專利名稱：一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于進行電磁兼容測試的自適應掃描裝置，尤其涉及一種用于近 場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，該裝置可對芯片、印刷電路板(PCB)、線纜、機箱等電子 器件及設備進行電磁掃描，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)輸出測試結果，而且可以用彩色的空間分布圖 直觀地顯示電磁輻射圖，從而實現(xiàn)電磁輻射的"可視化"，有利于技術人員找出輻射位置進 行故障診斷。本發(fā)明屬于電磁兼容近場測試領域。
(二)
背景技術：
所謂電磁兼容(Electromagnetic Compatibility,縮寫EMC)是指"設備、系統(tǒng) 在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。包括以下兩個方面設備、系統(tǒng)在 預定的電磁環(huán)境中運行時，可按規(guī)定的安全裕度實現(xiàn)設計的工作性能、且不因電磁干擾而 受損或產(chǎn)生不可接受的降級；設備、系統(tǒng)在預定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會給環(huán)境 (或其它設備)帶來不可接受的電磁干擾。"EMC的中心課題就是研究控制和消除電磁干擾 (Electromagnetic Compatibility縮寫EMI)，包括電磁兼容測試技術、電磁兼容仿真技術 和電磁兼容設計。目前，EMI測量已成為產(chǎn)品合格與否的一項重要指標，國家指定專門的機 構對該指標進行測量，不同種類的產(chǎn)品有不同的指標要求和技術標準。電磁兼容測試包括 遠場測試和近場測試遠場測試為EMC標準認證測試，給出頻率信息但無法獲取位置信息； 而近場測試可以定位干擾源，從源頭上來采取相應措施來減少電磁干擾，它有助于診斷識 別潛在的干擾問題及干擾量范圍，有助于采取各種有效的電磁加固措施。PCB是干擾源的產(chǎn) 生地，在EMC設計中占據(jù)最主要的地位。在電子產(chǎn)品設計中，隨著主頻的提高，布線密度的 增加，多電平方案和地平面/電源平面分割技術的使用，PCB中信號間存在著大量的輻射干 擾，造成設備功能故障或者工作不穩(wěn)定。同時，所有信號對外形成很大的電磁輻射，使得產(chǎn) 品通過EMC測試成為上市的一個障礙。如果在產(chǎn)品的設計初期就進行恰當?shù)腅MC設計是比 較理想的，而且事半功倍，但限于EMC設計者的水平和許多實際難以準確預料的情況，產(chǎn)品 可能存在或多或少的問題。因此，借助于一定的電子產(chǎn)品故障診斷技術，如近場掃描，迅速 查找PCB電磁干擾源就顯得非常重要。近場掃描測量所依據(jù)的原理是，電磁輻射是被測設 備(DUT)上的高頻電流形成的。 在用于進行故障診斷的近場測試系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的方法是手持探頭式近場測試系統(tǒng) 來確定干擾源。這種系統(tǒng)由于采用手持近場探頭，人為造成誤差不可避免，并且存在較大的 時間成本和人力成本，因此效率和準確性都不高。 近幾年，市場上出現(xiàn)了電磁兼容掃描系統(tǒng)，有效地改進了傳統(tǒng)的人工手持帶來的 影響，并且在一定程序上提高了效率和準確性。該系統(tǒng)大致可分為兩種類型一種是基于天 線陣列的電磁干擾掃描系統(tǒng)，另一種是機械式電磁兼容掃描系統(tǒng)。目前，瑞典、加拿大等國 研制出的這種電磁兼容掃描系統(tǒng)產(chǎn)品，受到了廣泛的歡迎。 基于天線陣列的電磁干擾掃描系統(tǒng)(EMSCAN)，如加拿大容向系統(tǒng)科技有限公司推 出的EMSCAN，它采用天線陣列組成的掃描平板(掃描器)，再配上頻譜儀、計算機、工控機以
5及相應的軟件構成掃描系統(tǒng)。這種掃描系統(tǒng)的優(yōu)點是能一次測量獲取被測物完整的電磁場 信息，能迅速準確定位電磁干擾源；缺點是一方面對于非規(guī)則外輪廓產(chǎn)品或結構比較復雜 的產(chǎn)品的測試精度和準確度會大大降低，另一方面平板掃描器由于采用陣列探頭有的高達 1280個，所以它的成本很高。 機械式電磁兼容掃描系統(tǒng)(EMC Scanner)，如瑞典Detectus公司推出的 EMCSca皿er，它采用單探頭移動掃描的方式來采集電磁場值信息，并配置帶動探頭移動的 支架、三維機械掃描平臺，支持掃描的動力控制系統(tǒng)，頻譜儀、計算機以及相應的配套軟件。 由于它能夠與被測物外輪廓保持相對距離不變，所以對于非規(guī)則外輪廓產(chǎn)品及結構較復雜 產(chǎn)品的測量會相對比較精確，而由于探頭使用較少，成本相對于陣列天線掃描儀較低。但 是，市面上存在的機械式掃描儀在運行過程中探頭都是以固定的步進長度行徑，并且在運 行過程中不能更改。這樣，當最初的步進長度設置得比較小時，而在掃描過程中如果某一區(qū) 域電磁輻射值變化不大時，會造成不必要的掃描，導致時間上的浪費。另外，自適應的行進 步長有助于快速地定位在設計者關心的區(qū)域上，本發(fā)明設計的自適應掃描裝置有效地解決 了這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的在于提供一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置， 它能快速并有效地查找排除定位PCB等被測物上電磁干擾源，以便技術人員采取措施確保 電子產(chǎn)品設計的正確性和可靠性。 本發(fā)明設計的原理是利用一個在三維系統(tǒng)中精確運動的近場探頭(包括電場探 頭和磁場探頭)，感應PCB等被測物上的電磁場分布，通過頻譜分析儀獲取該電磁場信息并 傳送給計算機，繪成電磁場的空間分布圖，然后映射到PCB上的具體位置的電路模塊上，以 尋找EMI源。 2、技術方案本發(fā)明一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，該裝置由硬 件系統(tǒng)和掃描控制軟件系統(tǒng)兩部分構成。
見圖1，硬件系統(tǒng)包括計算機、頻譜分析儀、計算機與頻譜分析儀通信的
GPIB(General Purpose for Interface Bus)卡(以下簡稱GPIB卡)、近場探頭和前置放大
器、以單片機為核心的控制電路、連接計算機與控制電路的USB-串口線(以下簡稱USB-串
口線)、步進電機及配套的傳動裝置和三維機械掃描平臺。它們之間的位置和連接關系
是該計算機通過GPIB卡連接到頻譜分析儀上，該頻譜分析儀的輸入端通過前置放大器連
接到近場探頭上，該近場探頭固定在三維機械掃描平臺的三維移動支架上；該計算機通過
USB-串口線連接到以單片機為核心的控制電路，該以單片機為核心的控制電路連接步進電
機及配套的傳動裝置，該步進電機及配套的傳動裝置連接并控制三維機械掃描平臺的三維
移動支架進行移動。該以單片機為核心的控制電路內(nèi)置在三維機械掃描平臺內(nèi)，一套步進
電機及配套的傳動裝置內(nèi)置在三維機械掃描平臺內(nèi)，另一套步進電機及配套的傳動裝置，
其傳動裝置內(nèi)置在三維機械掃描平臺內(nèi)，而步進電機外露。 其中，該計算機數(shù)量為1臺； 其中，該頻譜分析儀數(shù)量為1臺； 其中，該計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡為1個；
其中，該近場探頭和前置放大器數(shù)量為一套； 其中，該以單片機為核心的控制電路數(shù)量為一個； 其中，該連接計算機與控制電路的USB-串口線數(shù)量為一個； 其中，該步進電機及配套的傳動裝置數(shù)量為兩套； 其中，該三維機械掃描平臺數(shù)量為一臺。 所述計算機是Dell的家庭臺式機，采用Windows XP系統(tǒng)。該計算機一方面通過 GPIB卡連接到頻譜分析儀上，另一方面通過USB-串口線連接到以單片機為核心的控制電 路。該計算機是系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)處理和顯示的中樞。 一方面通過GPIB卡與頻譜儀通信，包 括發(fā)送指令、獲取數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行處理和顯示；另一方面通過RS232串口與以單片 機為核心的控制電路板進行通信，包括發(fā)送控制指令及接收單片機的返回信號。
所述頻譜儀是中國電子科技集團公司第四十一研究所生產(chǎn)的AV4062型頻譜分 析儀。AV4062型頻譜分析儀采用了多種最新的設計技術，是一款具有高性價比的射頻頻譜 儀，掃描的頻譜范圍為9KHz 2.9GHz。該頻譜儀一方面通過GPIB卡與計算機相連接，另 一方面頻譜儀的輸入端通過前置放大器連接到一個近場探頭上。該頻譜儀一方面用于接收 近場探頭測得的電磁場信號，另一方面將接收到的信號進行適當?shù)奶幚砗笸ㄟ^GPIB卡傳
送給計算機。因此，頻譜儀是硬件系統(tǒng)的一個信號采集處理站。 所述計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡是由美國國家儀器 (NATIONALINSTRUMENTS，縮寫NI)公司生產(chǎn)，型號為GPIB-USB-HS。該GPIB卡一端連接計算 機一端連接頻譜儀，是用于連接計算機和頻譜儀的總線接口，實現(xiàn)了頻譜儀與計算機之間 的信息交互。 所述近場探頭和前置放大器是該近場探頭是德國LANGER EMV-Technik公司生 產(chǎn)的，共有兩組七個，包括于PCB內(nèi)部干擾源定位的射頻近場探頭組(RF1)和低頻通用的低 頻(LF)選件組。在本發(fā)明中，只使用其中近場探頭組中的一個，該近場探頭固定在三維機 械掃描平臺的可移動支架上，輸出線纜連接到前置放大器上，它是用于逐點采集PCB等被 測件的電磁輻射數(shù)據(jù)的工具；該前置放大器是德國LANGER EMV-Technik公司生產(chǎn)的PA系 列中的PA303，其額定增益為30dB，頻率范圍為100KHz 3GHz ;該前置放大器一端連接一 近場探頭，另一端連接到所述頻譜儀的輸入端；它可以將近場探頭測得的信號進行預處理 并放大，使頻譜儀能夠采集到該微弱的電磁場信號。 所述以單片機為核心的控制電路是以單片機為核心，其外圍電路主要包括電源 電路、復位電路、晶振電路、ISP下載接口設計電路、JTAG仿真接口電路、電平轉換電路、電 機控制電路和光電開關外圍電路等八個模塊。見圖2，其中，電源電路、復位電路、晶振電 路與單片機相連接構成單片機的最小系統(tǒng)，也就是在這種情況下單片機可以正常運行；ISP 下載接口設計電路、JTAG仿真接口電路與單片機相連接用于下載和調試程序時使用；電平 轉換電路實現(xiàn)電平轉換從而用于串行通信；電機控制電路(兩個)與計算機IO 口相連接分 別用于控制兩個步進電機；而光電開關外圍電路(兩個)與單片機中斷輸入端口相連接， 為單片機提供中斷信號從而產(chǎn)生外部中斷。該以單片機為核心的控制電路從計算機串口接 收控制指令并解析，從而驅動步進電機實現(xiàn)了對掃描方式的控制。該電平轉換電路由電平 轉換芯片MAX232及芯片標識的電阻、電容構成；該電機控制電路由電機驅動芯片THB6128 及芯片標識的電阻、電容構成；該光電開關外圍電路由光電開關及芯片標識的電阻、電容構成；該復位電路由開關、二極管、電阻和電容構成；該ISP下載接口設計電路不需要任何外 圍零件，只需要2 * 5插座直接與單片機相連接；該JTAG仿真接口電路由四只10電阻和 2 * 5插座構成，并與單片機相連接；該電源電路采用LM2576芯片；該晶振電路中晶振為 8MHz ;該單片機型號為AVR ATmega32。 所述連接計算機與控制電路的USB-串口線是USB轉串口的線纜，一端為U S B接 口，另一端為九針串口接口。 所述步進電機及配套的傳動裝置是該步進電機為通用的兩相混合式步進電機共 配置兩個分別是42型(42BYG250BII)和57型(57BYG250AII)步進電機。步進電機內(nèi)置在 掃描平臺內(nèi)靠近其一短邊那一側，并固定在掃描平臺的底板上，其軸與其配套的傳動裝置 相連接。步進電機將電脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角 度，并且步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。步進電機是帶動近場探頭行進的原 動力。該傳動裝置為滾珠絲桿，一端連接到步進電機的軸上，另一端固定在與該掃描平臺其 一短邊那一側相對的另一短邊那一側。該滾珠絲杠將電機的旋轉運動轉換為直線運動，從 而帶動三維移動支架及固定其上的近場探頭實現(xiàn)直線移動。該三維機械掃描平臺用于放置 如PCB板等被測物，并通過三維移動支架帶動近場探頭進行三維移動，使近場探頭在一個 有限區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)對PCB板被測件的自動掃描。 所述三維機械掃描平臺是由掃描測試平臺、三維移動支架、探頭夾、步進電機及 配套的傳動裝置等部件構成。見圖3，其中，該掃描測試平臺是金屬板材，用來放置電磁兼容 掃描系統(tǒng)待掃描測試的被測件，如芯片、電路板、機箱、電纜等，是裝置對被測件進行自動掃 描的硬件基礎。掃描測試平臺表面分為有效掃描區(qū)域和空白區(qū)域，該有效掃描區(qū)域即圖3 中所示方格區(qū)域，是指近場探頭三維移動所能到達的區(qū)域，標明了原點位置、X軸刻度、Y軸 刻度以及以lcm為邊長的刻度方格。該三維移動支架見圖3，它包括豎直支架、支臂和倒U 形支架三部分該豎直支架安裝在倒U形支架上，可與倒U形支架相對移動；該支臂安裝在 豎直支架的前表面，可與豎直支架相對移動；該倒U形支架可相對掃描測試平臺相對移動。 該三維移動支架是用于帶動近場探頭進行三維移動的裝置。該探頭夾見圖4，安裝在三維移 動支架的支臂上，用來固定近場探頭，并隨著支架的移動帶動近場探頭在有效掃描區(qū)域內(nèi) 進行三維移動，進而實現(xiàn)了近場探頭對被測件的掃描功能。在圖5中，陰影部分即G區(qū)域是 探頭夾要夾持的位置。由于F區(qū)域比E區(qū)域略粗，使得探頭的每一次夾持位置都固定不變， 探頭很容易被固定，并且用戶不需要費時間去選擇夾持位置。近場探頭為六棱柱形，根據(jù)這 一特點設計出符合此形狀的探頭夾，它不僅實現(xiàn)了固定探頭的基本功能，并且不會對探頭 產(chǎn)生任何損害。 掃描控制軟件系統(tǒng)包括計算機與頻譜儀之間的通信程序；計算機與單片機之間 的串行通信程序；單片機控制步進電機的驅動程序；數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序；面向用 戶的人機交互界面程序。 它們之間的連接關系如圖6所示用戶通過該面向用戶的人機交互界面程序輸入 頻譜儀的相關參數(shù)、控制指令等和對單片機的控制指令、掃描參數(shù)等；該計算機與頻譜儀之 間的通信程序把用戶輸入頻譜儀的相關參數(shù)、控制指令等信息傳送給頻譜儀實現(xiàn)對頻譜儀 的控制并接收頻譜儀的數(shù)據(jù)；該計算機與單片機之間的串行通信程序把對單片機的控制 指令、掃描參數(shù)等信息傳送給單片機實現(xiàn)對單片機的初始化和控制并接收單片機的相關信
8息；該單片機根據(jù)接收的計算機的控制指令通過所述單片機控制步進電機的驅動程序實現(xiàn) 對步進電機的控制和驅動；該計算機把從頻譜儀接收的數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)處理分析并顯示 的程序進行處理和顯示。 所述計算機與頻譜儀之間的通信程序是這個通信過程的程序設計流程圖如圖7 所示；它包括計算機向頻譜儀發(fā)送指令和計算機讀取頻譜儀的相關數(shù)據(jù)。
所述計算機與單片機之間的串行通信程序是計算機與單片機之間的通信流程圖 如圖8所示，它包括計算機(即上位機)方面的串行通信程序設計和單片機(即下位機) 方面的程序設計。計算機作為上位機，人可以直接通過上位機發(fā)出操控命令給下位機，且計 算機屏幕上顯示各種信號的變化；而單片機作為下位機，直接控制設備(步進電機)和獲取 設備(步進電機)狀況送給上位機。這一過程為計算機發(fā)出的命令首先給單片機，單片機 再根據(jù)此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備即步進電機；單片機不時將設備即步 進電機狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給計算機。單片機的程序包括主程序、串行中斷服務程序和外部中斷 程序。其中，主程序是對必要的端口、專用寄存器等進行初始化，并等待串行中斷的到來，其 流程圖如圖9所示；而串行中斷服務程序具體完成對不同的通信指令進行相應的響應并對 步進電機進行相應地控制，即指令處理子程序，其流程圖如圖10所示；外部中斷程序用來 響應光電開關斷"開"這一機械動作，其流程圖如圖11所示。 所述單片機控制步進電機的驅動程序是主要脈沖輸入信號以驅動步進電機旋轉 和步進電機方向控制信號以控制電機正反轉。該脈沖輸入信號，主要是通過循環(huán)語句來實 現(xiàn)；該步進電機方向控制信號通過假設語句來實現(xiàn)。 所述數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序是由于從頻譜儀提取的數(shù)據(jù)并不是直接可用 的，我們需要對該數(shù)據(jù)進行處理，并對電磁輻射的顯示進行設計；其數(shù)據(jù)處理包括提取數(shù) 據(jù)、將數(shù)據(jù)分類存儲、數(shù)據(jù)插值平滑以及顯示等部分。 所述面向用戶的人機交互界面程序是包括輻射情況卡、參數(shù)設置卡、幅度數(shù)據(jù) 卡、頻率數(shù)據(jù)卡、串口信息卡五個部分。 該輻射情況卡是主界面的第一面板，其包括開關按鈕、實時數(shù)據(jù)顯示窗口和輻射
圖顯示區(qū)域。該實時數(shù)據(jù)顯示窗口由于在掃描過程中實時的現(xiàn)實每一個位置點的頻率和幅
度信息；該輻射圖顯示區(qū)域用來顯示掃描結束后形成的整體的電磁輻射圖。
該參數(shù)設置卡是包括頻譜儀參數(shù)設置和掃描參數(shù)設置。該頻譜儀參數(shù)設置窗口
包括命令輸入窗口 、設置掃寬、設置中心頻率等；該掃描參數(shù)設置包括分為整體掃描參數(shù)設
置、局部掃描參數(shù)設置、步長設置等。 該幅度數(shù)據(jù)卡是存儲并顯示各個位置點的幅度數(shù)據(jù)。
該頻率數(shù)據(jù)卡是存儲并顯示各個位置點的頻率數(shù)據(jù)。 該串口信息卡是包括指定的串口、波特率、輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)、流控制設置等參數(shù)。
本發(fā)明的工作程序如下 測量前應先連接好各個硬件，見圖1。被測產(chǎn)品(PCB)放置于掃描儀平臺上，頻譜 儀通過GPIB卡連接到計算機，高靈敏度近場探頭裝置在高精度的機械裝置上，經(jīng)放大器連 接至頻譜分析儀輸入端；接著在電腦軟件中輸入校準因子、掃描帶寬等數(shù)據(jù)；然后計算機 通過串口發(fā)送指令控制步進電機驅動器，驅動器驅動步進電機牽引電場或磁場探頭按預設 方式掃描被測產(chǎn)品的表面，一旦到達三個方向坐標軸的極限位置，限位信號即使反饋到計算機并做出相應處理。在一定的掃描頻率下的場強能夠用有色圖譜形象地表示出來，可在 計算機屏幕上直觀地觀測到產(chǎn)品的電磁輻射三維圖形及頻譜變化，所有的測試數(shù)據(jù)都可存 儲在計算機中并可打印出來。另外，還可采用人工操作掃描在電磁場探頭前接入放大器再 連至頻譜儀，手動移動探頭，這樣更方便靈活，更容易查找泄漏位置。 本發(fā)明所述的自適應掃描裝置程序是結合計算機與頻譜儀之間的通信程序、計算 機與單片機之間的串行通信程序、單片機控制步進電機的驅動程序和數(shù)據(jù)處理分析并顯示 的程序協(xié)調實現(xiàn)的。所述自適應掃描裝置程序實現(xiàn)流程圖如圖12所示。在所述自適應掃 描過程中，探頭行進步長是"自適應"的，它根據(jù)上兩次數(shù)據(jù)結果的比較而對本次的步進長 度進行相應的調整(變大、變小或者不變)。探頭的行進路徑仍然為蛇形路徑，見圖13中 D。所述自適應掃描過程中探頭的行進示意圖，如圖13所示其中，方格區(qū)域A表示電磁兼 容掃描系統(tǒng)的有效掃描區(qū)域，白色區(qū)域B表示放置在有效掃描區(qū)域的如PCB板等被測件，黑 點C表示探頭欲停留位置。 3、優(yōu)點及功效本發(fā)明一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其優(yōu)點在 于設計了一種自適應的掃描系統(tǒng)當某一區(qū)域近場探頭所接收的電磁輻射值基本相同時， 系統(tǒng)可根據(jù)這種情況調整步進長度使之比初始步進大一些，以減小不必要的掃描步數(shù)從而 減小掃描時間；當某一區(qū)域近場探頭所接收的電磁輻射值差別很大時，可根據(jù)這種情況調 整步進長度使之比初始步進小一些，這樣可以細化電磁輻射值，以精確電磁輻射值的數(shù)據(jù)。 可見，自適應掃描系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，不僅解決了時間浪費這一問題，從而有效地提高了掃 描效率，而且另一方面也提高了掃描數(shù)據(jù)的準確性從而提高了整個系統(tǒng)的精確度。


圖1是本發(fā)明硬件系統(tǒng)框圖。 圖2是以單片機為核心的控制電路框圖。 圖3是三維機械掃描平臺示意圖。(a主視圖；b左視圖；c俯視圖) 圖4是探頭夾截面示意圖。 圖5是近場探頭示意圖。 圖6是各個軟件部分連接關系示意圖。 圖7是計算機與頻譜儀之間通信的程序設計流程圖。 圖8是計算機與單片機之間程序流程圖。 圖9下位機主程序流程圖。 圖10指令處理子程序流程圖。 圖11外部中斷程序流程圖。 圖12自適應掃描系統(tǒng)程序實現(xiàn)流程圖。 圖13自適應掃描系統(tǒng)掃描過程示意圖。 圖14是自適應系統(tǒng)中下位機工作流程圖。 圖15是自適應系統(tǒng)中上位機工作流程圖。 圖中符號說明如下 l計算機；2頻譜分析儀；3GPIB卡；4近場探頭和前置放大器；5以單片機為核心的 控制電路；6連接計算機與控制電路的USB-串口線；7步進電機及配套的傳動裝置；8三維
10機械掃描平臺；9三維移動支架；10探頭夾；11豎直支架；12支臂；13倒U形支架。 A本發(fā)明的有效掃描區(qū)域；B放置在有效掃描區(qū)域的被測件；C探頭欲停留位置；D
探頭行進的蛇形路徑；E探頭尾部；F探頭突出部位；G探頭夾夾持的位置。
具體實施例方式
下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。 見圖l，本發(fā)明一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，由硬件系統(tǒng)和掃描 控制軟件系統(tǒng)兩部分構成。硬件系統(tǒng)包括計算機1 一臺、頻譜分析儀2 —臺、計算機與頻譜 分析儀通信的GPIB卡3 —個、近場探頭和前置放大器4 一套、以單片機為核心的控制電路5 一個、連接計算機與控制電路的USB-串口線6 —個、步進電機及配套的傳動裝置7兩套和 三維機械掃描平臺8—臺。 它們之間的位置和連接關系是該計算機1通過GPIB卡3連接到一臺頻譜分析儀 2上，該頻譜分析儀2的輸入端通過近場探頭和前置放大器4連接到一個近場探頭上，該近 場探頭固定在三維機械掃描平臺8的三維移動支架9上；該計算機1通過連接計算機與控 制電路的USB-串口線6連接到以單片機為核心的控制電路5，該以單片機為核心的控制電 路5連接步進電機及配套的傳動裝置7，該步進電機及配套的傳動裝置7連接并控制三維機 械掃描平臺8的三維移動支架9進行移動。其中，以單片機為核心的電路5內(nèi)置在三維機 械掃描平臺8內(nèi)，一套步進電機及配套的傳動裝置7內(nèi)置在三維機械掃描平臺8內(nèi)，另一套 步進電機及配套的傳動裝置7內(nèi)置在三維機械掃描平臺8內(nèi)，而步進電機外露。
所述計算機1是Dell的家庭臺式機，采用Windows XP系統(tǒng)。該計算機1 一方面 通過GPIB卡3連接到一臺頻譜分析儀2上，另一方面通過連接計算機與控制電路的USB-串 口線6連接到以單片機為核心的控制電路5。該計算機1是系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)處理和顯示的中 樞。 一方面通過GPIB卡3與頻譜儀2通信，包括發(fā)送指令、獲取數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行處 理和顯示；另一方面通過RS232串口與以單片機為核心的控制電路5進行通信，包括發(fā)送控 制指令及接收單片機的返回信號。 所述頻譜儀2是中國電子科技集團公司第四十一研究所生產(chǎn)的AV4062型頻譜分 析儀。AV4062型頻譜分析儀采用了多種最新的設計技術，是一款具有高性價比的射頻頻譜 儀，掃描的頻譜范圍為9KHz 2. 9GHz。該頻譜儀2 —方面通過GPIB卡3與計算機1相連 接，另一方面頻譜儀2的輸入端通過前置放大器連接到一個近場探頭上。該頻譜儀2 —方 面用于接收近場探頭測得的電磁場信號，另一方面將接收到的信號進行適當?shù)奶幚砗笸ㄟ^ GPIB卡3傳送給計算機1。因此，頻譜儀2是硬件系統(tǒng)的一個信號采集處理站。
所述計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡3是由美國國家儀器 (NATIONALINSTRUMENTS，縮寫NI)公司生產(chǎn)，型號為GPIB-USB-HS。該GPIB卡3—端連接計 算機1 一端連接頻譜儀2，是用于連接計算機1和頻譜儀2的總線接口 ，實現(xiàn)了頻譜儀2與 計算機l之間的信息交互。 所述近場探頭和前置放大器4是該近場探頭是德國LANGER EMV-Technik公司生 產(chǎn)的，共有兩組七個，包括于PCB內(nèi)部干擾源定位的射頻近場探頭組(RF1)和低頻通用的低 頻(LF)選件組。在本發(fā)明中，只使用其中所述近場探頭組中的一個，該近場探頭固定在三 維機械掃描平臺8的三維移動支架9上，輸出線纜連接到前置放大器上。它是用于逐點采集PCB等被測件的電磁輻射數(shù)據(jù)的工具。該前置放大器是德國LANGEREMV-Technik公司生產(chǎn)的PA系列中的PA303，其額定增益為30dB，頻率范圍為lOOKHz 3GHz ;該前置放大器一端連接一近場探頭，另一端連接到所述頻譜儀2的輸入端；它可以將近場探頭測得的信號進行預處理并放大，使頻譜儀2能夠采集到該微弱的電磁場信號。 見圖2，所述以單片機為核心的控制電路5是以單片機為核心，其外圍電路主要包括電源電路、復位電路、晶振電路、ISP下載接口設計電路、JTAG仿真接口電路、電平轉換電路、電機控制電路和光電開關外圍電路等八個模塊。其中，該單片機型號為AVRATmega32 ;該電源電路采用LM2576芯片；該復位電路由開關、二極管、電阻和電容構成；該晶振電路中晶振為8MHz ;該電源電路、復位電路、晶振電路與單片機相連接構成單片機的最小系統(tǒng)，也就是在這種情況下單片機可以正常運行；ISP下載接口設計電路、JTAG仿真接口電路與單片機相連接用于下載和調試程序時使用；該ISP下載接口設計電路不需要任何外圍零件，只需要2 * 5插座直接與單片機相連接；該JTAG仿真接口電路由四只10電阻和2 * 5插座構成，并與單片機相連接；電平轉換電路實現(xiàn)電平轉換從而用于串行通信；電機控制電路(兩個)與計算機10 口相連接分別用于控制兩個步進電機及配套的傳動裝置7 ;而光電開關外圍電路(兩個)與單片機中斷輸入端口相連接，為單片機提供中斷信號從而產(chǎn)生外部中斷。該以單片機為核心的控制電路5從計算機1串口接收控制指令并解析，從而驅動步進電機及配套的傳動裝置7，實現(xiàn)了對掃描方式的控制。該電平轉換電路由電平轉換芯片MAX232及芯片標識的電阻、電容元器件構成。該電機控制電路由電機驅動芯片THB6128及芯片標識的電阻、電容元器件構成。該光電開關電路由光電開關及芯片標識的電阻、電容元器件構成。 見圖3，所述三維機械掃描平臺8是由掃描測試平臺、三維移動支架9、探頭夾10、步進電機及配套的傳動裝置7(兩套)等部件構成。其中，該掃描測試平臺是用來放置電磁兼容掃描系統(tǒng)待掃描測試的被測件，如芯片、電路板、機箱、電纜等，是裝置對被測件進行自動掃描的硬件基礎。該掃描測試平臺為尺寸800mmX600mmX 10mm的金屬板，掃描測試平臺表面分為有效掃描區(qū)域和空白區(qū)域，該有效掃描區(qū)域即圖3中所示方格區(qū)域，是指近場探頭三維移動所能到達的區(qū)域，標明了原點位置、X軸刻度、Y軸刻度以及以lcm為邊長的刻度方格，該有效掃描區(qū)域為500mmX400mm。該三維移動支架9 (如圖3所示)，它包括豎直支架11、支臂12和倒U形支架13三部分豎直支架11安裝在倒U形支架13上，可與倒U形支架13相對移動；支臂12安裝在豎直支架11的前表面，可與豎直支架11相對移動；倒U形支架13可相對掃描測試平臺相對移動。該倒U形支架13中橫梁與平臺的距離為300mm，橫梁厚度50mm。近場探頭與掃描測試平臺的動態(tài)距離為0 250mm，所述支臂12的高度為300mm。該三維移動支架9是用于帶動近場探頭進行三維移動的裝置。其中，該探頭夾IO，如圖4所示，安裝在三維移動支架9的支臂12上，用來固定近場探頭如圖5所示，并隨著三維移動支架9的移動帶動近場探頭在有效掃描區(qū)域內(nèi)進行三維移動，進而實現(xiàn)了近場探頭對被測件的掃描功能。在近場探頭示意5中，陰影部分即G區(qū)域是探頭夾10要夾持的位置。由于F區(qū)域比E區(qū)域略粗，使得探頭的每一次夾持位置都固定不變，探頭很容易被固定，并且用戶不需要費時間去選擇夾持位置。近場探頭為六棱柱形，根據(jù)這一特點設計出符合此形狀的探頭夾IO，它不僅實現(xiàn)了固定探頭的基本功能，并且不會對探頭產(chǎn)生任何損害。該步進電機及配套的傳動裝置7是步進電機為通用的兩相混合式步進電機，共配置兩個，分別是42型(42BYG250BII)和57型(57BYG250AII)步進電機。步進電機內(nèi)置在掃描平臺內(nèi)靠近掃描平臺其一短邊那一側，并固定在掃描平臺的底板上，其軸與其傳動裝置相連接。步進電機將電脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，并且步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。步進電機是帶動近場探頭行進的原動力。其傳動裝置為滾珠絲桿，一端連接到步進電機的軸上，另一端固定在與該掃描平臺其一短邊那一側相對的另一短邊那一側。該滾珠絲杠將電機的旋轉運動轉換為直線運動，從而帶動三維移動支架9及固定其上的近場探頭實現(xiàn)直線移動。該三維機械掃描平臺8用于放置如PCB板等被測物，并通過三維移動支架9帶動近場探頭進行三維移動，使近場探頭在一個有限區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)對PCB板被測件的自動掃描。 掃描控制軟件部分包括計算機1與頻譜儀2之間的通信程序；計算機1與單片機之間的串行通信程序；單片機控制步進電機的驅動程序；數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序；面向用戶的人機交互界面程序。 見圖6，它們之間的連接關系是用戶通過所述面向用戶的人機交互界面程序輸入頻譜儀的相關參數(shù)以及控制指令等和對單片機的控制指令以及掃描參數(shù)等；該計算機1與頻譜儀2之間的通信程序把用戶輸入頻譜儀的相關參數(shù)以及控制指令等信息傳送給頻譜儀2實現(xiàn)對頻譜儀2的控制并接收頻譜儀2的數(shù)據(jù)；該計算機1與單片機之間的串行通信程序把對單片機的控制指令以及掃描參數(shù)等信息傳送給單片機實現(xiàn)對單片機的初始化和控制并接收單片機的相關信息；單片機根據(jù)接收的計算機1的控制指令通過單片機控制步進電機的驅動程序實現(xiàn)對步進電機的控制和驅動；計算機1把從頻譜儀2接收的數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序進行處理和顯示。 所述計算機1與頻譜儀2之間的通信程序是這個通信過程的程序設計流程圖，如圖7所示；它包括計算機1向頻譜儀2發(fā)送指令和計算機1讀取頻譜儀2的相關數(shù)據(jù)。
所述計算機1與單片機之間的串行通信程序是計算機1與單片機之間的通信流程圖，如圖8所示，它包括計算機l(即上位機)方面的串行通信程序設計和單片機(即下位機)方面的程序設計。計算機l作為上位機，人可以直接通過上位機發(fā)出操控命令給下位機，且計算機1屏幕上顯示各種信號的變化；而單片機作為下位機，直接控制設備(步進電機)和獲取設備(步進電機)狀況送給上位機。這一過程為上位機發(fā)出的命令首先給下位機，單片機再根據(jù)此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備；下位機不時將設備狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給計算機1。下位機的程序包括主程序、串行中斷服務程序和外部中斷程序。其中，主程序是對必要的端口、專用寄存器等進行初始化，并等待串行中斷的到來，其流程圖如圖9所示；而串行中斷服務程序具體完成對不同的通信指令進行相應的響應并對步進電機進行相應的控制，即指令處理子程序，其流程圖如圖10所示；外部程序用來響應光電開關斷"開"這一機械動作，其流程圖如圖ll所示。 所述單片機控制步進電機的驅動程序是主要包括脈沖輸入信號以驅動步進電機旋轉和步進電機方向控制信號以控制電機正反轉。該脈沖輸入信號，主要是通過循環(huán)語句來實現(xiàn)；該步進電機方向控制信號通過假設語句來實現(xiàn)。 所述數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序是由于從頻譜儀2提取的數(shù)據(jù)并不是直接可用的，我們需要對該數(shù)據(jù)進行處理，并對電磁輻射的顯示進行設計，它數(shù)據(jù)處理包括提取數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)分類存儲、數(shù)據(jù)插值平滑以及顯示等部分。
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所述面向用戶的人機交互界面程序是包括輻射情況卡、參數(shù)設置卡、幅度數(shù)據(jù)卡、頻率數(shù)據(jù)卡、串口信息卡五個部分。 該輻射情況卡是主界面的第一面板，其包括開關按鈕、實時數(shù)據(jù)顯示窗口和輻射
圖顯示區(qū)域。該實時數(shù)據(jù)顯示窗口由于在掃描過程中實時的現(xiàn)實每一個位置點的頻率和幅
度信息；該輻射圖顯示區(qū)域用來顯示掃描結束后形成的整體的電磁輻射圖。
該參數(shù)設置卡是包括頻譜儀參數(shù)設置和掃描參數(shù)設置。該頻譜儀參數(shù)設置窗口
包括命令輸入窗口 、設置掃寬、設置中心頻率等；該掃描參數(shù)設置包括分為整體掃描參數(shù)設
置、局部掃描參數(shù)設置、步長設置等。 該幅度數(shù)據(jù)卡是存儲并顯示各個位置點的幅度數(shù)據(jù)。
該頻率數(shù)據(jù)卡是存儲并顯示各個位置點的頻率數(shù)據(jù)。 該串口信息卡是包括指定的串口、波特率、輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)、流控制設置等參數(shù)。
本發(fā)明一種電磁兼容自適應掃描裝置的掃描功能包括整體掃描、局部掃描和自適應掃描。其中，整體掃描是一種常規(guī)的掃描方法，即對整板進行掃描，測試結果也是整板的電磁輻射的情況；局部掃描，通常是用戶進行整體粗掃以后或者用戶經(jīng)驗判斷某一局部區(qū)域是用戶所關心的區(qū)域，那么只需對這一所關心的區(qū)域進行掃描，這樣可以減少掃描時間，有效的提高了掃描效率；自適應掃描是本發(fā)明設計的一種新型的掃描方式，使用自適應掃描也是減少掃描時間、提高掃描效率和結果精度的一種創(chuàng)新的實用的方法。下面對自適應掃描裝置進行詳細描述 本發(fā)明是一種電磁兼容自適應掃描裝置。在硬件方面(參見圖1)，自適應掃描裝置是計算機1、單片機、近場探頭、頻譜儀2和步進電機之間進行控制和協(xié)調的過程。在軟件方面，自適應掃描裝置程序是結合C語言程序和虛擬儀器程序設計來實現(xiàn)的。
本發(fā)明所述的自適應掃描裝置程序是結合計算機1與頻譜儀2之間的通信程序、計算機1與單片機之間的串行通信程序、單片機控制步進電機的驅動程序和數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序協(xié)調實現(xiàn)的。所述自適應掃描裝置程序實現(xiàn)流程圖如圖12所示。在所述自適應掃描過程中，探頭行進步長是"自適應"的，它根據(jù)上兩次數(shù)據(jù)結果的比較而對本次的步進長度進行相應的調整(變大、變小或者不變)。探頭的行進路徑仍然為蛇形路徑，見圖13中D。所述自適應掃描過程中探頭的行進示意圖，如圖13所示其中，方格區(qū)域A表示電磁兼容掃描裝置的有效掃描區(qū)域，白色區(qū)域B表示放置在有效掃描區(qū)域的如PCB板等被測件，黑點C表示探頭欲停留位置。在掃描以前將PCB板等被測件的一個端點與掃描區(qū)域零點重合，按照如圖13所示方式放置PCB板等被測件。掃描從零點開始以特定步進按照蛇形路徑(見圖13中D)進行逐點讀取電磁場信息，當根據(jù)前面的測量所得的電磁輻射值相差較大時，調整步進使長度變小，如圖13中8 14區(qū)域；當根據(jù)前面的測量所得的電磁輻射值相差較小時，調整步進使長度變大，如圖13中14 18區(qū)域。 本發(fā)明所述的該自適應掃描裝置，其操作使用方法的實現(xiàn)流程如圖12所示，實現(xiàn)步驟如下 首先，計算機1根據(jù)用戶輸入的參數(shù)得到掃描范圍、步進長度等掃描信息； 第二步，計算機1根據(jù)掃描信息生成相應的行進指令發(fā)送給單片機； 第三步，單片機根據(jù)相應的行進指令驅動步進電機做相應的動作； 第四步，近場探頭在步進電機的帶動下行進，定位以后測量該位置的電磁輻射值； 第五步，頻譜儀2接收到近場探頭測量得到的電磁輻射值，并且計算機1接收頻譜儀2得到的電磁輻射值； 第六步，計算機1判斷是否超出掃描范圍，若沒有，比較分析測量得到的電磁輻射值，從而根據(jù)分析調整步進長度，然后重復第二步；若超出掃描范圍，對數(shù)據(jù)進行處理顯示，然后結束程序。 見圖14，在自適應掃描裝置中，下位機要不斷地接收上位機發(fā)送的攜帶不同步進長度信息的指令，從而根據(jù)不同的指令不斷地去重新驅動步進電機的運動，使探頭可在同一次掃描過程中實現(xiàn)步進長度可調整的掃描形式。 見圖15，上位機在每次接收到頻譜儀2傳送的數(shù)據(jù)以后，要把現(xiàn)有數(shù)據(jù)與之前的數(shù)據(jù)進行比對分析，從而調整下一次掃描需要的步進長度信息，得到新的掃描信息，整合新的指令發(fā)送給下位機。
權利要求
一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在于該裝置由硬件系統(tǒng)和掃描控制軟件系統(tǒng)兩部分構成；硬件系統(tǒng)包括計算機、頻譜分析儀、計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡、近場探頭和前置放大器、以單片機為核心的控制電路、連接計算機與控制電路的USB-串口線、步進電機及配套的傳動裝置和三維機械掃描平臺；它們之間的位置和連接關系是該計算機通過GPIB卡連接到頻譜分析儀上，該頻譜分析儀的輸入端通過前置放大器連接到近場探頭上，該近場探頭固定在三維機械掃描平臺的三維移動支架上，該計算機通過USB-串口線連接到以單片機為核心的控制電路，該以單片機為核心的控制電路連接步進電機及配套的傳動裝置，該步進電機及配套的傳動裝置連接并控制三維機械掃描平臺的三維移動支架進行移動，該以單片機為核心的控制電路內(nèi)置在三維機械掃描平臺內(nèi)，一套步進電機及配套的傳動裝置內(nèi)置在三維機械掃描平臺內(nèi)，另一套步進電機及配套的傳動裝置，其傳動裝置內(nèi)置在三維機械掃描平臺內(nèi)，而步進電機外露；所述計算機是采用Windows XP系統(tǒng)的Dell家庭臺式機，該計算機通過GPIB卡連接到頻譜分析儀上并與頻譜儀通信，包括發(fā)送指令、獲取數(shù)據(jù)并對所述數(shù)據(jù)進行處理和顯示；通過USB-串口線連接到以單片機為核心的控制電路，來發(fā)送控制指令及接收單片機的返回信號；所述頻譜儀是AV4062型頻譜分析儀，它掃描的頻譜范圍為9KHz～2.9GHz，該頻譜儀通過GPIB卡與計算機相連接，頻譜儀的輸入端通過前置放大器連接到一個近場探頭上；該頻譜儀一方面用于接收近場探頭測得的電磁場信號，另一方面將接收到的信號進行適當?shù)奶幚砗笸ㄟ^GPIB卡傳送給計算機；所述計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡是型號為GPIB-USB-HS；該GPIB卡一端連接計算機，一端連接頻譜儀，是用于連接計算機和頻譜儀的總線接口，實現(xiàn)了頻譜儀與計算機之間的信息交互；所述近場探頭和前置放大器是該近場探頭是德國LANGER EMV-Technik公司生產(chǎn)的，包括于PCB內(nèi)部干擾源定位的射頻近場探頭組即RF1和低頻通用的低頻選件組即LF；本發(fā)明只使用其中近場探頭組中的一個，該近場探頭固定在三維機械掃描平臺的三維移動支架上，輸出線纜連接到前置放大器上；該前置放大器是德國LANGER EMV-Technik公司生產(chǎn)的PA系列中的PA303，其額定增益為30dB，頻率范圍為100KHz～3GHz；該前置放大器一端連接近場探頭，另一端連接到頻譜儀的輸入端；它可以將近場探頭測得的信號進行預處理并放大，使頻譜儀能夠采集到該電磁場信號；所述以單片機為核心的控制電路是以單片機為核心，其外圍電路主要包括電源電路、復位電路、晶振電路、ISP下載接口設計電路、JTAG仿真接口電路、電平轉換電路、電機控制電路和光電開關外圍電路八個模塊；其中，電源電路、復位電路、晶振電路與單片機相連接構成單片機的最小運行系統(tǒng)，ISP下載接口設計電路、JTAG仿真接口電路與單片機相連接用于下載和調試程序時使用；電平轉換電路實現(xiàn)電平轉換從而用于串行通信；兩個電機控制電路與計算機IO口相連接分別用于控制兩個步進電機；而兩個光電開關外圍電路與單片機中斷輸入端口相連接，為單片機提供中斷信號從而產(chǎn)生外部中斷；該以單片機為核心的控制電路從計算機串口接收控制指令并解析，從而驅動步進電機實現(xiàn)了對掃描方式的控制；該電平轉換電路由電平轉換芯片MAX232及芯片標識的電阻、電容構成；該電機控制電路由電機驅動芯片THB6128及芯片標識的電阻、電容構成；該光電開關外圍電路由光電開關及芯片標識的電阻、電容構成；該復位電路由開關、二極管、電阻和電容構成；該ISP下載接口設計電路只需要2＊5插座直接與單片機相連接；該JTAG仿真接口電路由四只10電阻和2＊5插座構成，并與單片機相連接；該電源電路采用LM2576芯片；該晶振電路中晶振為8MHz；該單片機型號為AVR ATmega32；所述連接計算機與控制電路的USB-串口線是USB轉串口的線纜，一端為U S B接口，另一端為九針串口接口；所述步進電機及配套的傳動裝置是該步進電機為通用的兩相混合式步進電機，共配置兩個分別是42型即42BYG250BII和57型即57BYG250AII步進電機；步進電機內(nèi)置在掃描平臺內(nèi)靠近短邊那一側，并固定在掃描平臺的底板上，其軸與其配套的傳動裝置相連接；該傳動裝置為滾珠絲桿，一端連接到步進電機的軸上，另一端固定在掃描平臺短邊那一側相對的另一側；所述三維機械掃描平臺是由掃描測試平臺、三維移動支架、探頭夾、步進電機及配套的傳動裝置部件構成；該掃描測試平臺是800mm×600mm×10mm的金屬板，用來放置電磁兼容掃描系統(tǒng)待掃描測試的被測件；該三維移動支架包括豎直支架、支臂和倒U形支架三部分該豎直支架安裝在倒U形支架上，可與倒U形支架相對移動；該支臂安裝在豎直支架的前表面，可與豎直支架相對移動；該倒U形支架對掃描測試平臺可相對移動；該探頭夾安裝在三維移動支架的支臂上，用來固定近場探頭，并隨著支架的移動帶動近場探頭在有效掃描區(qū)域內(nèi)進行三維移動而實現(xiàn)對被測件的掃描功能；掃描控制軟件系統(tǒng)包括計算機與頻譜儀之間的通信程序，計算機與單片機之間的串行通信程序，單片機控制步進電機的驅動程序，數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序，面向用戶的人機交互界面程序；它們之間的連接關系是用戶通過該面向用戶的人機交互界面程序輸入頻譜儀的相關參數(shù)、控制指令和對單片機的控制指令、掃描參數(shù)；該計算機與頻譜儀之間的通信程序把用戶輸入頻譜儀的相關參數(shù)、控制指令信息傳送給頻譜儀實現(xiàn)對頻譜儀的控制并接收頻譜儀的數(shù)據(jù)；該計算機與單片機之間的串行通信程序把對單片機的控制指令、掃描參數(shù)信息傳送給單片機實現(xiàn)對單片機的初始化和控制并接收單片機的相關信息；該單片機根據(jù)接收的計算機的控制指令通過所述單片機控制步進電機的驅動程序實現(xiàn)對步進電機的控制和驅動；該計算機把從頻譜儀接收的數(shù)據(jù)通過該數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序進行處理和顯示；所述計算機與頻譜儀之間的通信程序是它包括計算機向頻譜儀發(fā)送指令和計算機讀取頻譜儀的相關數(shù)據(jù)；所述計算機與單片機之間的串行通信程序是它包括計算機方面的串行通信程序設計和單片機方面的程序設計；計算機發(fā)出的命令首先給單片機，單片機再根據(jù)此命令解釋成相應時序信號直接控制步進電機；單片機不時將步進電機狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給計算機；單片機的程序包括主程序、串行中斷服務程序和外部中斷程序；主程序是對必要的端口、專用寄存器等進行初始化，并等待串行中斷的到來；而串行中斷服務程序具體完成對不同的通信指令進行相應的響應并對步進電機進行相應地控制，即指令處理子程序；外部中斷程序用來響應光電開關斷“開”這一機械動作；所述單片機控制步進電機的驅動程序是脈沖輸入信號驅動步進電機旋轉和步進電機方向控制信號控制電機正反轉；該脈沖輸入信號，是通過循環(huán)語句來實現(xiàn)；該步進電機方向控制信號通過假設語句來實現(xiàn)；所述數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序是它包括提取數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)分類存儲、數(shù)據(jù)插值平滑以及顯示處理；所述面向用戶的人機交互界面程序是包括輻射情況卡、參數(shù)設置卡、幅度數(shù)據(jù)卡、頻率數(shù)據(jù)卡、串口信息卡五個部分；該輻射情況卡是主界面的第一面板，其包括開關按鈕、實時數(shù)據(jù)顯示窗口和輻射圖顯示區(qū)域；該實時數(shù)據(jù)顯示窗口在掃描過程中實時的每一個位置點的頻率和幅度信息；該輻射圖顯示區(qū)域用來顯示掃描結束后形成的整體的電磁輻射圖；該參數(shù)設置卡是頻譜儀參數(shù)設置和掃描參數(shù)設置；該頻譜儀參數(shù)設置窗口包括命令輸入窗口、設置掃寬和設置中心頻率；該掃描參數(shù)設置包括整體掃描參數(shù)設置、局部掃描參數(shù)設置和步長設置；該幅度數(shù)據(jù)卡是存儲并顯示各個位置點的幅度數(shù)據(jù)；該頻率數(shù)據(jù)卡是存儲并顯示各個位置點的頻率數(shù)據(jù)；該串口信息卡是指定的串口、波特率、輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)和流控制設置參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該計算機數(shù)量為l臺。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該頻譜分析儀數(shù)量為l臺。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡為1個。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該近場探頭和前置放大器數(shù)量為一套。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該以單片機為核心的控制電路數(shù)量為一個。
7. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該連接計算機與控制電路的USB-串口線數(shù)量為一個。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該步進電機及配套的傳動裝置數(shù)量為兩套。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，其特征在 于該三維機械掃描平臺數(shù)量為一臺。
全文摘要
本發(fā)明一種用于近場測試的電磁兼容自適應掃描裝置，該裝置由硬件系統(tǒng)和掃描控制軟件系統(tǒng)兩部分構成。硬件系統(tǒng)包括計算機一臺、頻譜分析儀一臺、計算機與頻譜分析儀通信的GPIB卡一個、近場探頭和前置放大器一套、以單片機為核心的控制電路一個、連接計算機與控制電路的USB-串口線一個、步進電機及配套的傳動裝置兩套和三維機械掃描平臺一件；掃描控制軟件系統(tǒng)包括計算機與頻譜儀之間的通信程序；計算機與單片機之間的串行通信程序；單片機控制步進電機的驅動程序；數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序；面向用戶的人機交互界面程序。本發(fā)明構思科學，結構新穎，提高了掃描效率和數(shù)據(jù)的準確性，它在電磁兼容近場測試領域里具有實用價值和廣闊的應用前景。
文檔編號G01R29/08GK101750546SQ200910243579
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權日2009年12月28日
發(fā)明者付路, 戴飛, 王方明, 蘇東林, 謝樹果, 閻照文 申請人:北京航空航天大學