真空热试验测控仪器驱动器的设计与应用

郎建国

【摘 要】在航天器研制过程中，真空热试验是不可或缺的试验项目，而在航天器真空热试验中，需要使用到各种型号的测控仪器。由于这些仪器的驱动方式大不一样，在开发测控系统应用软件的时候就会遇到很多问题。因此，为了实现仪器的快速驱动，需要对测控仪器驱动器进行通用化设计，以此来解决测控应用软件通用性差、版本复杂和继承性较差的问题。本文阐述了真空热试验测控仪器驱动器的设计及应用现状，以供参考。

【关键词】真空热试验；测控系统；通用化设计；应用现状

真空热试验是一种耗资大、状态复杂和耗时长的试验项目，在航天器的研制过程中发挥着重要作用，通过对航天器在轨运行时所处的环境进行模拟，来验证其各项设计是否满足具体的需要。因此，真空热试验是一种提高航天器在轨运行可靠性的有效手段。在真空热试验中，外热流模拟与温度控制是两项十分关键的技术，而这两项技术的实现需要用到各种不同型号的测控仪器，这些仪器以数字采集仪器和程控电源为主。由于测控仪器的型号不同，其总线方式和通讯接口也不一样，因而它们具有不一样的驱动方式，使得程序的执行效率较低，无法满足实际需要。本文试图通过对真空热试验测控仪器驱动器进行通用化设计，以简化各种仪器的驱动方式，解决测控应用软件面临的诸多问题。

1.用于真空热试验的测控仪器

在真空热试验中，试验测控系统是测控系统的重要组成部分，而试验测控系统使用的仪器主要分为型号各异的数字万用表和程控电源两类。数字万用表主要用来测量热流和温度等参数，目前主要包括Mobrey公司的3595EA和3595EH、吉时利公司的K2750以及惠普公司的E1411B等几种型号；程控电源主要用来进行外热流模拟和温度控制，主要包括Sorensen公司的DLM150-4、安捷伦公司的N5750以及惠普公司的6655A等型号。在这些测控仪器中，除了Mobrey公司的两种数字万用表在连接控制计算机的时候需要专门的接口卡并通过S-NET网络进行数据交换之外，其他仪器可经过网关或直接与控制计算机进行连接，数据交换时可通过以太网进行。要实现统一驱动测控仪器的目的，首先要建立通用的仪器模型，下面进行具体的介绍。

2.通用模型

试验测控系统中虽然使用的是来自于不同厂家的仪器，并且它们在通讯方式和功能上存在着较大的差异，但是它们均支持SCPI命令规范和基于VISA的仪器驱动标准。基于以上两种标准，在描述不同的测控仪器时就可以采用统一的方式，而与这些仪器的面板控制和硬件组成无关。在通用仪器模型中，测控仪器可以当做是一个能用SCPI指令进行控制并用VISA地址进行直接访问的执行器。而要控制该执行器，就需要对驱动器进行通用化设计，以下达指令到测控仪器中。

3.驱动器的通用化设计

各种测控仪器要实现通用化驱动，就需要建立统一的驱动函数库。按驱动函数的实现功能与应用范围来划分可将其分为特定功能和通用功能函数。一般来说，特定功能函数包括与测量类和功能类有关的功能函数，用来实现仪器的特有功能；而通用功能函数，顾名思义就是适用于全部仪器，主要用于实现驱动程序与仪器设备的状态配置、测量仪器的通信联系以及信息查询等功能。

3.1测量仪器驱动函数

编写相关的驱动函数可以对测控仪器实行程序控制，通过进行控制可以建立仪器与控制计算机之间的连接，同时还可以完成两者之间的读写操作，这就是仪器驱动函数所要完成的功能。

3.2驱动函数的封装

为了共享可执行代码，Windows操作系统提供了一种基本手段—动态链接库（DLL），这是一种过程库，很多程序都可以共享调用，避免了对系统资源的过多占用。使用Visual Basic可以将之前编写的两种功能函数封装生成一个动态链接库文件，这样用户要想对测控仪器实现程序控制，只需要载入函数库并声明函数即可。此外，这个函数库是开放的，为了满足需要可以加入新的函数。

3.3驱动函数的调用

建立函数库后，需要对其是否可以实现对各类测控仪器的驱动进行验证。可引用动态链接库中的有关函数来实现数字万用表和程控电源测量电阻的功能。通过调用结果可知，只要设置好测量仪器的VISA地址，就可以通过调用数据库的函数对其实现驱动，而与仪器的厂家、种类和型号无关。同时，通过对特定功能函数的编写，用户可以随意调用，为测控软件的二次开发提供了便利。

4.应用现状

从上个世纪九十年代以来，随着计算机技术、试验设备技术、通信技术和网络技术水平的提高和不断增加的试验需求，世界各国的宇航机构对其测控系统和试验设备进行了升级改造。国外主要以热沉调温技术和太阳模拟器进行真空热试验，国内则使用红外加热笼、红外灯阵、薄膜加热器来进行温度控制和吸收热流模拟，使用的管理运行模式、控温模式与算法、设备也各不相同。

目前，国内水平较高的真空热试验来自北京卫星环境工程研究所，该所具有较大规模的航天器真空热试验测控系统，拥有比较先进的不同型号的程控电源和数据采集仪表，组建了各种试验测控局域网，并针对程控电源、数据采集器开发出了相应的温度控温软件、热流模拟软件、通用的实验数据监视分析软件以及数据采集软件。通过配置相应的运行参数，测量软件能够满足不同的测量需求，控温软件也能满足各种不同模式的控温需求。

5.总结

综上所述，本文对真空热试验测控仪器进行了介绍，建立了通用的仪器模型，并编写了相应的通用驱动函数，采用封装和调用等手段简化了测量仪器驱动的配置过程，大大减少了实际工作量。同时，介绍了真空热试验测控仪器驱动器的应用现状。实践证明，对测控仪器驱动器进行设计可以有效缓解热试验人员的劳动强度，也能进一步降低风险，提高真空热试验的质量。

【参考文献】

[1]孙兴华，裴一飞.真空热试验测控仪器驱动器通用化设计[J].航天器环境工程，2010（4）.

[2]张景川，谢吉慧，王奕荣，裴一飞.航天器真空热试验测控系统应用现状及发展趋势[J].航天器环境工程，2012（3）.

[3]刘畅，王奕荣.真空热试验测控软件系统架构设计[J].航天器环境工程，2010（3）.