受平臺(tái)、總線和環(huán)境的限制，可用來對(duì)USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行配置、編程和調(diào)試。Visa是虛擬儀器系統(tǒng)I/O接口軟件。基于自底向上結(jié)構(gòu)模型的Visa創(chuàng)造了一個(gè)統(tǒng)一形式的I/O控制函數(shù)集。一方面，對(duì)初學(xué)者或是簡(jiǎn)單任務(wù)的設(shè)計(jì)者來說， Visa提供了簡(jiǎn)單易用的控制函數(shù)集，在應(yīng)用形式上相當(dāng)簡(jiǎn)單；另一方面，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的組建者來說，Visa提供了非常強(qiáng)大的儀器控制功能與資源管理。

　　2. 光模塊測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)原理

　　本測(cè)試系統(tǒng)使用的測(cè)試儀器設(shè)備有Agilent 公司的數(shù)字通信分析儀86100B、E8403A VXI機(jī)箱、VXI 81250誤碼儀模塊、中國電子科技集團(tuán)第41研究所AV2495光功率計(jì)、AV6381可編程光衰減器等。其中86100B、AV2495光功率計(jì)、AV6381可編程光衰減器都帶有GPIB接口，可通過Agilent公司的GPIB卡把這些帶有GPIB接口的測(cè)試儀器連接起來整合到一套完整的系統(tǒng)中，使用Agilent VISA庫編寫測(cè)試應(yīng)用程序控制儀器操作。Agilent VXI 81250誤碼儀模塊在使用時(shí)插入Agilent E8403A VXI機(jī)箱中，計(jì)算機(jī)中需要插入美國旭電公司的PCI IEEE1394卡，VXI機(jī)箱0槽模塊E8491B與計(jì)算機(jī)中的1394卡通過IEEE 1394 PC Link to VXI電纜連接。對(duì)于Agilent 81250模塊，也是在Agilent VISA庫的基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)它的控制操作。

　　3. 光模塊測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成

　　本測(cè)試系統(tǒng)主要由測(cè)試電路板部分、測(cè)試控制中心（計(jì)算機(jī)）兩個(gè)部分組成。

　　本測(cè)試系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。

圖1光模塊通用測(cè)試系統(tǒng)組成原理

　　3.1 測(cè)試板電路部分主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

　　a.實(shí)現(xiàn)高低告警信號(hào)的俘獲。

　　b.光模塊發(fā)射端、接收端工作電流的采集。

　　c.由Atmel公司的89C51單片機(jī)端口控制光開關(guān)、電開關(guān)切換電通路和光通路。本系統(tǒng)采用了中國電子科技集團(tuán)第34研究所的2x2光開關(guān)。

　　3.2 測(cè)試控制中心（計(jì)算機(jī)）部分主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

　　a.控制 Agilent81250 VXI模塊化儀器。在實(shí)現(xiàn)的軟件中可以設(shè)置誤碼儀測(cè)量二進(jìn)制誤碼的模式（1誤碼/0誤碼/全誤碼）等參數(shù)。以及控制誤碼儀開始和停止發(fā)送電信號(hào)?？梢燥@示誤碼率計(jì)算結(jié)果值。

　　b.控制AV2495光功率計(jì)、AV6381光衰減器及Agilent DCA 86100B.對(duì)這些儀器可以通過發(fā)送GPIB命令設(shè)置測(cè)量?jī)x器的各項(xiàng)初始參數(shù)及讀取測(cè)量結(jié)果。

　　c.通過計(jì)算機(jī)RS232串口，計(jì)算機(jī)與Atmel公司的AT89C51單片機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流、高低告警值的測(cè)量以及計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送命令控制光電開關(guān)的切換。

　　d.將測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，方便管理與查詢。

　　本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以測(cè)試四種類型的光模塊。這四種模塊的參數(shù)不同。這可以在計(jì)算機(jī)軟件中修改參數(shù)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)測(cè)試四種類型的光模塊。

　　4. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

　　4.1 誤碼儀程序控制

　　對(duì)誤碼儀的控制以美國國家儀器公司（National Instrument）的圖形化編程軟件LabVIEW7.0為基礎(chǔ)，根據(jù)Agilent公司提供的函數(shù)面板文件，由LabVIEW中的轉(zhuǎn)換功能，將VISA庫轉(zhuǎn)換成LabVIEW下可以直接調(diào)用的小圖標(biāo)（每個(gè)小圖標(biāo)代表VISA庫中的一個(gè)基本函數(shù)）。然后根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，把這些小圖標(biāo)用線連接起來。如圖3.

　　4.2 光模塊接收端靈敏度

　　接收端靈敏度定義為誤碼率超過所能接收規(guī)定量前接收端的光輸入功率。測(cè)試光模塊接收端靈敏度時(shí)，先在程序中設(shè)置好誤碼儀的各項(xiàng)參數(shù)值，如誤碼儀測(cè)量二進(jìn)制誤碼的模式、發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)流序列等，設(shè)置光衰減器的參數(shù)值，如要衰減的光的波長(zhǎng)、校準(zhǔn)因子、衰減值等，設(shè)置光功率計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)，如要測(cè)量的光的波長(zhǎng)，量程等，然后啟動(dòng)誤碼儀發(fā)送電信號(hào)，每隔一秒計(jì)算機(jī)讀誤碼率值，連續(xù)讀5次，如果誤碼率都為零，則由程序控制光衰減值衰減一定的數(shù)值（可以根據(jù)需要設(shè)置），再次讀誤碼率值，如果產(chǎn)生誤碼，則控制光衰減器的值到上不產(chǎn)生誤碼時(shí)的狀態(tài)，程序讀光功率計(jì)的值，即為靈敏度值，如果不產(chǎn)生誤碼，則光衰減器繼續(xù)衰減一定的數(shù)值，直到產(chǎn)生誤碼為止。

　　4.3 光模塊高低告警

　　測(cè)試光模塊高低告警值時(shí)，同樣需要首先設(shè)置好誤碼儀、光衰減器、光功率計(jì)的參數(shù)，只是不需要讀誤碼率值，誤碼儀的功能僅僅是給光模塊提供電信號(hào)，使光模塊發(fā)出光信號(hào)。在計(jì)算機(jī)程序中控制光衰減器增加衰減，當(dāng)單片機(jī)P1.0端口線采集到SD信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，規(guī)定單片機(jī)向計(jì)算機(jī)串口發(fā)送命令0xaa,計(jì)算機(jī)接收到此命令后讀取光功率計(jì)的值，即高告警值；當(dāng)SD信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，規(guī)定單片機(jī)向計(jì)算機(jī)串口發(fā)送命令0x05,計(jì)算機(jī)接收到命令后讀取光功率計(jì)的值，即低告警值。

　　4.4 光模塊發(fā)射接收端工作電流的采集

　　本系統(tǒng)中采用了MAXIM公司的MAX472電流檢測(cè)放大器芯片來采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流大小。MAX472芯片可以實(shí)現(xiàn)電流/電壓的轉(zhuǎn)換，通過適當(dāng)選擇Rsense、RG1、RG2的電阻值，可以調(diào)整電壓與電流的比值，因此就可以把光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流轉(zhuǎn)換成適合于ADC0809的單端電壓信號(hào)，然后把此電壓信號(hào)接到ADC0809的模擬輸入采集通道（如圖2所示）。ADC0809將采集到的信號(hào)傳給89C51單片機(jī)的P0端口，然后再由單片機(jī)通過Rx與Tx端與PC機(jī)的串行通信端口進(jìn)行通信。

圖2 測(cè)試板電路圖

　　4.5 測(cè)量通路的切換

　　計(jì)算機(jī)需要給單片機(jī)發(fā)送命令控制單片機(jī)動(dòng)作，在本系統(tǒng)中規(guī)定了一系列命令用于控制電開關(guān)1、電開關(guān)2以及光開關(guān)正確地切換電通路和光通路?？梢杂蓡纹瑱C(jī)端口向光開關(guān)、電開關(guān)相應(yīng)引腳發(fā)送脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)切換測(cè)量通路。

圖3 用LabVIEW軟件編寫控制誤碼儀測(cè)試靈敏度的程序

　　5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以后將應(yīng)用于江蘇奧雷光電有限公司光模塊產(chǎn)品的參數(shù)自動(dòng)測(cè)試過程中，能夠加速光電企業(yè)產(chǎn)品上市時(shí)間，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　目前國內(nèi)在光通信產(chǎn)品測(cè)試過程中利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的應(yīng)用還很少。這是虛擬儀器技術(shù)在光通信產(chǎn)品測(cè)試中的一個(gè)應(yīng)用，相信隨著國內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，越來越多的國內(nèi)企業(yè)將使用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)各種測(cè)試應(yīng)用系統(tǒng)。