附 录1 42
附 录2 43
攻读学位期间取得的研究成果 44
网络学院毕业论文独创性声明 45
绪论
1.1论文的选题意义/背景及目的
随着国内地产行业的不断发展，照明行业也在迅速发展，能源问题日益严峻。在建筑物中，电能的消耗占百分之六十至百分之八十左右，其中照明的占用量是总电量的百分之十至百分之二十。随着建筑物保温隔热的性能提高和其他供暖以及供冷措施的使用，照明用电占用比例会继续上升，由此市场上出现了各种类型，极具特色的灯光控制器和与之配套的系统应运而生。
在新灯光控制器的研发或制造环节，衡量其功能的强弱，离不开大量数据的测量和分析。传统的测试手段一般是人工测试，测试人首先经过调节、通电、预热、测量、读数、记录、在调节等等一系列步骤，每个步骤需要测量人员亲手操作和记录测试结果。测试结束后需要手动把测试数据逐个的录入电脑，最终形成完整的测试报告。由于是人工测量，难免会有意想不到的错误，手动录入大量的数据又会增加出错的概率。这样花大量人工和时间形成的测试报告，准确度大打折扣，影响最终产品的导入和量产时间。
为了弥补传统测试环节的各种问题点，在满足测试过程的稳定性、收集测试数据的即时性和测试数据可追溯性的前提下，应该利用现有的技术，发挥自动化测试的优势。自动化测试系统具有快捷的自动化测试、低维护成本和执行成本、高准确性和稳定性等优点。该测试系统建成后将在很大程度上提升测试的效率、节约大量的报告编辑时间，从而缩短从检测到出具报告所需的时间，提高报告的准确度，更好的满足客户的需求。同时还能解放相关技术人员，使其有更多的精力投入到别的更有意义的事情上去。而对于生产线来说，测试要对最终的产品质量承担责任，开展自动化检测后，测试数据和结果将由系统自动备份在数据库中，能在一定程度上规避人为原因导致的数据错漏的可能，增强检测数据的可靠性、真实性，同时自动化测试能够规范研发阶段相关项目的测试方法，减少测试人员手工测试时对标准理解不一致导致的差错，最终能够起到降低测试风险的作用。
1.2国内外研究现状分析
目前国内外有许多组织和单位都在在从事关于功能测试系统方面的研究，尤其是一些仪器生产或者销售公司做的比较多。其中国外从事这方面研究做得比较成熟的是福禄克（Fluke）公司，该公司主打软件产品 MET/CAL 测试软件目前已经发布并对外销售，该软件程序语言简单、易懂、易学，人机界面统一美观等特点。但是拿到该软件之后并不能直接使用，还是需要对其进行修改，并且对其证书的模板也要进行相应的修改，另外对标准设备也有一定的要求。该软件的价格十分昂贵，并且无法将我们现有的一些测试软件与之合并，因此在我们这边适应性不强。因此，国外厂家或者机构的开发的测试软件在我国适用性不强。
在国内对灯光控制器进行自动测试系统开发的单位比较多，主要集中在长三角和珠三角周边，他们有丰富的开发经验。像科立电子有限公司，苏州聚点科技有限公司，上海顺诠达设备有限公司等，他们都是拥有十多年的项目经验。目前他们使用比较流行的NI公司出品的LabVIEW测试平台进行软件开发，LabVIEW在低成本的解决方案中也有其绝对的优势。例如，音频测试，射频测试，温度测试和嵌入式开发设计等领域中，该程序以其开发周期短，效率高，成本低的优势，已经被越来越多的中小型企业所采用和认可。
总的来说国内对自动化功能测试系统的研究和使用起步较晚，理论基础和技术力量还比较薄弱，和国际水平有一定的差距。相信在不久的将来，国内对功能测试系统方面的研究一定会赶上并超过世界平均水平。
1.3论文的主要工作内容
本课题来源于作者在工作时的一个项目，该项目的目的是把灯光控制器功能测测试方法由手动测试改为自动测试。为此本文的主要工作内容如下：
熟悉灯光控制器的工作原理，深入了解测试需求；
选择合适的软件开发平台，利用平台能提供的各种功能进行优化设计；
设计测试系统的硬件方案，选择合适的硬件和设备；
设计测试系统的软件方案，选择使用的软件架构；
软件与硬件相结合，制作底层程序模块；
测试系统实测与验证。
综上共六个大环节，每个环节并不是相互独立，有些工作需要多人配合，协助完成。各个环节的详细架构和设计方法将在论文正文中给与详细解释。
功能测试系统开发关键技术
2.1灯光控制器的工作原理和应用场景
不断发展的能源法规、变革的照明技术和高性能建筑都需要强大、灵活的解决方案。适应性数字照明管理(DLM)技术平台为每个开关、插座和照明负载提供控制基础设施，以实现最佳的能源性能，提供解决方案，以满足每座建筑和空间的有线或无线需求。
LMRC-110系列室内控制器包括一个或两个继电器开关总功率为10安培，是一种高效率的开关电源和双0-10伏输出每继电器控制可调光负载，包括兼容的LED驱动或电子镇流器。它们是数字照明的基础管理(DLM)系统，并允许入住一体化传感器、采光控制和节能开关控制。Plug n’Go自动配置DLM房间控制器管理插拔式自动系统的基础上建立功能安装组件。当房间控制器连接上时只有对占用传感器，系统默认为自动开/关操作。如果一个墙壁开关加到一个有开关的系统中加载，加载默认为手动开启/自动关闭操作。如果有一个墙壁开关和多个负载，负载1打开自动加载，而附加加载默认为手动加载控制;所有负载自动关闭。在系统启动时,默认的调光参数包括:亮度场景预置1-4;褪色;衰减和渐变速率。
LMRC-110系列房间控制器操作在一个120或277电压，10安培饲料和提供2类电源的传感器和交换机通过DLM本地网络。一旦通电，Plug n’Go会自动配置大部分系统组件节能的操作。然后房间控制器变暗或开关照明或电机负载，以响应输入从通信设备。当一个调光输入被接收时，当调暗电平上升到零以上时，继电器开关打开当它达到零时关闭，以协调控制电源和0-10伏的信号到负载。他们也监控电流的抽取的总连接负载。每个房间控制器存储多达16个场景预置水平为每个模糊输出。此外,可以使用LMCT-100-2无线配置工具加载配置。房间控制器包括电路打开他们的0-10V信号失去LMRC的电源，所以任何单独供电的镇流器或驱动连接到0-10V线将达到最大亮度。
LMRC-110系列房间控制器是理想的单或多个区域开/关或调光控制应用程序，包括私人办公室、开放式办公室、会议室和教室。计量模型帮助设施管理人员进行跟踪建筑物用于照明或其他负荷的电力使用。DLM局域网的公开需要网桥(LMBC-300)电源测量读数到一个段管理器或BAS。
2.2软件开发环境选择
本文所述的功能测试系统软件是用 NI 公司开发的虚拟仪器软件LabVIEW 作为开发环境完成的，是图形化的编程语言，软件编制过程易懂简单，快捷方便。 当前主流虚拟仪器的编程语言有两种，通用编程软件和专业图形化编程软件。前者的典型代表有 Visual C++、Visual Basic、C 、Delphi 等；后者的典型代表有 NI 公司的 Lab VIEW 和 HP 公司VEE、Iotech 公司Dasylab、HEM 公司Snap-Master 等。
根据灯光控制器功能试软件开发需求分析，要求开发环境具备如下特点：
1. 可以方便快捷地编程，编程语言易于理解和修改；
2. 对界面程序的设计扩展能力强，开发出来的软件界面易于人机交互，能模拟各种复杂仪器前面板；
3. 数据可视化的分析能力强，开发的程序内需要配备仪器和总线的接口驱动程序资源丰富。
虚拟仪器开发过程中使用图形化编程语言更为适合。而美国 NI 公司的虚拟仪器开发软件 LabVIEW 作为开发环境，从编程思路来说 LabVIEW 与其他语言基本一致，但是作为一种图形化编程语言，相比文本编程语言还是具有其自身的独特性，具有以下特点，具体表现如下：
1. LabVIEW 提供可视化的人机界面，基本 “所见即所得”。
2. 在进行开发和调试过程中，LabVIEW 可以使用高亮执行、单步运行、设置断点等手段。
3. LabVIEW 采用数据流的编程模式，按需将多个并行节点运行于不同线程，且自动多线程运行。
4. LabVIEW 应用程序自带 PCI、GPIB、DAQ、VXI、PXI、RS-232 等各种通信总线标准功能函数，支持的硬件模块种类广泛、类型多样，包括数据采集卡、VXI 仪器、总线以及特殊硬件板卡等。
5. LabVIEW 软件的对外接口功能强大，常用应用软件（如 Word、Excel、记事本等）均可通过外部接口调用，也可以加载 DLL 调用其他编程语言的编写模块。
6. LabVIEW 具有强大的互联网功能，支持各种联网通信协议，自带了 TCP/IP、Active X、DDE 标准函数库，对于远程测控开发极为便利。
7. 可在多种操作系统平台之间互相移植。
因此本自动化测试软件最终选用了 NI 公司的虚拟仪器开发软件LabVIEW 作为开发平台和开发环境，主要是基于以下原因：
1. LabVIEW 已作为一种业界认可的语言广泛应用于测试系统设计研究，在测控领域优势明显。这种语言本身就是由 NI 公司为测量仪器所开发，在测试测量领域广泛应用。正因为其应用广泛，所有主流仪器厂商在其产品出厂时都配备了专门的 Lab VIEW 驱动程序，便于 LabVIEW 程序实现对这些硬件设备的控制。
2. LabVIEW 应用程序开发界面直观强大，各种测控领域所需工具包和模块一应俱全。在虚拟仪器程序开发过程中用户只需简单调用软件自带的工具包函数，即可快捷组建各个程序模块，对项目开发进度带来的好处不言而喻。据统计LabVIEW 语言的开发效率是普通文本语言开发效率的十倍以上。
3.本灯光控制器功能测试系统的主要任务是用于数据采集和数据传输。而LabVIEW 在调用数据采集和通信板卡等各类函数方面优势巨大，此外对以太网通信也有专用工具包进行支持，对测试系统网络化研究有帮助。
4.本灯光控制器功能测试系统要求对数据实时处理、实时传输，LabVIEW的数据流编程模式和多线程运行方式能大幅加快程序执行速度，提高程序运行效率，满足本系统数据实时处理和传输的要求。
有鉴于此，本自动化测试软件最终采用了 LabVIEW 的开发环境。
2.3虚拟仪器开发技术概述
为了提高产品质量，缩短开发周期并提高产品可靠性，1986 年，美国国家仪器公司（National Instrument NI）的工程师开发出一款实用的虚拟仪器可视化编程软件 LabVIEW。此款软件的普及，使得工程师和科学家不必将时间和精力放在仪表的控制和算法的实现，而可以专注于他们所研究的领域，这就解放了过程人力，以尽快取得成果。时至今日，LabVIEW 已经占据虚拟仪器可视化编程的半壁江山。
在企业里，工程师们更是利用 LabVIEW 编写出众多大型的测试测量软件系统。由于 LabVIEW在测试测量领域的强大优势，在众多行业里都得到了极大的发展，包括航空航天，汽车制造，通信电子，医疗行业，石油电力，新能源，等等领域里都有大量的优秀企业投入大量人力财力进行相关研究。
在汽车行业，科技含量越来越高，一台汽车往往集成了成百上千个传感器，这就需要汽车的电子控制单元(ECU)具有更快的处理速度和更强大处理能力。同时配置越来越高，汽车和驾驶者的交互也越来越多，这就使得 ECU 的接口增加，能够响应用户的指令增加。为此，ECU 的性能测试便显得尤为重要。
LabVIEW 在医疗行业也有很大的发展，位于悉尼的 Cochlear 公司发布的一款植入式助听器，这在业界内取得很大反响，该产品的测试平台便是采用 NI 的软硬件来完成。该测试平台采用 LabVIEW 开发的测试软件不仅可以选择测试序列，监控测试过程，也可以自动生成测试报告，并将测试数据写到资料库里，以备日后查询分析。
LabVIEW 编程不仅可以应用于大型的测试、测量和数据分析系统中，在低成本的解决方案中，LabVIEW 也有其绝对的优势。例如，音频测试，射频测试，温度测试和嵌入式开发设计等领域中，用 LabVIEW 开发的程序以其开发周期短，效率高，成本低的优势，已经被越来越多的中小型企业所采用和认可。
本项目搭建了一套小规模的自动化测试平台实现了数据的获取，还研究了基于 LabVIEW 的文件产生调用和数据储存技术，最终结合软件在数据处理方面的优势，设计出一套数据查询和报告生成系统，方便日后查找和分析数据。
2.4 软件开发技术关键
2.4.1 LabVIEW 设计模式
在 LabVIEW 程序设计中，一种具有灵活的配置功能，被广泛使用的程序模块与架构被称为 LabVIEW 设计模式。LabVIEW 设计中，常用以下三种模式： 队列消息处理器模式，简单状态机模式，操作者框架模式
队列消息处理器模式，如图 2-1所示
图 2‑1 队列消息处理器模式
这是“队列消息处理器”设计模式。“事件处理循环”按用户界面的发生的操作生成各种消息。“消息处理循环”对“事件处理循环”或其他消息生成的消息进行处理。消息内容为字符串值，因此很容易将新消息添加至“消息处理”循环的“消息分支”条件结构。每个消息簇还可选择性地为消息数据提供一个变体，变体数据可以转换为消息数据所需要的任意类型。
简单状态机模式，如图 2-2所示
图 2‑2 简单状态机模式
条件分支的每个分支执行其对应状态的代码，并计算将要转移的下一个状态。状态用枚举值表示。这些枚举值是自定义类型的实例，便于快速添加状态。如需修改自定义类型，可右键单击某个枚举值并选择打开自定义类型。如出现错误，则状态机将停止执行。如需按更高级方式处理错误，可添加一个“错误”状态，用于对其他状态中出现的错误进行处理。
操作者框架模式，如图 2-3所示
图 2‑3 操作者框架模式
“操作者框架”模板创建的LabVIEW应用程序可包含多个需要互相进行通信的独立任务。该框架专门设计用于解决常见开发情形中遇到的问题：扩展功能或添加其他处理时需要大量复制代码。
每个操作者被定义为一个LabVIEW类，启动操作者的一个实例可实例化LabVIEW类，操作者实例由LabVIEW对象表示。基础操作者类（“操作者”）的所有子孙类都包含“操作者核心”方法。最早的实现Actor.lvclass:Actor Core.vi作用相当于一个队列消息处理器。该VI接收并响应系统中其他操作者发送给它的消息和数据。但由于操作者是LabVIEW类，因而比传统的队列消息处理器更容易重复使用和扩展。
操作者之间的通信线路总是构成一棵层次树。通常在“操作者框架”应用程序中，一个小型stub VI启动一个根操作者。该操作者成为一个或多个嵌套操作者的调用方操作者。每个嵌套的操作者可能启动它自己的嵌套操作者，依次类推。“调用方至操作者”关系和操作者层次树是“操作者框架”应用程序涉及的基础。通常情况下，一个操作者只能和它的调用方，或者它自己的嵌套操作者通信。National Instruments建议避免在操作者层次树中建立任何直接通信。但某些情况下，在层次树中建立跨越节点的直接通信可提高性能。
2.4.2 LabVIEW 界面设计
程序界面美感和实用性取决于开发者如何进行界面构图和布局，这些工作包括了控件设计、位置的摆放、简洁性等因素。开发出来的程序界面最终就是软件的前面板，设计的概况基于如下原则：
1. 直接操作原则：在 LabVIEW 程序中提供了可视化的人机界面，基本上“所见即所得”，以此原则进行仪器面板设计。在自动化测试软件开发过程中，需要将灯光控制器的测试、测量和操控所需的输入和输出单元分布在软件前面板上，包括了表格，按键，指示灯等单元。在验证过程中可以用鼠标直接对这些控件进行操作。
2. 前面板简洁原则：软件面板的设计和布局应该简明扼要，便于理解。若因为虚拟仪器功能复杂，可以用拆分为多个分面板的形式将关联控件布到不同的分面板。
3. 重要性原则：按访问频率和重要性进行控制和显示单元布局，最显眼的位置放置最重要和最频繁访问的单元，以此类推。
4. 控件形象选择与注释原则：本控制器功能自动化测试软件对容易引起误解的控件进行标注。在设计控件的前提下，对部分控件标识文字提醒，防止误操作。
软件前面板的设计对于功能来说，需具备良好的实用性和有较高的工作效率；对于使用方面，要易学易记；对于效果来说，最好能有引人入胜令人满足的效果。为了达到以上目标效果，本软件开发过程中从如下五个方面来创建美观的 LabVIEW 软件界面。
1) 颜色
颜色搭配以清淡的基调为主，对需要强调的部分使用鲜明易引起用户注意力的颜色，巧妙的使用颜色对桌面控件进行归类可以增加整个界面的可读性，如图 2-4 所示。
图 2‑4 使用颜色对桌面空间进行分类
2) 控件
LabVIEW 提供了很多样的控件版式，如果想进一步的美化话，可在其控件基础上修改，或者使用贴图和控件模板创建自定义控件。还可以使用 ActiveX 控件，扩展 Lab VIEW 的显示方式和效果，如图 2-5 所示。
图 2‑5 自定义控件
3) 布局
最重要的放在最显眼的地方，大部分人的阅读习惯为（左->右，上->下），所以最特定的部分放在左上角。熟练使用布局工具，使控件对齐、等间隔等。使用装饰与选项卡和子 VI 对控件进行归类，如图 2-6 所示。
图 2‑6 归类后布局图
4) 体验性
完美的体验性体现在“用户上手直接就能使用”。增加控件的说明有时能帮助用户更好的使用程序。某些情况设定鼠标的状态为繁忙可以防止用户误操作。
5) 界面模式
界面可以分为仪器型界面、测试平台界面和 Windows 平台界面。界面设计可以遵循以下原则：合理的功能设计、强调可用性和尽可能给使用者带来愉悦。对于我们经常使用的测试平台界面来说，应当多使用自定义控件和子面板。
2.5 本章小结
本章对本自动化测试系统软件的测试对象进行了系统地阐述和分析，对软件开发所涉及的软硬件技术进行了列举，对关键进行了介绍。下文将引入本文主题内容，对软件的具体设计和开发过程进行介绍和阐述
功能测试系统需求分析
3.1灯光控制器主要测试项目
本功能测试系统是为LMRC-110系列房间控制器设计的，以下以其中型号为LMRC-112的控制器为例子做介绍，跟普通的电源模块测试方法类似，以下简要介绍一些主要测试项目。
1.上电检测；
由继电器控制给控制器上电后，会通过数据线对外发射一组数据，同时产品上红色LED会闪烁。需要判断LED发光的频率和颜色。
2.按键检测；
控制器有3个按键，每个按键有独立的功能，需要分别按动每个按键，判断是否有对应的功能出现。比如按键按下后对应的负载灯状态会发生改变，对应蓝色指示灯会跟随负载灯的状态发光或熄灭。
3.电压检测；
控制器有6组电压输出，最大电压约25V。每路电压值在不同的状态下会有不同的变化。通讯线电压范围值14.5~15.5V；产品输出电压范围值23.5~24.5V；4组调光电压范围值0~10.5V。
4.校准电路检测；
产品通过测试探针跟零点校准功能检测电路相连接，在执行零点校准时获得所需要的反馈电路。
5.零点检测；
通过波形采集模块，获得负载灯在亮起一瞬间的波形，通过软件算法判断，得到需要的测试值。
6.通讯检测；
通过数据线和数据转换模块与电脑通讯，进行数据交换。把产品的序列号和日期代码等相关信息存储到产品的芯片中。
3.2灯光控制器测试软件需求分析
功能测试系统需要的测试信号中有数字输出信号16个，数字输入信号8个，模拟量输入信号6个。本功能测试系统为了灵活运用、方便扩展需使用统一的测试架构。为了适应增加或减少测试项目，需使用统一的测试项目编号。为了方便追踪被测品的测试信息，测试数据需要完整的保留。除上述以外，整套测试系统需要具有手动测试、三色灯标识状态、打印等功能。程序框图如图3-1所示
图 3-1 灯光控制器功能测试系统主程序框图
控制器功能测试系统的测试软件作为整个测试系统的核心。对于自动化测试软件要求其性能突出、灵活性高、功能完成，对控制器整个性能指标的测试覆盖率高，测试完整全面，其主要的测试任务包括以下及方面：
1. 自动测试：自动测试依据预设的测试流程对各技术指标进行测试，完成测试数据的分析判别后形成测试结果，并对测试结果显示输出和存储。
2. 手动测试：手动测试在控制器调试、排除故障过程中使用，可有选择性地对各类技术指标、参数进行独立测试，以实现故障定位。本功能只能由现场测试工程师或技术员负责操作。
根据上述要求，本自动化测试软件需求分析结果如下：
1. 通讯功能：具备 ModBus总线通讯功能，可控制和监测数据采集卡数据；具备RS232总线通讯功能，可控制示波器设置或读取数据。
2. 数据采集功能：用于采集 16个数字输出口和8个数字输入口，分别对应不用的控制机构。
3. 模拟量测量功能：可进行模拟量测试，最大测量范围大于25V，分辨率小于0.01V。
4. 数据处理功能：根据每个测试项目在测试过程中进行数据分析、处理和测试结果判别，并以各种波形显示处理，使操作者判断导引头性能状态。
3.3本章小结
本章按软件研制任务书的要求对本自动化测试软件的测试需求进行了详细分析，针对不同的测试项目和测试功能进行了细致地描述，形成了软件设计和开发的初步思路。下一章将对软件的具体设计过程展开描述
