郎建國(guó)

【摘 要】在航天器研制過(guò)程中，真空熱試驗(yàn)是不可或缺的試驗(yàn)項(xiàng)目，而在航天器真空熱試驗(yàn)中，需要使用到各種型號(hào)的測(cè)控儀器。由于這些儀器的驅(qū)動(dòng)方式大不一樣，在開發(fā)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的時(shí)候就會(huì)遇到很多問(wèn)題。因此，為了實(shí)現(xiàn)儀器的快速驅(qū)動(dòng)，需要對(duì)測(cè)控儀器驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)，以此來(lái)解決測(cè)控應(yīng)用軟件通用性差、版本復(fù)雜和繼承性較差的問(wèn)題。本文闡述了真空熱試驗(yàn)測(cè)控儀器驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用現(xiàn)狀，以供參考。

【關(guān)鍵詞】真空熱試驗(yàn)；測(cè)控系統(tǒng)；通用化設(shè)計(jì)；應(yīng)用現(xiàn)狀

真空熱試驗(yàn)是一種耗資大、狀態(tài)復(fù)雜和耗時(shí)長(zhǎng)的試驗(yàn)項(xiàng)目，在航天器的研制過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，通過(guò)對(duì)航天器在軌運(yùn)行時(shí)所處的環(huán)境進(jìn)行模擬，來(lái)驗(yàn)證其各項(xiàng)設(shè)計(jì)是否滿足具體的需要。因此，真空熱試驗(yàn)是一種提高航天器在軌運(yùn)行可靠性的有效手段。在真空熱試驗(yàn)中，外熱流模擬與溫度控制是兩項(xiàng)十分關(guān)鍵的技術(shù)，而這兩項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要用到各種不同型號(hào)的測(cè)控儀器，這些儀器以數(shù)字采集儀器和程控電源為主。由于測(cè)控儀器的型號(hào)不同，其總線方式和通訊接口也不一樣，因而它們具有不一樣的驅(qū)動(dòng)方式，使得程序的執(zhí)行效率較低，無(wú)法滿足實(shí)際需要。本文試圖通過(guò)對(duì)真空熱試驗(yàn)測(cè)控儀器驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)化各種儀器的驅(qū)動(dòng)方式，解決測(cè)控應(yīng)用軟件面臨的諸多問(wèn)題。

1.用于真空熱試驗(yàn)的測(cè)控儀器

在真空熱試驗(yàn)中，試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)是測(cè)控系統(tǒng)的重要組成部分，而試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)使用的儀器主要分為型號(hào)各異的數(shù)字萬(wàn)用表和程控電源兩類。數(shù)字萬(wàn)用表主要用來(lái)測(cè)量熱流和溫度等參數(shù)，目前主要包括Mobrey公司的3595EA和3595EH、吉時(shí)利公司的K2750以及惠普公司的E1411B等幾種型號(hào)；程控電源主要用來(lái)進(jìn)行外熱流模擬和溫度控制，主要包括Sorensen公司的DLM150-4、安捷倫公司的N5750以及惠普公司的6655A等型號(hào)。在這些測(cè)控儀器中，除了Mobrey公司的兩種數(shù)字萬(wàn)用表在連接控制計(jì)算機(jī)的時(shí)候需要專門的接口卡并通過(guò)S-NET網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之外，其他儀器可經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)或直接與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)交換時(shí)可通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)測(cè)控儀器的目的，首先要建立通用的儀器模型，下面進(jìn)行具體的介紹。

2.通用模型

試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)中雖然使用的是來(lái)自于不同廠家的儀器，并且它們?cè)谕ㄓ嵎绞胶凸δ苌洗嬖谥^大的差異，但是它們均支持SCPI命令規(guī)范和基于VISA的儀器驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。基于以上兩種標(biāo)準(zhǔn)，在描述不同的測(cè)控儀器時(shí)就可以采用統(tǒng)一的方式，而與這些儀器的面板控制和硬件組成無(wú)關(guān)。在通用儀器模型中，測(cè)控儀器可以當(dāng)做是一個(gè)能用SCPI指令進(jìn)行控制并用VISA地址進(jìn)行直接訪問(wèn)的執(zhí)行器。而要控制該執(zhí)行器，就需要對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)，以下達(dá)指令到測(cè)控儀器中。

3.驅(qū)動(dòng)器的通用化設(shè)計(jì)

各種測(cè)控儀器要實(shí)現(xiàn)通用化驅(qū)動(dòng)，就需要建立統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)。按驅(qū)動(dòng)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)功能與應(yīng)用范圍來(lái)劃分可將其分為特定功能和通用功能函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，特定功能函數(shù)包括與測(cè)量類和功能類有關(guān)的功能函數(shù)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的特有功能；而通用功能函數(shù)，顧名思義就是適用于全部?jī)x器，主要用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序與儀器設(shè)備的狀態(tài)配置、測(cè)量?jī)x器的通信聯(lián)系以及信息查詢等功能。

3.1測(cè)量?jī)x器驅(qū)動(dòng)函數(shù)

編寫相關(guān)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)可以對(duì)測(cè)控儀器實(shí)行程序控制，通過(guò)進(jìn)行控制可以建立儀器與控制計(jì)算機(jī)之間的連接，同時(shí)還可以完成兩者之間的讀寫操作，這就是儀器驅(qū)動(dòng)函數(shù)所要完成的功能。

3.2驅(qū)動(dòng)函數(shù)的封裝

為了共享可執(zhí)行代碼，Windows操作系統(tǒng)提供了一種基本手段—?jiǎng)討B(tài)鏈接庫(kù)（DLL），這是一種過(guò)程庫(kù)，很多程序都可以共享調(diào)用，避免了對(duì)系統(tǒng)資源的過(guò)多占用。使用Visual Basic可以將之前編寫的兩種功能函數(shù)封裝生成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，這樣用戶要想對(duì)測(cè)控儀器實(shí)現(xiàn)程序控制，只需要載入函數(shù)庫(kù)并聲明函數(shù)即可。此外，這個(gè)函數(shù)庫(kù)是開放的，為了滿足需要可以加入新的函數(shù)。

3.3驅(qū)動(dòng)函數(shù)的調(diào)用

建立函數(shù)庫(kù)后，需要對(duì)其是否可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類測(cè)控儀器的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證?？梢脛?dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的有關(guān)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字萬(wàn)用表和程控電源測(cè)量電阻的功能。通過(guò)調(diào)用結(jié)果可知，只要設(shè)置好測(cè)量?jī)x器的VISA地址，就可以通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的函數(shù)對(duì)其實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，而與儀器的廠家、種類和型號(hào)無(wú)關(guān)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)特定功能函數(shù)的編寫，用戶可以隨意調(diào)用，為測(cè)控軟件的二次開發(fā)提供了便利。

4.應(yīng)用現(xiàn)狀

從上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平的提高和不斷增加的試驗(yàn)需求，世界各國(guó)的宇航機(jī)構(gòu)對(duì)其測(cè)控系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)改造。國(guó)外主要以熱沉調(diào)溫技術(shù)和太陽(yáng)模擬器進(jìn)行真空熱試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)則使用紅外加熱籠、紅外燈陣、薄膜加熱器來(lái)進(jìn)行溫度控制和吸收熱流模擬，使用的管理運(yùn)行模式、控溫模式與算法、設(shè)備也各不相同。

目前，國(guó)內(nèi)水平較高的真空熱試驗(yàn)來(lái)自北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，該所具有較大規(guī)模的航天器真空熱試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)，擁有比較先進(jìn)的不同型號(hào)的程控電源和數(shù)據(jù)采集儀表，組建了各種試驗(yàn)測(cè)控局域網(wǎng)，并針對(duì)程控電源、數(shù)據(jù)采集器開發(fā)出了相應(yīng)的溫度控溫軟件、熱流模擬軟件、通用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)視分析軟件以及數(shù)據(jù)采集軟件。通過(guò)配置相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)，測(cè)量軟件能夠滿足不同的測(cè)量需求，控溫軟件也能滿足各種不同模式的控溫需求。

5.總結(jié)

綜上所述，本文對(duì)真空熱試驗(yàn)測(cè)控儀器進(jìn)行了介紹，建立了通用的儀器模型，并編寫了相應(yīng)的通用驅(qū)動(dòng)函數(shù)，采用封裝和調(diào)用等手段簡(jiǎn)化了測(cè)量?jī)x器驅(qū)動(dòng)的配置過(guò)程，大大減少了實(shí)際工作量。同時(shí)，介紹了真空熱試驗(yàn)測(cè)控儀器驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用現(xiàn)狀。實(shí)踐證明，對(duì)測(cè)控儀器驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)可以有效緩解熱試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也能進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)，提高真空熱試驗(yàn)的質(zhì)量。

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