基于Matlab和TCP/lP的测试系统开发及应用

刘殿金，魏 兵

（中船724所，南京，211153）

基于Matlab和TCP/lP的测试系统开发及应用

刘殿金，魏 兵

（中船724所，南京，211153）

对MATLAB中仪器控制工具箱的使用方法和仪器控制的实现方案进行探讨，针对现有基于TCP/IP接口的测试系统软件开发的特点，以一典型实例，提出基于MATLAB平台和TCP/IP接口的测试系统的设计方法和实现技术，叙述了该系统的硬件结构和软件设计以及该系统的功能特点.实例表明，使用仪器控制工具箱，在MATLAB环境下进行TCP/IP测试系统的开发不仅方便可行，而且编程简单，功能强大，开发周期短。

测试系统；MATLAB；TCP/IP；Excel；仪器控制工具箱

0　前言

通常把在人工最少参与的情况下能自动进行测量、数据处理， 并以输出方式测试（量） 结果的系统称为自动测试系统（ATS ——automated test system） 。随着TCP/IP技术应用到测试领域，它作为桥梁，把各种可编程仪器与计算机紧密地联系起来，从此电子测量更快的向自动测试系统的方向发展.一般而言，一个完整的测试系统由控制器、测试仪器、测试软件以及接口总线4大部分组成。利用常见的PC机做控制器，开发Windows程序作为测试软件，不但使测试的过程自动化，而且使操作简单、直观，可视性大大加强，其中软件开发平台的选择直接影响到系统开发的效率和成效.

目前国内软件开发平台主要有高级编程语言（如Visual C++）和Labview软件，MATLAB软件作为一套高性能的数值计算和可视化软件，以其强大的数值分析与处理功能、丰富的仿真功能、方便的编程接口而深受广大用户的喜爱.与Visual C++等高级编程语言比较，语法规则更简单，编程特点更贴近人的思维方式.若能利用MATLAB软件强大的数值处理能力和编程简单的优点进行测试系统的设计，无疑对测试系统的开发是有益的，MATLAB（Version 7.0）的仪器控制工具箱（Instrument Control Toolbox）为此提供了对TCP/IP接口通信的支持 .利用该工具箱配以适当的网卡不仅可以进行实时数据采集，而且还可以进行实时控制，由此组建成为自动测试系统。

1　Matlab环境下TCP/IP自动测试系统的设计

1.1系统硬件构成

如图1所示，系统由一台PC机、一台网络分析仪E5071C、一根网线组成。因虚拟仪器软件体系结构（VISA）是一种工业标准I/O应用程序接口（API），用它开发I/O应用程序和仪器驱动程序也适用于仪器通信和控制的IVI基础标准。这样我们只需要PC机和仪器都安装VISA库，我们发送相应的SPCI仪器指令（Standard Commands for Programmable Instruments）给仪器，就可以实现对其操作与控制。

图1　系统结构框图

1.2系统软件设计及功能

如图2所示，整个程序需要完成如下步骤：连接、初始化网络分析仪，设置网络分析仪测试参数，采集数据，显示数据及保存数据。

测试系统的软件图形化界面及功能是基于MATLAB环境、采用面向对象的设计方法实现，图3为实现的测试系统软件的操作面板。

图2　系统流程图

（1）测试系统操作面板是由GUI设计工具完成，界面中使用的控件功能通过编辑相应的CALL.BACK程序实现.界面设计采用功能面板化设计，如Response面板主要实现测量参数、参数格式等仪表状态的设置，Stimulus面板实现频率范围设置，Send&Read面板实现连接、断开、数据采集、保存、生产报告。

图3　测试系统操作面板

（2）测试系统中仪器的设置与调试.以网络分析仪Agilent E5071C为例说明.首先要正确设置网络分析仪Agilent E5071C的IP地址.然后对仪器进行TCP/IP接口通信调试，编制网络分析仪程序如下:

G=visa（'agilent'，'TCPIP0::192.168.4.10::INSTR'）%创建设备对象

fopen（G）；%连接设备

idn=query（G，'*IDN？'）；%获取设备名称、序列号

fclose（G）；%断开连接

delete（G）；%清除内存

通过以上程序调试，确保仪器与计算机可靠通信后，方可进行系统测试

（3）采集数据送到数组中，经过数据处理，然后调用Plot（）函数连接成波形，在屏幕上显示.由于通信数据支持二进制和文本（ASCII）两种方式，因此如果选择文本方式时，应调用Str2num（）函数将文本数据转换为数值型数据。

（4）MATLAB软件提供了与Microsoft Excel数据库软件的程序接口.将采集的信号数据按照测试人员记录表要求保存到Excel数据库中形成测试报告，提高了测试人员的工作效率，同时又避免了记录数据时出错。

2　测试与试验结果

图4为仪器上显示的相位波形，图5为采集到的相位波形，图6为E5071的传输特性的自动测试数据，图7为E5071的传输特性的手动测试报告。通过对比验证了系统的准确性。

图4　仪器上显示的相位波形

图5　采集到的相位波形

图6　E5071的传输特性的自动测试数据

图7　E5071的校准中传输特性的手动测试数据

3　结束语

TCP/IP高速传输性能以及完整的控制协议，使得基于TCP/ IP的测试系统获得越来越广泛的应用.在进行TCP/IP测试系统的设计时，系统的功能很大程度取决于测试软件部分，因而选择良好的软件开发平台具有事半功倍的作用.MATLAB软件编程简便、功能强大，仪器控制工具箱提供了基于TCP/IP通信的良好支持.实践表明，使用仪器控制工具箱，在MATLAB环境下进行TCP/ IP测试系统的开发不仅可以降低设计的复杂度，缩短开发周期，而且所开发系统功能强大，可向上扩充，具有广泛的应用前景.

［1］ 刘思久 ，张礼勇.《自动测试系统与虚拟仪器原理·开发·应用》，电子工业出版社，2009

［2］ Agilent应用指南1465-9《LAN在测试系统中的应用：基本原理》，Agilent，2004

［3］ Agilent应用指南1465-4《测试系统开发指南选择测试系统软件体系结构》，Agilent，2006

［4］ 张德丰.《MATLAB与外部程序接口编程》，机械工业出版社，2009

刘殿金，男，1984年生，工程师，从事外购器件检验。

Development and Application of Measurement System Based on MATLAB and TCP/IP

Liu Dianjin，Wei Bing
（The 724st Institute of CSIC，Nanjing，211153）

The paper discusses the using methods of instrument control toolbox and the realizing scheme of instrument control in MATLAB，suggests the designing method and realizing technology of a measurement system based on MATLAB platform and TCP/IP interface with a typical example by taking into consideration the developing the measurement system software，and depicts the hardware structure and the software design of the system as well as the system functions and characteristics.The example shows that the development of TCP/IP measurement system in the context of MATLAB with instrument control toolbox is not only feasible，but the programming is simple，powerful and short in exploring period.

measurement system；MATLAB，TCP/IP；Excel；instrument control toolbox