郝　松　李　諾　金月紅　秦　同

(遼寧省計(jì)量科學(xué)研究院，沈陽(yáng) 110004)

0　引言

通用計(jì)數(shù)器是頻率測(cè)量和時(shí)間間隔測(cè)量的常用設(shè)備，其內(nèi)部石英晶體振蕩器的技術(shù)指標(biāo)，直接影響通用計(jì)數(shù)器的計(jì)量性能[1-4]。JJG 180—2002《電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)石英晶體振蕩器》檢定規(guī)程要求，日頻率波動(dòng)需要對(duì)通用計(jì)數(shù)器內(nèi)石英晶體振蕩器連續(xù)測(cè)量24小時(shí)，若人工測(cè)量，可操作性較差。

本文研制了多通道射頻開(kāi)關(guān)，結(jié)合圖像采集技術(shù)，依據(jù)JJG 180—2002《電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)石英晶體振蕩器》檢定規(guī)程，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)通用計(jì)數(shù)器內(nèi)石英晶體振蕩器的自動(dòng)檢測(cè)。

1　系統(tǒng)組成及控制過(guò)程

JJG 180—2002《電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)石英晶體振蕩器》檢定規(guī)程中，被測(cè)對(duì)象分為有晶振頻率輸出的電子測(cè)量?jī)x器和無(wú)晶振頻率輸出的電子測(cè)量?jī)x器兩種。本文針對(duì)這兩種情況，設(shè)計(jì)了含有三個(gè)模塊的通用計(jì)數(shù)器內(nèi)石英晶體振蕩器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要包括：頻率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、射頻開(kāi)關(guān)、頻分放大器、視頻監(jiān)視器和計(jì)算機(jī)。三個(gè)模塊示意圖如圖1、圖2和圖3所示。

圖1　有晶振頻率輸出檢測(cè)模塊示意圖

圖2　無(wú)晶振頻率輸出(有標(biāo)準(zhǔn)程控接口)檢測(cè)模塊示意圖

圖3　無(wú)晶振頻率輸出(無(wú)標(biāo)準(zhǔn)程控接口)檢測(cè)模塊示意圖

本文實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：對(duì)于被測(cè)通用計(jì)數(shù)器含有晶振頻率輸出的測(cè)量，由計(jì)算機(jī)控制頻率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和射頻開(kāi)關(guān)，按照J(rèn)JG 180—2002《電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)石英晶體振蕩器》檢定規(guī)程中的要求，使頻率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)每隔一小時(shí)對(duì)被測(cè)通用計(jì)數(shù)器的參考頻率輸出的標(biāo)稱頻率進(jìn)行一次輪詢測(cè)量，在每次測(cè)量時(shí)控制射頻開(kāi)關(guān)進(jìn)行通道選擇和切換，進(jìn)而自動(dòng)完成多個(gè)石英晶體振蕩器的標(biāo)稱頻率的測(cè)量，由計(jì)算機(jī)對(duì)24小時(shí)測(cè)得的頻率實(shí)際值按照J(rèn)JG 180—2002《電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)石英晶體振蕩器》檢定規(guī)程的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可自動(dòng)完成開(kāi)機(jī)特性、日頻率波動(dòng)、日老化率、1s頻率穩(wěn)定度及頻率準(zhǔn)確度的測(cè)量。對(duì)于被測(cè)通用計(jì)數(shù)器無(wú)晶振頻率輸出但有標(biāo)準(zhǔn)程控接口的測(cè)量，由頻率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)射頻程控開(kāi)關(guān)連接到各被測(cè)通用計(jì)數(shù)器，由計(jì)算機(jī)通過(guò)協(xié)議每隔一小時(shí)讀取各通用計(jì)數(shù)器測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)頻率值來(lái)完成多個(gè)石英晶體振蕩器上述指標(biāo)的測(cè)量。對(duì)于被測(cè)通用計(jì)數(shù)器無(wú)晶振頻率輸出且無(wú)標(biāo)準(zhǔn)程控接口的測(cè)量，由計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB協(xié)議控制頻率標(biāo)準(zhǔn)和視頻監(jiān)控器，使視頻監(jiān)控器每隔一小時(shí)對(duì)被測(cè)通用計(jì)數(shù)器的示值進(jìn)行拍照存儲(chǔ)，測(cè)量完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得出上述指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2　射頻程控開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)研制的射頻程控開(kāi)關(guān)為十路輸入和一路輸出的開(kāi)關(guān)，其具體的硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　射頻程控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該程控開(kāi)關(guān)主要由液晶顯示模塊、主控模塊、通訊模塊、鍵盤模塊、總線驅(qū)動(dòng)模塊、開(kāi)關(guān)通道驅(qū)動(dòng)模塊及輸入、輸出通道組成，主要完成按照程控指令選通指定通道的信號(hào)，將其傳輸至頻率計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。其中，主控模塊根據(jù)通訊接口傳輸過(guò)來(lái)的指令，通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)模塊控制相應(yīng)的開(kāi)關(guān)通道驅(qū)動(dòng)模塊工作，以使相應(yīng)的通道與輸出通道連通。液晶顯示模塊主要用于指示當(dāng)前導(dǎo)通的通道。主控主要采用ARM7的芯片，其主頻可以高達(dá)72MHz，完全滿足設(shè)計(jì)的需求。開(kāi)關(guān)通道驅(qū)動(dòng)模塊以MC1413等達(dá)林頓管芯片，具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。鍵盤模塊主要采用BC7281等專用鍵盤芯片，最多支持64個(gè)按鍵。射頻程控開(kāi)關(guān)的軟件流程圖如圖5所示。

圖5　射頻程控開(kāi)關(guān)軟件流程圖

3　視頻捕捉的實(shí)現(xiàn)

為了解決無(wú)程控接口的通用計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)問(wèn)題，本系統(tǒng)引入了視頻處理技術(shù)?？梢愿鶕?jù)需要使用USB攝像頭對(duì)被校準(zhǔn)的通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行視頻捕捉(視頻捕捉是將一個(gè)視頻流和音頻流數(shù)字化，然后存儲(chǔ)在硬盤或其他存儲(chǔ)介質(zhì)上的過(guò)程)。本系統(tǒng)使用了羅技公司生產(chǎn)一款720p高清攝像頭進(jìn)行視頻捕捉，其具備自動(dòng)對(duì)焦和快速抓拍等功能。

本文采用VFW(VideoForWindows)實(shí)現(xiàn)視頻捕獲。VFW是專門用于實(shí)時(shí)視頻捕獲的工具包，它能使應(yīng)用程序數(shù)字化并播放從傳統(tǒng)模擬視頻源得到的視頻剪輯，其關(guān)鍵是播放時(shí)不需要專用硬件。VFW提供的接口可以被大多數(shù)的視頻采集卡支持，并有多種視頻壓縮驅(qū)動(dòng)供選擇。在本系統(tǒng)的上位機(jī)程序中，使用VC直接對(duì)VFW進(jìn)行操作，在進(jìn)行了相應(yīng)的分辨率、捕獲速度等基本參數(shù)的設(shè)置后，就可以控制USB攝像頭進(jìn)行圖像捕獲。由于本系統(tǒng)利用VC調(diào)用了AVICap窗口類，該類描述了聲頻與視頻流的細(xì)節(jié),所以使得本系統(tǒng)的上位機(jī)程序從繁復(fù)的AVI文件格式、聲頻視頻緩沖管理以及底層聲頻視頻驅(qū)動(dòng)訪問(wèn)等等解脫出來(lái)。

最終，本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件控制USB攝像頭每隔1小時(shí)對(duì)被測(cè)通用計(jì)數(shù)器進(jìn)行拍照，并將捕獲的圖片按照時(shí)間順序進(jìn)行存儲(chǔ)，以便校準(zhǔn)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

4　系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

本文硬件系統(tǒng)包括頻率測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、射頻開(kāi)關(guān)、頻分放大器、視頻監(jiān)視器和計(jì)算機(jī)，應(yīng)用VC++，結(jié)合VB實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的控制。該系統(tǒng)對(duì)于有晶振頻率輸出的通用計(jì)數(shù)器內(nèi)部晶振和無(wú)晶振頻率輸出但有標(biāo)準(zhǔn)程控接口的通用計(jì)數(shù)器內(nèi)部晶振可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)于無(wú)晶振頻率輸出且無(wú)標(biāo)準(zhǔn)程控接口的通用計(jì)數(shù)器內(nèi)部晶振可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)檢測(cè)。系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

圖6　系統(tǒng)軟件流程圖

5　小結(jié)

本文依據(jù)JJG 180—2002《電子測(cè)量?jī)x器內(nèi)石英晶體振蕩器》檢定規(guī)程實(shí)現(xiàn)了通用計(jì)數(shù)器內(nèi)石英晶體振蕩器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于具有晶振頻率輸出或無(wú)晶振頻率輸出但有標(biāo)準(zhǔn)程控接口的計(jì)數(shù)器，本系統(tǒng)可以自動(dòng)出具Word格式的檢測(cè)記錄；對(duì)于沒(méi)有晶振頻率輸出且沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)程控接口的計(jì)數(shù)器，本系統(tǒng)可以自動(dòng)拍攝當(dāng)時(shí)的采集結(jié)果，并在檢測(cè)結(jié)束后進(jìn)行人工錄入。通過(guò)射頻程控開(kāi)關(guān)和視頻監(jiān)視器，可以同時(shí)對(duì)多達(dá)10臺(tái)待測(cè)設(shè)備自動(dòng)計(jì)量，極大的提高了工作效率。

[1]宋靜怡.石英晶體振蕩器在無(wú)線通信領(lǐng)域中的應(yīng)用.新西部(學(xué)術(shù)版)，2006(12)

[2]胡誕康.石英晶體振蕩器在通信產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用.無(wú)線電工程，2001，31(12)

[3]聶瑞霞，宋春.品體振蕩器固有頻率對(duì)穩(wěn)頻時(shí)間的影響分析.電子質(zhì)量，2010(6)

[4]熊民宣.晶體震蕩器在計(jì)量檢定中應(yīng)注意的因素探討.現(xiàn)代電子技術(shù)，2003(1)

[5]馬連峰，湯賽楠.基于VFIN的視頻捕獲方法的研究與應(yīng)用.電腦知識(shí)與技術(shù)，2009，5(31)