[NI技术]基于LABVIEW 的电子产品测试

\"随着汽车电子化快 速发展，汽车电子产 品的可靠性验证成了 重要的课题被一再的 优化和推进，电子产 品的测试平台也成了 加速电子产品研发进 度的重要工具和载 体。本文通过搭建测 试平台，针对不同的 车载电子模块进行测 试，提高车载电子产 品的开发进度。\"

- 刘 琳,

The Challenge:

系统结构图

The Solution:

Author (s):

沙 文瀚 - 刘 琳 -

传统的测试仪器是采 用单片机作为控制电 路，本文采用自动测 试系统（ATS, Automatic Test System）以计 算机为控制核心，可 以方便地修改配置程 序及信号输入文件， 针对不同的车载电子 模块进行手动、半自 动乃至全自动测试， 且通过内置的算法， 将庞大的测试结果加 以处理及简化，便于 测试人员实际使用， 能大大提升车载电子 产品的开发进度。

基于LABVIEW 的电子产品测试，搭 建新的测试平台，针 对测试目标、配置方 式以及输入、输出信 号进行处理。本平台 满足电子技术在汽车 领域特殊的时效性、 可靠性要求，有着较 强的通用性和使用 性。

一、引言

随着汽车电子化快速 发展，汽车电子产品 的可靠性验证成了重 要的课题被一再的优 化和推进，电子产品 的测试平台也成了加 速电子产品研发进度 的重要工具和载体。 本文通过搭建测试平 台，针对不同的车载 电子模块进行测试， 提高车载电子产品的 开发进度。 二、背景

传统的测试仪器是采 用单片机作为控制电 路，以 LED 作 为指示灯，以各种按 钮作为开关量输入的 形式，以汽车车身电 子控制系统为例，该 系统主要包括：灯光 控制、电动车窗控 制、门锁控制、 防盗报警控制、安全 气囊控制、雨刮器控 制等，并拥有CAN 总线及诊断功能。

如图一所示，汽车车 身电子控制系统需要 进行功能测试以保证 产品质量，测试人员 需要按照模块的各种 功能通过手动方式一 步一步进行测试，测 试效率低，可靠性 差。

图一 传统汽车电子 产品测试仪

三、趋势

自动测试系统 （ATS,）是指以计算机为控 制核心，在程序控制 下完成某种测试任务 而组合起来的测试仪 器和其他设备的有机 整体的总称。目前的 第三代自动测试系统 是以虚拟仪器技术的 出现为标志。20 世纪 80 年代 NI 公司首先提出 这一概念。虚拟仪器 技术的出现使得软件 在整个测试系统中成 为重点，虚拟仪器技 术在自动测试领域的 应用使得测试系统的 通用性问题得以解 决。

虚拟仪器通常由硬件 设备与应用软件两大 部分构成，其结构体 系框图如图二所示：

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图二 基于虚拟仪器 的结构体系

1.1 模块化 的I/O 硬件：分 析测试系统的要求和 系统的功能，根据系 统功能的要求，在软 件和硬件之间进行优 化选择，从而确定仪 器所必需的硬件模 块，以便用最少的模 块实现仪器的最佳功 能。根据应用情况与 实际的条件，选择基 于计算机的虚拟仪器 的仪器模块以及传感 器、信号调理电路、 DAQ 数据采集、 信号源等模块；

1.2 高效的软 件：硬件确定以后， 主要确定软件功能模 块，哪些仪器功能由 软件实现，将软件功 能划分为相对的 模块。然后选择易于 编写的图形化的软件 平台。 LabVIEW

四、构成及特点

1. 虚拟仪器基本由三大 部分构成，每部分在 其中都起到必不可少 的作用，互相关联、 互相支持，组成一个 完整的系统：

平 台是一种图形化编程 环境，提供了虚拟仪 器的控件、丰富的数 据处理分析函数、仪 器驱动程序及数据库 工具软件包， LabVIEW 提 供的SQL、 DataSocket 软件都是容易建立网 络化测试环境的软件 包。采用 LabVIEW 编 写虚拟仪器软件简化 了程序设计，提高了 效率。我们利用 LabVIEW 和 NI 的数据采集卡 实现了数据采集、虚 拟示波器、虚拟信号 发生器；

1.3 用于集成 的软硬件平台： NI 首先提出的专 为测试任务设计的 PXI 硬件平台， 已经成为当今测试、 测量和自动化应用的 标准平台，它的开放 式构架、灵活性和 PC 技术的成本优 势为测量和自动化行 业带来了一场翻天覆 地的改革。PXI 作为一种专为工业数 据采集与自动化应用 度身定制的模块化仪 器平台，内建有高端 的定时和触发总线， 再配以各类模块化的 I/O 硬件和相应 的测试测量开发软 件，就可以建立完全 自定义的测试测量解 决方案。

2. 系 统特点如下：

2.1 电压可调：可自动进 行9~16V电压输 出遍历测试，高、低 电压模拟 （0~30V）测试 及发动机启动电压模 拟测试；

2.2 可 进行手动、自动功能 测试。可通过手工操 作按键模拟各种开关 和变量进行测试；也 可通过计算机控制各 采集卡模拟各种开关 和变量进行自动测 试，不需人为干预；

2.3 加 载模拟负载、实际负 载进行测试；一般状 态下为加载模拟负载 进行测试，并可模拟 大电流、过压保护测 试等；也可通过变更 接线加载实车负载进 行测试；

2.4 每 一个子功能测试项均 可在各点火状态 （OFF、ACC、 ON、START） 下进行测试，增加遍 历性，减少测试盲 点；

2.5 测 试过程中，可通过 CAN与被测模块进 行通讯，检测对被测 模块的诊断、刷新数 据（Boot loader）等功 能；

2.6 进 行测试数据记录、处 理、存储并自动生成 测试报表，包括测试 电压、时间、各测试 项测试状态、故障状 态等；

五、测试平台总体设 计 系统目的及目标：

在项目不同阶段需要 进行不同众多的测试 内容，针对不同的测 试目的，采取不同的 测试、观察、 记录 方法，如果针对每种 情况编写一个的 测试程序，则提高程 序代码量，降低程序 的通用性，移植性， 更不方便整个测试系 统的管理与测试用户 选择应用，不利于提 高工作效率。为了满 足更多的要求，更方 便的应用，更人性化 的人机交互界面，建 立此系统测试平台。 系统结构图，如图三 所示。

图三 系统结构图

六、测试界面及方法

测试配置：通过相应 的配置界面，进行测 试模式、测试层面和 测试单元的配置选 择；图四、图五为测 试配置图。

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图五 测试配置图 图四 测试配置图

手动测试：根据图形 界面完全采取人工控 制的方法输入数据。 可以针对特定的输入 输出反复测试，观察 分析特定的测试结 果，方便发现细节问 题；但是时间难以控 制，对有精确时序要 求的测试基本为 力，结果完全靠人工 自己判断是否符合要 求，而且测试速度 慢，工作效率低。这 种方法基本用于测试 早期，针对特定要求 的测试，或者在自动 测试过程中发现的问 题，而不方便观察分 析的情况。

半自动测试：指由测 试程序读取一定格式 的文件、数据库等测 试输入数据的方式自 动读取测试输入信 号，通过界面显示一 些过程中信号的变化 情况，与结果输出信 号，并将结果存放在 特定的文件或数据库 中，以便观察分析。 此种方法在测试过程 中基本不需要人为干 预，测试的激励信号 由程序自动产生，但 是不能判断测试结果 的正确性，只是记录 下测试结果的详细数 据，需要用户对数据 进行分析判别，所以 称之为半自动测试。

全自动测试：系统中 测试的最高阶段，整 个测试过程不需要测 试人员干预，自动读 取一定格式的文件、 数据库等测试输入数 据，自动测试、自动 与标准结果相比较智 能判断测试的通过 性，并记录于特定文 件中。用户开始测试 后只需在测试完成后 检查结果文件，就可 以很方便的了解测试 的结果通过性。测试 效率高，结果简洁有 效，能快速反应问 题。测试软件本身编 写难度大，以及输入 数据文件的编写。整 个测试系统提供不同 的测试方法，便于不 同阶段，不同问题， 不同目的，不同速度 的测试，方便用户根 据实际情况灵活选择 应用，做到一个测试 系统满足测试人员的 所有测试要求。

测试执行如图六、图 七所示：

图六 测试执行图

图七 测试执行图

按照前述选择的手动 测试、半自动或者全 自动测试，选择测试 配置，通过点选开关 组合或者读取输入信 号文件等方式，开始 功能测试，并给出测 试结论。

七、测试输入信号的 产生

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数字系统得测试一般 比较复杂，需要复杂 的测试信号，信号由 多位不同的逻辑值组 成，成为测试图形， 它必须覆盖所有测试 要求中可能出现的情 况，产生较复杂的测 试图形的一种重要方 法就是存储响应 （Stored Response） 法，它把需要的标准 图形存入大容量的存 储器中，测试时先调 入告诉缓冲存储器， 然后按要求的条件取 出以供测试。

针对该系统，源信号 设定为每10ms一 组信号，每个测试文 件的测试信号序列是 依照一条或多条需求 分析，在方便观察的 基础上编写而成，信 号序列没有必然的联 系，必须采取存储响 应法产生激励信号， 但是对每10ms一 组数据,则源信号数 据文件庞大，而且人 为编写麻烦、耗时、 效率低、容易出错， 并读进高速缓冲时占 用空间大影响程序运 行速度。为了解决这 种问题，结合信号的 特点：为了验证功能 而且让人工测试能看 清，并且程序有一些 时间参数，每组信号 一般持续一段时间， 采用以下方法处理， 如图八所示：

图八 信号处理

程序首先读 取数据文件进内存， 分开时间序号与信号 数据，利用时间序号 数组实现对产生激励 信号的控制：后一个 时间序号值减去前一 个值即为前面信号保 持的时间跨度，为了 保证结束信号的正确 产生并值产生一次， 利用结束信号序列值 加1相减可得。

利用两个循 环实现自动产生的功 能，外部循环是信号 变化的情况，每变化 一次循环加一，只有 在此条件下，才会更 改送进循环的信号 值—— array2；内部 循环即为在信号保持 时间内，利用序列差 值控制产生相同信号 的次数，即控制持续 时间。可以利用参数 millseconds to wait控制 每组信号的间隔时 间，在本系统中设默 认值为10 （ms）。通过此程 序即可以实现每 10ms产生一组信 号给array3， 利用此信号序列时， 即可从array3 引出。

程序通过软件的方法 在保证产生正确激励 信号的基础上，让程 序员从庞大的数据文 件中出来，并且 比原来数据更容易观 察、理解；提高了文 档的可读性；大大减 少了存取空间的利 用，提高了程序运行 速度，提高工作效 率。

八、测试输出结果的 处理

测试结果的要求分 析：测试的基础是需 求分析，为了验证程 序的正确性，必须达 到需求分析的功能要 求与精度要求；测试 数据的设计基础是需 求分析文档，达到的 效果为智能判断需求 的通过性显示给用户 并存档以供查询分 析。

测试结果的 记录方式：在实际的 结果数据产生并记录 过程中，由于是循环 的测试，会产生大量 的相同的测试结果数 据，在测试的结果 中，需要自动处理相 应的结果数据，并标 记重复出现和偶尔出 现的结果。在前述中 （测试界面及方法： 半自动测试与自动测 试），输入信号是测 试程序读取一定格式 的文件、数据库等方 式自动读取，测试输 出数据是由每周期产 生的一组的详细结果 数据转化为输入信号 同样格式的数据，主 要是对输出数据不发 生变化的时间段内进 行简化。如图九所 示。

图九 数据简化过程 图

程序采用顺序结构， 保证程序运行的时序 性，避免结果混乱。 程序采用有效数组追 加方式组建转换后的 结果数组 testresult， 先初始化一个空的二 维数字数组，将原数 组2ddata的起 始数据第一个加到数 组中，在中间阶段采 取循环处理原数组中 的每组数据。由于中 间阶段只记录改变的 信号，所以结果数组 只能记录到信号最后 一次变化时的时刻与 信号。但不能明确知 道最后信号的持续时 间、整个信号的结束 时刻。当信号发生突 变，此处即为信号改 变点。此时记录的信 号就已经完整，但这 种情况比较少。通过 对中间阶段最后记录 的信号序号与原数组 2ddata的最大 序号相比较即可判断 中间阶段的数据是否 完整。不完整的情况 下，直接通过原数组 获得最后时刻的数据 与序号加入到新的结 果数组中。

至此完成了对每 10ms一组数据的 庞大数据量转化为以 时序表征的结果数 组。达到与输入数组 的格式统一，方便后 期的智能化处理以及 节约存取空间的效 果。图十为数据处理 后存取空间图。

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图十 数据简化及存 取图

根据测试的 结果，可以看出以下 规律，即结果数据程 序处理方式为： 记录开始信号以及 相对时间零点；

过程中信号每次变 化的时间与变化后的 信号； 结束信号的时间及 信号值。 、总结 1. 2. 3. 4.

通过该测试 平台，可以方便地修 改配置程序及信号输 入文件，针对不同的 车载电子模块进行手 动、半自动乃至全自 动测试，且通过内置 的算法，将庞大的测 试结果加以处理及简 化，便于测试人员实 际使用，能大大提升 车载电子产品的开发 进度，满足电子技术 在汽车领域特殊的时 效性、可靠性要求， 有着较强的通用性和 使用性。

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沙 文 瀚

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系统结构图

This case study (this \"case study\") was developed by a National Instruments (\"NI\") customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED \"AS IS\" WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND AND SUBJECT TO CERTAIN RESTRICTIONS AS MORE SPECIFICALLY SET FORTH IN NI.COM'S TERMS OF USE

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