專利名稱：一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于進(jìn)行電磁兼容測(cè)試的自適應(yīng)掃描裝置，尤其涉及一種用 于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，該裝置可對(duì)芯片、印刷電路板(PCB)、線纜、機(jī)箱等 電子器件及設(shè)備進(jìn)行電磁掃描，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)輸出測(cè)試結(jié)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(shí)現(xiàn)電磁輻射的“可視化”，有利于技術(shù)人員找出輻射位 置進(jìn)行故障診斷。本實(shí)用新型屬于電磁兼容近場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
所謂電磁兼容(ElectromagneticCompatibility，縮寫 EMC)是指“設(shè)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(gè)方面設(shè)備、系統(tǒng)在 預(yù)定的電磁環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，可按規(guī)定的安全裕度實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(jí)；設(shè)備、系統(tǒng)在預(yù)定的電磁環(huán)境中正常地工作且不會(huì)給環(huán)境 (或其它設(shè)備)帶來(lái)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(cè)試技術(shù)、電磁兼容仿真技術(shù) 和電磁兼容設(shè)計(jì)。目前，EMI測(cè)量已成為產(chǎn)品合格與否的一項(xiàng)重要指標(biāo)，國(guó)家指定專門的機(jī) 構(gòu)對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，不同種類的產(chǎn)品有不同的指標(biāo)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。電磁兼容測(cè)試包括 遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試和近場(chǎng)測(cè)試遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)試為EMC標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證測(cè)試，給出頻率信息但無(wú)法獲取位置信息； 而近場(chǎng)測(cè)試可以定位干擾源，從源頭上來(lái)采取相應(yīng)措施來(lái)減少電磁干擾，它有助于診斷識(shí) 別潛在的干擾問(wèn)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(shè)計(jì)中占據(jù)最主要的地位。在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shù)的使用，PCB中信號(hào)間存在著大量的輻射干 擾，造成設(shè)備功能故障或者工作不穩(wěn)定。同時(shí)，所有信號(hào)對(duì)外形成很大的電磁輻射，使得產(chǎn) 品通過(guò)EMC測(cè)試成為上市的一個(gè)障礙。如果在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期就進(jìn)行恰當(dāng)?shù)腅MC設(shè)計(jì)是比 較理想的，而且事半功倍，但限于EMC設(shè)計(jì)者的水平和許多實(shí)際難以準(zhǔn)確預(yù)料的情況，產(chǎn)品 可能存在或多或少的問(wèn)題。因此，借助于一定的電子產(chǎn)品故障診斷技術(shù)，如近場(chǎng)掃描，迅速 查找PCB電磁干擾源就顯得非常重要。近場(chǎng)掃描測(cè)量所依據(jù)的原理是，電磁輻射是被測(cè)設(shè) 備(DUT)上的高頻電流形成的。在用于進(jìn)行故障診斷的近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的方法是手持探頭式近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng) 來(lái)確定干擾源。這種系統(tǒng)由于采用手持近場(chǎng)探頭，人為造成誤差不可避免，并且存在較大的 時(shí)間成本和人力成本，因此效率和準(zhǔn)確性都不高。近幾年，市場(chǎng)上出現(xiàn)了電磁兼容掃描系統(tǒng)，有效地改進(jìn)了傳統(tǒng)的人工手持帶來(lái)的 影響，并且在一定程序上提高了效率和準(zhǔn)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(jī)械式電磁兼容掃描系統(tǒng)。目前，瑞典、加拿大等國(guó) 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(jì)算機(jī)、工控機(jī)以
4及相應(yīng)的軟件構(gòu)成掃描系統(tǒng)。這種掃描系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能一次測(cè)量獲取被測(cè)物完整的電磁場(chǎng) 信息，能迅速準(zhǔn)確定位電磁干擾源；缺點(diǎn)是一方面對(duì)于非規(guī)則外輪廓產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 的產(chǎn)品的測(cè)試精度和準(zhǔn)確度會(huì)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(dá) 1280個(gè)，所以它的成本很高。機(jī)械式電磁兼容掃描系統(tǒng)(EMC Scanner)，如瑞典Detectus公司推出的 EMCScarmer，它采用單探頭移動(dòng)掃描的方式來(lái)采集電磁場(chǎng)值信息，并配置帶動(dòng)探頭移動(dòng)的 支架、三維機(jī)械掃描平臺(tái)，支持掃描的動(dòng)力控制系統(tǒng)，頻譜儀、計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的配套軟件。 由于它能夠與被測(cè)物外輪廓保持相對(duì)距離不變，所以對(duì)于非規(guī)則外輪廓產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 產(chǎn)品的測(cè)量會(huì)相對(duì)比較精確，而由于探頭使用較少，成本相對(duì)于陣列天線掃描儀較低。但 是，市面上存在的機(jī)械式掃描儀在運(yùn)行過(guò)程中探頭都是以固定的步進(jìn)長(zhǎng)度行徑，并且在運(yùn) 行過(guò)程中不能更改。這樣，當(dāng)最初的步進(jìn)長(zhǎng)度設(shè)置得比較小時(shí)，而在掃描過(guò)程中如果某一區(qū) 域電磁輻射值變化不大時(shí)，會(huì)造成不必要的掃描，導(dǎo)致時(shí)間上的浪費(fèi)。另外，自適應(yīng)的行進(jìn) 步長(zhǎng)有助于快速地定位在設(shè)計(jì)者關(guān)心的區(qū)域上，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的自適應(yīng)掃描裝置有效地 解決了這一問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容1、目的本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝 置，它能快速并有效地查找排除定位PCB等被測(cè)物上電磁干擾源，以便技術(shù)人員采取措施 確保電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性和可靠性。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的原理是利用一個(gè)在三維系統(tǒng)中精確運(yùn)動(dòng)的近場(chǎng)探頭(包括電 場(chǎng)探頭和磁場(chǎng)探頭)，感應(yīng)PCB等被測(cè)物上的電磁場(chǎng)分布，通過(guò)頻譜分析儀獲取該電磁場(chǎng)信 息并傳送給計(jì)算機(jī)，繪成電磁場(chǎng)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(shù)方案本實(shí)用新型一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)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(gòu)成。見(jiàn)圖1，硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、頻譜分析儀、計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的 GPIB (General Purpose for Interface Bus)卡(以下簡(jiǎn)稱GPIB卡)、近場(chǎng)探頭和前置放大 器、以單片機(jī)為核心的控制電路、連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線(以下簡(jiǎn)稱USB-串 口線)、步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置和三維機(jī)械掃描平臺(tái)。它們之間的位置和連接關(guān)系 是該計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB卡連接到頻譜分析儀上，該頻譜分析儀的輸入端通過(guò)前置放大器連 接到近場(chǎng)探頭上，該近場(chǎng)探頭固定在三維機(jī)械掃描平臺(tái)的三維移動(dòng)支架上；該計(jì)算機(jī)通過(guò) USB-串口線連接到以單片機(jī)為核心的控制電路，該以單片機(jī)為核心的控制電路連接步進(jìn)電 機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置，該步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置連接并控制三維機(jī)械掃描平臺(tái)的三維 移動(dòng)支架進(jìn)行移動(dòng)。該以單片機(jī)為核心的控制電路內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)內(nèi)，一套步進(jìn) 電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)內(nèi)，另一套步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置， 其傳動(dòng)裝置內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)內(nèi)，而步進(jìn)電機(jī)外露。其中，該計(jì)算機(jī)數(shù)量為1臺(tái)；其中，該頻譜分析儀數(shù)量為1臺(tái)；其中，該計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡為1個(gè)；[0014]其中，該近場(chǎng)探頭和前置放大器數(shù)量為一套；其中，該以單片機(jī)為核心的控制電路數(shù)量為一個(gè)；其中，該連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線數(shù)量為一個(gè)；其中，該步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置數(shù)量為兩套；其中，該三維機(jī)械掃描平臺(tái)數(shù)量為一臺(tái)。所述計(jì)算機(jī)是Dell的家庭臺(tái)式機(jī)，采用Windows XP系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)一方面通過(guò) GPIB卡連接到頻譜分析儀上，另一方面通過(guò)USB-串口線連接到以單片機(jī)為核心的控制電 路。該計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)處理和顯示的中樞。一方面通過(guò)GPIB卡與頻譜儀通信，包 括發(fā)送指令、獲取數(shù)據(jù)并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示；另一方面通過(guò)RS232串口與以單片 機(jī)為核心的控制電路板進(jìn)行通信，包括發(fā)送控制指令及接收單片機(jī)的返回信號(hào)。所述頻譜儀是中國(guó)電子科技集團(tuán)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(shè)計(jì)技術(shù)，是一款具有高性價(jià)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(guò)GPIB卡與計(jì)算機(jī)相連接，另 一方面頻譜儀的輸入端通過(guò)前置放大器連接到一個(gè)近場(chǎng)探頭上。該頻譜儀一方面用于接收 近場(chǎng)探頭測(cè)得的電磁場(chǎng)信號(hào)，另一方面將接收到的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗笸ㄟ^(guò)GPIB卡傳 送給計(jì)算機(jī)。因此，頻譜儀是硬件系統(tǒng)的一個(gè)信號(hào)采集處理站。所述計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡是由美國(guó)國(guó)家儀器 (NATIONALINSTRUMENTS，縮寫Ni)公司生產(chǎn)，型號(hào)為GPIB-USB-HS。該GPIB卡一端連接計(jì)算 機(jī)一端連接頻譜儀，是用于連接計(jì)算機(jī)和頻譜儀的總線接口，實(shí)現(xiàn)了頻譜儀與計(jì)算機(jī)之間 的信息交互。所述近場(chǎng)探頭和前置放大器是該近場(chǎng)探頭是德國(guó)LANGER EMV-Technik公司生 產(chǎn)的，共有兩組七個(gè)，包括于PCB內(nèi)部干擾源定位的射頻近場(chǎng)探頭組(RFl)和低頻通用的 低頻(LF)選件組。在本實(shí)用新型中，只使用其中近場(chǎng)探頭組中的一個(gè)，該近場(chǎng)探頭固定在 三維機(jī)械掃描平臺(tái)的可移動(dòng)支架上，輸出線纜連接到前置放大器上，它是用于逐點(diǎn)采集PCB 等被測(cè)件的電磁輻射數(shù)據(jù)的工具；該前置放大器是德國(guó)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IOOKHz 3GHz ；該前置放大器一端連 接一近場(chǎng)探頭，另一端連接到所述頻譜儀的輸入端；它可以將近場(chǎng)探頭測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行預(yù) 處理并放大，使頻譜儀能夠采集到該微弱的電磁場(chǎng)信號(hào)。所述以單片機(jī)為核心的控制電路是以單片機(jī)為核心，其外圍電路主要包括電源 電路、復(fù)位電路、晶振電路、ISP下載接口設(shè)計(jì)電路、JTAG仿真接口電路、電平轉(zhuǎn)換電路、電 機(jī)控制電路和光電開(kāi)關(guān)外圍電路等八個(gè)模塊。見(jiàn)圖2，其中，電源電路、復(fù)位電路、晶振電 路與單片機(jī)相連接構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，也就是在這種情況下單片機(jī)可以正常運(yùn)行；ISP 下載接口設(shè)計(jì)電路、JTAG仿真接口電路與單片機(jī)相連接用于下載和調(diào)試程序時(shí)使用；電平 轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換從而用于串行通信；電機(jī)控制電路(兩個(gè))與計(jì)算機(jī)IO 口相連接分 別用于控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)；而光電開(kāi)關(guān)外圍電路(兩個(gè))與單片機(jī)中斷輸入端口相連接， 為單片機(jī)提供中斷信號(hào)從而產(chǎn)生外部中斷。該以單片機(jī)為核心的控制電路從計(jì)算機(jī)串口接 收控制指令并解析，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)掃描方式的控制。該電平轉(zhuǎn)換電路由電平 轉(zhuǎn)換芯片MAX232及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容構(gòu)成；該電機(jī)控制電路由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128 及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容構(gòu)成；該光電開(kāi)關(guān)外圍電路由光電開(kāi)關(guān)及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容構(gòu)
6成；該復(fù)位電路由開(kāi)關(guān)、二極管、電阻和電容構(gòu)成；該ISP下載接口設(shè)計(jì)電路不需要任何外 圍零件，只需要2 * 5插座直接與單片機(jī)相連接；該JTAG仿真接口電路由四只10電阻和 2女5插座構(gòu)成，并與單片機(jī)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(jī)型號(hào)為AVR ATmega32。所述連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線是USB轉(zhuǎn)串口的線纜，一端為USB接 口，另一端為九針串口接口。所述步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置是該步進(jìn)電機(jī)為通用的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)共 配置兩個(gè)分別是42型(42BYG250BII)和57型(57BYG250AII)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)置在 掃描平臺(tái)內(nèi)靠近其一短邊那一側(cè)，并固定在掃描平臺(tái)的底板上，其軸與其配套的傳動(dòng)裝置 相連接。步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角 度，并且步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。步進(jìn)電機(jī)是帶動(dòng)近場(chǎng)探頭行進(jìn)的原 動(dòng)力。該傳動(dòng)裝置為滾珠絲桿，一端連接到步進(jìn)電機(jī)的軸上，另一端固定在與該掃描平臺(tái)其 一短邊那一側(cè)相對(duì)的另一短邊那一側(cè)。該滾珠絲杠將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，從 而帶動(dòng)三維移動(dòng)支架及固定其上的近場(chǎng)探頭實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)。該三維機(jī)械掃描平臺(tái)用于放置 如PCB板等被測(cè)物，并通過(guò)三維移動(dòng)支架帶動(dòng)近場(chǎng)探頭進(jìn)行三維移動(dòng)，使近場(chǎng)探頭在一個(gè) 有限區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCB板被測(cè)件的自動(dòng)掃描。所述三維機(jī)械掃描平臺(tái)是由掃描測(cè)試平臺(tái)、三維移動(dòng)支架、探頭夾、步進(jìn)電機(jī)及 配套的傳動(dòng)裝置等部件構(gòu)成。見(jiàn)圖3，其中，該掃描測(cè)試平臺(tái)是金屬板材，用來(lái)放置電磁兼容 掃描系統(tǒng)待掃描測(cè)試的被測(cè)件，如芯片、電路板、機(jī)箱、電纜等，是裝置對(duì)被測(cè)件進(jìn)行自動(dòng)掃 描的硬件基礎(chǔ)。掃描測(cè)試平臺(tái)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(chǎng)探頭三維移動(dòng)所能到達(dá)的區(qū)域，標(biāo)明了原點(diǎn)位置、X軸刻度、Y軸 刻度以及以Icm為邊長(zhǎng)的刻度方格。該三維移動(dòng)支架見(jiàn)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(duì)移動(dòng)；該支臂安裝在 豎直支架的前表面，可與豎直支架相對(duì)移動(dòng)；該倒U形支架可相對(duì)掃描測(cè)試平臺(tái)相對(duì)移動(dòng)。 該三維移動(dòng)支架是用于帶動(dòng)近場(chǎng)探頭進(jìn)行三維移動(dòng)的裝置。該探頭夾見(jiàn)圖4，安裝在三維移 動(dòng)支架的支臂上，用來(lái)固定近場(chǎng)探頭，并隨著支架的移動(dòng)帶動(dòng)近場(chǎng)探頭在有效掃描區(qū)域內(nèi) 進(jìn)行三維移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)探頭對(duì)被測(cè)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(fèi)時(shí)間去選擇夾持位置。近場(chǎng)探頭為六棱柱形，根據(jù)這 一特點(diǎn)設(shè)計(jì)出符合此形狀的探頭夾，它不僅實(shí)現(xiàn)了固定探頭的基本功能，并且不會(huì)對(duì)探頭 產(chǎn)生任何損害。掃描控制軟件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)與頻譜儀之間的通信程序；計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間 的串行通信程序；單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序；數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序；面向用 戶的人機(jī)交互界面程序。它們之間的連接關(guān)系如圖6所示用戶通過(guò)該面向用戶的人機(jī)交互界面程序輸入 頻譜儀的相關(guān)參數(shù)、控制指令等和對(duì)單片機(jī)的控制指令、掃描參數(shù)等；該計(jì)算機(jī)與頻譜儀之 間的通信程序把用戶輸入頻譜儀的相關(guān)參數(shù)、控制指令等信息傳送給頻譜儀實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜儀 的控制并接收頻譜儀的數(shù)據(jù)；該計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信程序把對(duì)單片機(jī)的控制 指令、掃描參數(shù)等信息傳送給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的初始化和控制并接收單片機(jī)的相關(guān)信息；該單片機(jī)根據(jù)接收的計(jì)算機(jī)的控制指令通過(guò)所述單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序 實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)；該計(jì)算機(jī)把從頻譜儀接收的數(shù)據(jù)通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理分析并 顯示的程序進(jìn)行處理和顯示。所述計(jì)算機(jī)與頻譜儀之間的通信程序是這個(gè)通信過(guò)程的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖7 所示；它包括計(jì)算機(jī)向頻譜儀發(fā)送指令和計(jì)算機(jī)讀取頻譜儀的相關(guān)數(shù)據(jù)。所述計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信程序是計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的通信流程圖 如圖8所示，它包括計(jì)算機(jī)(即上位機(jī))方面的串行通信程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)(即下位機(jī)) 方面的程序設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，人可以直接通過(guò)上位機(jī)發(fā)出操控命令給下位機(jī)，且計(jì) 算機(jī)屏幕上顯示各種信號(hào)的變化；而單片機(jī)作為下位機(jī)，直接控制設(shè)備(步進(jìn)電機(jī))和獲取 設(shè)備(步進(jìn)電機(jī))狀況送給上位機(jī)。這一過(guò)程為計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令首先給單片機(jī)，單片機(jī) 再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備即步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)不時(shí)將設(shè)備即步 進(jìn)電機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的程序包括主程序、串行中斷服務(wù)程序和外部中斷 程序。其中，主程序是對(duì)必要的端口、專用寄存器等進(jìn)行初始化，并等待串行中斷的到來(lái)，其 流程圖如圖9所示；而串行中斷服務(wù)程序具體完成對(duì)不同的通信指令進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)并對(duì) 步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)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(lái) 響應(yīng)光電開(kāi)關(guān)斷“開(kāi)”這一機(jī)械動(dòng)作，其流程圖如圖11所示。所述單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序是主要脈沖輸入信號(hào)以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 和步進(jìn)電機(jī)方向控制信號(hào)以控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。該脈沖輸入信號(hào)，主要是通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí) 現(xiàn)；該步進(jìn)電機(jī)方向控制信號(hào)通過(guò)假設(shè)語(yǔ)句來(lái)實(shí)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(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)電磁輻射的顯示進(jìn)行設(shè)計(jì)；其數(shù)據(jù)處理包括提取數(shù) 據(jù)、將數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)插值平滑以及顯示等部分。所述面向用戶的人機(jī)交互界面程序是包括輻射情況卡、參數(shù)設(shè)置卡、幅度數(shù)據(jù) 卡、頻率數(shù)據(jù)卡、串口信息卡五個(gè)部分。該輻射情況卡是主界面的第一面板，其包括開(kāi)關(guān)按鈕、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口和輻射 圖顯示區(qū)域。該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口由于在掃描過(guò)程中實(shí)時(shí)的現(xiàn)實(shí)每一個(gè)位置點(diǎn)的頻率和幅 度信息；該輻射圖顯示區(qū)域用來(lái)顯示掃描結(jié)束后形成的整體的電磁輻射圖。該參數(shù)設(shè)置卡是包括頻譜儀參數(shù)設(shè)置和掃描參數(shù)設(shè)置。該頻譜儀參數(shù)設(shè)置窗口 包括命令輸入窗口、設(shè)置掃寬、設(shè)置中心頻率等；該掃描參數(shù)設(shè)置包括分為整體掃描參數(shù)設(shè) 置、局部掃描參數(shù)設(shè)置、步長(zhǎng)設(shè)置等。該幅度數(shù)據(jù)卡是存儲(chǔ)并顯示各個(gè)位置點(diǎn)的幅度數(shù)據(jù)。該頻率數(shù)據(jù)卡是存儲(chǔ)并顯示各個(gè)位置點(diǎn)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(shè)置等參數(shù)。本實(shí)用新型的工作程序如下測(cè)量前應(yīng)先連接好各個(gè)硬件，見(jiàn)圖1。被測(cè)產(chǎn)品(PCB)放置于掃描儀平臺(tái)上，頻譜 儀通過(guò)GPIB卡連接到計(jì)算機(jī)，高靈敏度近場(chǎng)探頭裝置在高精度的機(jī)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(zhǔn)因子、掃描帶寬等數(shù)據(jù)；然后計(jì)算機(jī) 通過(guò)串口發(fā)送指令控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)牽引電場(chǎng)或磁場(chǎng)探頭按預(yù)設(shè) 方式掃描被測(cè)產(chǎn)品的表面，一旦到達(dá)三個(gè)方向坐標(biāo)軸的極限位置，限位信號(hào)即使反饋到計(jì)算機(jī)并做出相應(yīng)處理。在一定的掃描頻率下的場(chǎng)強(qiáng)能夠用有色圖譜形象地表示出來(lái)，可在 計(jì)算機(jī)屏幕上直觀地觀測(cè)到產(chǎn)品的電磁輻射三維圖形及頻譜變化，所有的測(cè)試數(shù)據(jù)都可存 儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中并可打印出來(lái)。另外，還可采用人工操作掃描在電磁場(chǎng)探頭前接入放大器再 連至頻譜儀，手動(dòng)移動(dòng)探頭，這樣更方便靈活，更容易查找泄漏位置。本實(shí)用新型所述的自適應(yīng)掃描裝置程序是結(jié)合計(jì)算機(jī)與頻譜儀之間的通信程序、 計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信程序、單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)處理分析并 顯示的程序協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的。所述自適應(yīng)掃描裝置程序?qū)崿F(xiàn)流程圖如圖12所示。在所述自適 應(yīng)掃描過(guò)程中，探頭行進(jìn)步長(zhǎng)是“自適應(yīng)”的，它根據(jù)上兩次數(shù)據(jù)結(jié)果的比較而對(duì)本次的步 進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整(變大、變小或者不變)。探頭的行進(jìn)路徑仍然為蛇形路徑，見(jiàn)圖13 中D。所述自適應(yīng)掃描過(guò)程中探頭的行進(jìn)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(cè)件， 黑點(diǎn)C表示探頭欲停留位置。3、優(yōu)點(diǎn)及功效本實(shí)用新型一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其優(yōu) 點(diǎn)在于設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)的掃描系統(tǒng)當(dāng)某一區(qū)域近場(chǎng)探頭所接收的電磁輻射值基本相同 時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)這種情況調(diào)整步進(jìn)長(zhǎng)度使之比初始步進(jìn)大一些，以減小不必要的掃描步數(shù) 從而減小掃描時(shí)間；當(dāng)某一區(qū)域近場(chǎng)探頭所接收的電磁輻射值差別很大時(shí)，可根據(jù)這種情 況調(diào)整步進(jìn)長(zhǎng)度使之比初始步進(jìn)小一些，這樣可以細(xì)化電磁輻射值，以精確電磁輻射值的 數(shù)據(jù)?？梢?jiàn)，自適應(yīng)掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅解決了時(shí)間浪費(fèi)這一問(wèn)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(zhǔn)確性從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的精確度。


[0043]圖1是本實(shí)用新型硬件系統(tǒng)框圖。[0044]圖2是以單片機(jī)為核心的控制電路框圖。[0045]圖3是三維機(jī)械掃描平臺(tái)示意圖。(a主視圖；b左視圖；c俯視圖)[0046]圖4是探頭夾截面示意圖。[0047]圖5是近場(chǎng)探頭示意圖。[0048]圖6是各個(gè)軟件部分連接關(guān)系示意圖。[0049]圖7是計(jì)算機(jī)與頻譜儀之間通信的程序設(shè)計(jì)流程圖。[0050]圖8是計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間程序流程圖。[0051]圖9是下位機(jī)主程序流程圖。[0052]圖10是指令處理子程序流程圖。[0053]圖11是外部中斷程序流程圖。[0054]圖12是自適應(yīng)掃描系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)流程圖。[0055]圖13是自適應(yīng)掃描系統(tǒng)掃描過(guò)程示意圖。[0056]圖14是自適應(yīng)系統(tǒng)中下位機(jī)工作流程圖。[0057]圖15是自適應(yīng)系統(tǒng)中上位機(jī)工作流程圖。[0058]圖中符號(hào)說(shuō)明如下[0059]1計(jì)算機(jī)；2頻譜分析儀；3 GPIB卡；4近場(chǎng)探頭和前置放大器；5以單片機(jī)為核心的控制電路；6連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線；7步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置；8三維機(jī)械掃描平臺(tái)；9三維移動(dòng)支架；10探頭夾；11豎直支架；12支臂；13倒U形支架。A本實(shí)用新型的有效掃描區(qū)域；B放置在有效掃描區(qū)域的被測(cè)件；C探頭欲停留位 置；D探頭行進(jìn)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(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，由硬件系統(tǒng)和 掃描控制軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)1 一臺(tái)、頻譜分析儀2 —臺(tái)、計(jì)算機(jī)與 頻譜分析儀通信的GPIB卡3 —個(gè)、近場(chǎng)探頭和前置放大器4 一套、以單片機(jī)為核心的控制 電路5 —個(gè)、連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線6 —個(gè)、步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7 兩套和三維機(jī)械掃描平臺(tái)8 —臺(tái)。它們之間的位置和連接關(guān)系是該計(jì)算機(jī)1通過(guò)GPIB卡3連接到一臺(tái)頻譜分析儀 2上，該頻譜分析儀2的輸入端通過(guò)近場(chǎng)探頭和前置放大器4連接到一個(gè)近場(chǎng)探頭上，該近 場(chǎng)探頭固定在三維機(jī)械掃描平臺(tái)8的三維移動(dòng)支架9上；該計(jì)算機(jī)1通過(guò)連接計(jì)算機(jī)與控 制電路的USB-串口線6連接到以單片機(jī)為核心的控制電路5，該以單片機(jī)為核心的控制電 路5連接步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7，該步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7連接并控制三維機(jī) 械掃描平臺(tái)8的三維移動(dòng)支架9進(jìn)行移動(dòng)。其中，以單片機(jī)為核心的電路5內(nèi)置在三維機(jī) 械掃描平臺(tái)8內(nèi)，一套步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)8內(nèi)，另一套 步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)8內(nèi)，而步進(jìn)電機(jī)外露。所述計(jì)算機(jī)1是Dell的家庭臺(tái)式機(jī)，采用Windows XP系統(tǒng)。該計(jì)算機(jī)1 一方面 通過(guò)GPIB卡3連接到一臺(tái)頻譜分析儀2上，另一方面通過(guò)連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串 口線6連接到以單片機(jī)為核心的控制電路5。該計(jì)算機(jī)1是系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)處理和顯示的中 樞。一方面通過(guò)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(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理和顯示；另一方面通過(guò)RS232串口與以單片機(jī)為核心的控制電路5進(jìn)行通信，包括發(fā)送控 制指令及接收單片機(jī)的返回信號(hào)。所述頻譜儀2是中國(guó)電子科技集團(tuán)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(shè)計(jì)技術(shù)，是一款具有高性價(jià)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(guò)GPIB卡3與計(jì)算機(jī)1相連 接，另一方面頻譜儀2的輸入端通過(guò)前置放大器連接到一個(gè)近場(chǎng)探頭上。該頻譜儀2 —方 面用于接收近場(chǎng)探頭測(cè)得的電磁場(chǎng)信號(hào)，另一方面將接收到的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗笸ㄟ^(guò) GPIB卡3傳送給計(jì)算機(jī)1。因此，頻譜儀2是硬件系統(tǒng)的一個(gè)信號(hào)采集處理站。所述計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡3是由美國(guó)國(guó)家儀器 (NATIONALINSTRUMENTS，縮寫Ni)公司生產(chǎn)，型號(hào)為GPIB-USB-HS。該GPIB卡3—端連接計(jì) 算機(jī)1 一端連接頻譜儀2，是用于連接計(jì)算機(jī)1和頻譜儀2的總線接口，實(shí)現(xiàn)了頻譜儀2與 計(jì)算機(jī)1之間的信息交互。所述近場(chǎng)探頭和前置放大器4是該近場(chǎng)探頭是德國(guó)LANGER EMV-Technik公司生 產(chǎn)的，共有兩組七個(gè)，包括于PCB內(nèi)部干擾源定位的射頻近場(chǎng)探頭組(RFl)和低頻通用的低 頻(LF)選件組。在本實(shí)用新型中，只使用其中所述近場(chǎng)探頭組中的一個(gè)，該近場(chǎng)探頭固定 在三維機(jī)械掃描平臺(tái)8的三維移動(dòng)支架9上，輸出線纜連接到前置放大器上。它是用于逐點(diǎn)采集PCB等被測(cè)件的電磁輻射數(shù)據(jù)的工具。該前置放大器是德國(guó)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IOOKHz 3GHz ；該前置放 大器一端連接一近場(chǎng)探頭，另一端連接到所述頻譜儀2的輸入端；它可以將近場(chǎng)探頭測(cè)得 的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并放大，使頻譜儀2能夠采集到該微弱的電磁場(chǎng)信號(hào)。見(jiàn)圖2，所述以單片機(jī)為核心的控制電路5是以單片機(jī)為核心，其外圍電路主要 包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、ISP下載接口設(shè)計(jì)電路、JTAG仿真接口電路、電平轉(zhuǎn)換 電路、電機(jī)控制電路和光電開(kāi)關(guān)外圍電路等八個(gè)模塊。其中，該單片機(jī)型號(hào)為AVRATmega32 ； 該電源電路采用LM2576芯片；該復(fù)位電路由開(kāi)關(guān)、二極管、電阻和電容構(gòu)成；該晶振電路中 晶振為8MHz ；該電源電路、復(fù)位電路、晶振電路與單片機(jī)相連接構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，也 就是在這種情況下單片機(jī)可以正常運(yùn)行；ISP下載接口設(shè)計(jì)電路、JTAG仿真接口電路與單 片機(jī)相連接用于下載和調(diào)試程序時(shí)使用；該ISP下載接口設(shè)計(jì)電路不需要任何外圍零件， 只需要2女5插座直接與單片機(jī)相連接；該JTAG仿真接口電路由四只10電阻和2 * 5插 座構(gòu)成，并與單片機(jī)相連接；電平轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換從而用于串行通信；電機(jī)控制電 路(兩個(gè))與計(jì)算機(jī)IO 口相連接分別用于控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7 ；而光電 開(kāi)關(guān)外圍電路(兩個(gè))與單片機(jī)中斷輸入端口相連接，為單片機(jī)提供中斷信號(hào)從而產(chǎn)生外 部中斷。該以單片機(jī)為核心的控制電路5從計(jì)算機(jī)1串口接收控制指令并解析，從而驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7，實(shí)現(xiàn)了對(duì)掃描方式的控制。該電平轉(zhuǎn)換電路由電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容元器件構(gòu)成。該電機(jī)控制電路由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128及 芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容元器件構(gòu)成。該光電開(kāi)關(guān)電路由光電開(kāi)關(guān)及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容元 器件構(gòu)成。見(jiàn)圖3，所述三維機(jī)械掃描平臺(tái)8是由掃描測(cè)試平臺(tái)、三維移動(dòng)支架9、探頭夾 10、步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7(兩套)等部件構(gòu)成。其中，該掃描測(cè)試平臺(tái)是用來(lái)放置電 磁兼容掃描系統(tǒng)待掃描測(cè)試的被測(cè)件，如芯片、電路板、機(jī)箱、電纜等，是裝置對(duì)被測(cè)件進(jìn)行 自動(dòng)掃描的硬件基礎(chǔ)。該掃描測(cè)試平臺(tái)為尺寸800mmX600mmX IOmm的金屬板，掃描測(cè)試平 臺(tái)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(chǎng) 探頭三維移動(dòng)所能到達(dá)的區(qū)域，標(biāo)明了原點(diǎn)位置、X軸刻度、Y軸刻度以及以Icm為邊長(zhǎng)的刻 度方格，該有效掃描區(qū)域?yàn)?00mmX 400mm。該三維移動(dòng)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(duì)移動(dòng)；支臂12安裝在豎直支架11的前表面，可與豎直支架11相對(duì)移動(dòng)；倒U 形支架13可相對(duì)掃描測(cè)試平臺(tái)相對(duì)移動(dòng)。該倒U形支架13中橫梁與平臺(tái)的距離為300mm， 橫梁厚度50mm。近場(chǎng)探頭與掃描測(cè)試平臺(tái)的動(dòng)態(tài)距離為0 250mm，所述支臂12的高度為 300mm。該三維移動(dòng)支架9是用于帶動(dòng)近場(chǎng)探頭進(jìn)行三維移動(dòng)的裝置。其中，該探頭夾10， 如圖4所示，安裝在三維移動(dòng)支架9的支臂12上，用來(lái)固定近場(chǎng)探頭如圖5所示，并隨著三 維移動(dòng)支架9的移動(dòng)帶動(dòng)近場(chǎng)探頭在有效掃描區(qū)域內(nèi)進(jìn)行三維移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)探頭 對(duì)被測(cè)件的掃描功能。在近場(chǎng)探頭示意圖圖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(fèi)時(shí)間去選擇夾持位置。近場(chǎng)探頭為六棱柱形，根據(jù)這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)出符 合此形狀的探頭夾10，它不僅實(shí)現(xiàn)了固定探頭的基本功能，并且不會(huì)對(duì)探頭產(chǎn)生任何損害。 該步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置7是步進(jìn)電機(jī)為通用的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，共配置兩個(gè)，分別是42型(42BYG250BII)和57型(57BYG250AII)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)置在掃描平臺(tái) 內(nèi)靠近掃描平臺(tái)其一短邊那一側(cè)，并固定在掃描平臺(tái)的底板上，其軸與其傳動(dòng)裝置相連接。 步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，并且 步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。步進(jìn)電機(jī)是帶動(dòng)近場(chǎng)探頭行進(jìn)的原動(dòng)力。其 傳動(dòng)裝置為滾珠絲桿，一端連接到步進(jìn)電機(jī)的軸上，另一端固定在與該掃描平臺(tái)其一短邊 那一側(cè)相對(duì)的另一短邊那一側(cè)。該滾珠絲杠將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng) 三維移動(dòng)支架9及固定其上的近場(chǎng)探頭實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)。該三維機(jī)械掃描平臺(tái)8用于放置如 PCB板等被測(cè)物，并通過(guò)三維移動(dòng)支架9帶動(dòng)近場(chǎng)探頭進(jìn)行三維移動(dòng)，使近場(chǎng)探頭在一個(gè)有 限區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)PCB板被測(cè)件的自動(dòng)掃描。掃描控制軟件部分包括計(jì)算機(jī)1與頻譜儀2之間的通信程序；計(jì)算機(jī)1與單片機(jī) 之間的串行通信程序；單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序；數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序；面 向用戶的人機(jī)交互界面程序。見(jiàn)圖6，它們之間的連接關(guān)系是用戶通過(guò)所述面向用戶的人機(jī)交互界面程序輸 入頻譜儀的相關(guān)參數(shù)以及控制指令等和對(duì)單片機(jī)的控制指令以及掃描參數(shù)等；該計(jì)算機(jī)1 與頻譜儀2之間的通信程序把用戶輸入頻譜儀的相關(guān)參數(shù)以及控制指令等信息傳送給頻 譜儀2實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜儀2的控制并接收頻譜儀2的數(shù)據(jù)；該計(jì)算機(jī)1與單片機(jī)之間的串行通 信程序把對(duì)單片機(jī)的控制指令以及掃描參數(shù)等信息傳送給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的初始化 和控制并接收單片機(jī)的相關(guān)信息；單片機(jī)根據(jù)接收的計(jì)算機(jī)1的控制指令通過(guò)單片機(jī)控 制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)；計(jì)算機(jī)1把從頻譜儀2接收的數(shù)據(jù) 通過(guò)所述數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序進(jìn)行處理和顯示。所述計(jì)算機(jī)1與頻譜儀2之間的通信程序是這個(gè)通信過(guò)程的程序設(shè)計(jì)流程圖，如 圖7所示；它包括計(jì)算機(jī)1向頻譜儀2發(fā)送指令和計(jì)算機(jī)1讀取頻譜儀2的相關(guān)數(shù)據(jù)。所述計(jì)算機(jī)1與單片機(jī)之間的串行通信程序是計(jì)算機(jī)1與單片機(jī)之間的通信流 程圖，如圖8所示，它包括計(jì)算機(jī)1(即上位機(jī))方面的串行通信程序設(shè)計(jì)和單片機(jī)(即下 位機(jī))方面的程序設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)1作為上位機(jī)，人可以直接通過(guò)上位機(jī)發(fā)出操控命令給下 位機(jī)，且計(jì)算機(jī)1屏幕上顯示各種信號(hào)的變化；而單片機(jī)作為下位機(jī)，直接控制設(shè)備(步進(jìn) 電機(jī))和獲取設(shè)備(步進(jìn)電機(jī))狀況送給上位機(jī)。這一過(guò)程為上位機(jī)發(fā)出的命令首先給 下位機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備；下位機(jī)不時(shí)將設(shè)備 狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)1。下位機(jī)的程序包括主程序、串行中斷服務(wù)程序和外部中斷程序。 其中，主程序是對(duì)必要的端口、專用寄存器等進(jìn)行初始化，并等待串行中斷的到來(lái)，其流程 圖如圖9所示；而串行中斷服務(wù)程序具體完成對(duì)不同的通信指令進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)并對(duì)步進(jìn) 電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)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(lái)響應(yīng)光電 開(kāi)關(guān)斷“開(kāi)”這一機(jī)械動(dòng)作，其流程圖如圖11所示。所述單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序是主要包括脈沖輸入信號(hào)以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)和步進(jìn)電機(jī)方向控制信號(hào)以控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。該脈沖輸入信號(hào)，主要是通過(guò)循環(huán)語(yǔ)句 來(lái)實(shí)現(xiàn)；該步進(jìn)電機(jī)方向控制信號(hào)通過(guò)假設(shè)語(yǔ)句來(lái)實(shí)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(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)電磁輻射的顯示進(jìn)行設(shè)計(jì)，它數(shù)據(jù)處理包括提取數(shù) 據(jù)、將數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)插值平滑以及顯示等部分。[0076]所述面向用戶的人機(jī)交互界面程序是包括輻射情況卡、參數(shù)設(shè)置卡、幅度數(shù)據(jù) 卡、頻率數(shù)據(jù)卡、串口信息卡五個(gè)部分。該輻射情況卡是主界面的第一面板，其包括開(kāi)關(guān)按鈕、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口和輻射 圖顯示區(qū)域。該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示窗口由于在掃描過(guò)程中實(shí)時(shí)的現(xiàn)實(shí)每一個(gè)位置點(diǎn)的頻率和幅 度信息；該輻射圖顯示區(qū)域用來(lái)顯示掃描結(jié)束后形成的整體的電磁輻射圖。該參數(shù)設(shè)置卡是包括頻譜儀參數(shù)設(shè)置和掃描參數(shù)設(shè)置。該頻譜儀參數(shù)設(shè)置窗口 包括命令輸入窗口、設(shè)置掃寬、設(shè)置中心頻率等；該掃描參數(shù)設(shè)置包括分為整體掃描參數(shù)設(shè) 置、局部掃描參數(shù)設(shè)置、步長(zhǎng)設(shè)置等。該幅度數(shù)據(jù)卡是存儲(chǔ)并顯示各個(gè)位置點(diǎn)的幅度數(shù)據(jù)。該頻率數(shù)據(jù)卡是存儲(chǔ)并顯示各個(gè)位置點(diǎn)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(shè)置等參數(shù)。本實(shí)用新型一種電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置的掃描功能包括整體掃描、局部掃描和 自適應(yīng)掃描。其中，整體掃描是一種常規(guī)的掃描方法，即對(duì)整板進(jìn)行掃描，測(cè)試結(jié)果也是整 板的電磁輻射的情況；局部掃描，通常是用戶進(jìn)行整體粗掃以后或者用戶經(jīng)驗(yàn)判斷某一局 部區(qū)域是用戶所關(guān)心的區(qū)域，那么只需對(duì)這一所關(guān)心的區(qū)域進(jìn)行掃描，這樣可以減少掃描 時(shí)間，有效的提高了掃描效率；自適應(yīng)掃描是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種新型的掃描方式，使用 自適應(yīng)掃描也是減少掃描時(shí)間、提高掃描效率和結(jié)果精度的一種創(chuàng)新的實(shí)用的方法。下面 對(duì)自適應(yīng)掃描裝置進(jìn)行詳細(xì)描述本實(shí)用新型是一種電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置。在硬件方面(參見(jiàn)圖1)，自適應(yīng)掃 描裝置是計(jì)算機(jī)1、單片機(jī)、近場(chǎng)探頭、頻譜儀2和步進(jìn)電機(jī)之間進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)的過(guò)程。在 軟件方面，自適應(yīng)掃描裝置程序是結(jié)合C語(yǔ)言程序和虛擬儀器程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型所述的自適應(yīng)掃描裝置程序是結(jié)合計(jì)算機(jī)1與頻譜儀2之間的通信程 序、計(jì)算機(jī)1與單片機(jī)之間的串行通信程序、單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)處理 分析并顯示的程序協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的。所述自適應(yīng)掃描裝置程序?qū)崿F(xiàn)流程圖如圖12所示。在所 述自適應(yīng)掃描過(guò)程中，探頭行進(jìn)步長(zhǎng)是“自適應(yīng)”的，它根據(jù)上兩次數(shù)據(jù)結(jié)果的比較而對(duì)本 次的步進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整(變大、變小或者不變)。探頭的行進(jìn)路徑仍然為蛇形路徑， 見(jiàn)圖13中D。所述自適應(yīng)掃描過(guò)程中探頭的行進(jìn)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(cè)件，黑點(diǎn)C表示探頭欲停留位置。在掃描以前將PCB板等被測(cè)件的一個(gè)端點(diǎn)與掃描區(qū) 域零點(diǎn)重合，按照如圖13所示方式放置PCB板等被測(cè)件。掃描從零點(diǎn)開(kāi)始以特定步進(jìn)按照 蛇形路徑(見(jiàn)圖13中D)進(jìn)行逐點(diǎn)讀取電磁場(chǎng)信息，當(dāng)根據(jù)前面的測(cè)量所得的電磁輻射值 相差較大時(shí)，調(diào)整步進(jìn)使長(zhǎng)度變小，如圖13中8 14區(qū)域；當(dāng)根據(jù)前面的測(cè)量所得的電磁 輻射值相差較小時(shí)，調(diào)整步進(jìn)使長(zhǎng)度變大，如圖13中14 18區(qū)域。本發(fā)明所述的該自適應(yīng)掃描裝置，其操作使用方法的實(shí)現(xiàn)流程如圖12所示，實(shí)現(xiàn) 步驟如下首先，計(jì)算機(jī)1根據(jù)用戶輸入的參數(shù)得到掃描范圍、步進(jìn)長(zhǎng)度等掃描信息；第二步，計(jì)算機(jī)1根據(jù)掃描信息生成相應(yīng)的行進(jìn)指令發(fā)送給單片機(jī)；第三步，單片機(jī)根據(jù)相應(yīng)的行進(jìn)指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)做相應(yīng)的動(dòng)作；第四步，近場(chǎng)探頭在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下行進(jìn)，定位以后測(cè)量該位置的電磁輻射[0090]第五步，頻譜儀2接收到近場(chǎng)探頭測(cè)量得到的電磁輻射值，并且計(jì)算機(jī)1接收頻譜 儀2得到的電磁輻射值；第六步，計(jì)算機(jī)1判斷是否超出掃描范圍，若沒(méi)有，比較分析測(cè)量得到的電磁輻射 值，從而根據(jù)分析調(diào)整步進(jìn)長(zhǎng)度，然后重復(fù)第二步；若超出掃描范圍，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示， 然后結(jié)束程序。見(jiàn)圖14，在自適應(yīng)掃描裝置中，下位機(jī)要不斷地接收上位機(jī)發(fā)送的攜帶不同步進(jìn) 長(zhǎng)度信息的指令，從而根據(jù)不同的指令不斷地去重新驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，使探頭可在同 一次掃描過(guò)程中實(shí)現(xiàn)步進(jìn)長(zhǎng)度可調(diào)整的掃描形式。見(jiàn)圖15，上位機(jī)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(jìn)行比對(duì)分析，從而調(diào)整下一次掃描需要的步進(jìn)長(zhǎng)度信息，得到新的掃描信息，整合新 的指令發(fā)送給下位機(jī)。
權(quán)利要求一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)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(gòu)成；硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、頻譜分析儀、計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡、近場(chǎng)探頭和前置放大器、以單片機(jī)為核心的控制電路、連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB 串口線、步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置和三維機(jī)械掃描平臺(tái)；它們之間的位置和連接關(guān)系是該計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB卡連接到頻譜分析儀上，該頻譜分析儀的輸入端通過(guò)前置放大器連接到近場(chǎng)探頭上，該近場(chǎng)探頭固定在三維機(jī)械掃描平臺(tái)的三維移動(dòng)支架上，該計(jì)算機(jī)通過(guò)USB 串口線連接到以單片機(jī)為核心的控制電路，該以單片機(jī)為核心的控制電路連接步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置，該步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置與三維機(jī)械掃描平臺(tái)的三維移動(dòng)支架相連接，該以單片機(jī)為核心的控制電路內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)內(nèi)，一套步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)內(nèi)，另一套步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置，其傳動(dòng)裝置內(nèi)置在三維機(jī)械掃描平臺(tái)內(nèi)，而步進(jìn)電機(jī)外露；所述計(jì)算機(jī)是采用Windows XP系統(tǒng)的Dell家庭臺(tái)式機(jī)，該計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB卡連接到頻譜分析儀上，通過(guò)USB 串口線連接到以單片機(jī)為核心的控制電路；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(guò)GPIB卡與計(jì)算機(jī)相連接，頻譜儀的輸入端通過(guò)前置放大器連接到一個(gè)近場(chǎng)探頭上；所述計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡是型號(hào)為GPIB USB HS；該GPIB卡一端連接計(jì)算機(jī)，另一端連接頻譜儀；所述近場(chǎng)探頭和前置放大器是該近場(chǎng)探頭是德國(guó)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(chǎng)探頭組即RF1和低頻通用的低頻選件組即LF；本實(shí)用新型只使用其中近場(chǎng)探頭組中的一個(gè)，該近場(chǎng)探頭固定在三維機(jī)械掃描平臺(tái)的三維移動(dòng)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(guó)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(chǎng)探頭，另一端連接到頻譜儀的輸入端；所述以單片機(jī)為核心的控制電路是以單片機(jī)為核心，其外圍電路主要包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、ISP下載接口設(shè)計(jì)電路、JTAG仿真接口電路、電平轉(zhuǎn)換電路、電機(jī)控制電路和光電開(kāi)關(guān)外圍電路八個(gè)模塊；其中，電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、ISP下載接口設(shè)計(jì)電路、JTAG仿真接口電路與單片機(jī)相連接，兩個(gè)電機(jī)控制電路與計(jì)算機(jī)IO口相連接；而兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)外圍電路與單片機(jī)中斷輸入端口相連接；該電平轉(zhuǎn)換電路由電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容構(gòu)成；該電機(jī)控制電路由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片THB6128及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容構(gòu)成；該光電開(kāi)關(guān)外圍電路由光電開(kāi)關(guān)及芯片標(biāo)識(shí)的電阻、電容構(gòu)成；該復(fù)位電路由開(kāi)關(guān)、二極管、電阻和電容構(gòu)成；該ISP下載接口設(shè)計(jì)電路只需要2＊5插座直接與單片機(jī)相連接；該JTAG仿真接口電路由四只10電阻和2＊5插座構(gòu)成，并與單片機(jī)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(jī)型號(hào)為AVR ATmega32；所述連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB 串口線是USB轉(zhuǎn)串口的線纜，一端為USB接口，另一端為九針串口接口；所述步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置是該步進(jìn)電機(jī)為通用的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，共配置兩個(gè)分別是42型即42BYG250BII和57型即57BYG250AII步進(jìn)電機(jī)；步進(jìn)電機(jī)內(nèi)置在掃描平臺(tái)內(nèi)靠近短邊那一側(cè)，并固定在掃描平臺(tái)的底板上，其軸與其配套的傳動(dòng)裝置相連接；該傳動(dòng)裝置為滾珠絲桿，一端連接到步進(jìn)電機(jī)的軸上，另一端固定在掃描平臺(tái)短邊那一側(cè)相對(duì)的另一側(cè)；所述三維機(jī)械掃描平臺(tái)是由掃描測(cè)試平臺(tái)、三維移動(dòng)支架、探頭夾、步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置部件構(gòu)成；該掃描測(cè)試平臺(tái)是800mm×600mm×10mm的金屬板；該三維移動(dòng)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，該支臂安裝在豎直支架的前表面，該探頭夾安裝在三維移動(dòng)支架的支臂上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該計(jì)算機(jī)數(shù)量為1臺(tái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該頻譜分析儀數(shù)量為1臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡為1個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該近場(chǎng)探頭和前置放大器數(shù)量為一套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該以單片機(jī)為核心的控制電路數(shù)量為一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線數(shù)量為一個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置數(shù)量為兩套。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，其特征在 于該三維機(jī)械掃描平臺(tái)數(shù)量為一臺(tái)。
專利摘要本實(shí)用新型一種用于近場(chǎng)測(cè)試的電磁兼容自適應(yīng)掃描裝置，它由硬件系統(tǒng)和掃描控制軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)一臺(tái)、頻譜分析儀一臺(tái)、計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀通信的GPIB卡一個(gè)、近場(chǎng)探頭和前置放大器一套、以單片機(jī)為核心的控制電路一個(gè)、連接計(jì)算機(jī)與控制電路的USB-串口線一個(gè)、步進(jìn)電機(jī)及配套的傳動(dòng)裝置兩套和三維機(jī)械掃描平臺(tái)一件；掃描控制軟件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)與頻譜儀之間的通信程序；計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信程序；單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序；數(shù)據(jù)處理分析并顯示的程序；面向用戶的人機(jī)交互界面程序。本實(shí)用新型構(gòu)思科學(xué)，結(jié)構(gòu)新穎，提高了掃描效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，它在電磁兼容近場(chǎng)測(cè)試領(lǐng)域里具有實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01R29/08GK201681125SQ20092035065
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者付路, 戴飛, 王方明, 蘇東林, 謝樹(shù)果, 閻照文 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)