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基于虚拟仪器技术的手机翻盖耐久性测试系统
A Cell Phone Hinge Test System Based on
Virtual Instrument Technology
（上海聚星仪器有限公司， 上海 200437） 徐达1 周毅
摘要：本文介绍一种手机翻盖耐久性测试系统。该系统由National Instruments 公司的
PXI-8186 控制器、PXI-7344、UMI-7764、YASKAWA 公司的SGDL-04AS 伺服单元和
SGML-04AF12 伺服电机以及基于虚拟仪器的用户界面组成。该测试系统使用虚拟仪器使系
统规模最小化，提高系统的稳定性且易于维护和扩展，操作界面友好。
关键词：虚拟仪器；测试系统；伺服单元；伺服电机
Abstract: A cell phone hinge test system is provided. This system is composed of NI PXI-8186
Controller, NI PXI-7344 Motion Controller, UMI-7764, YASKAWA SGDL-04AS Servo Pack,
YASKAWA SGML-04AF12 Servo Motor and user interface based on virtual instrument
technology (Labview). Virtual instrument technology minimizes the system and enhances stability.
The system also has a friendly user interface and is easy to be upgraded.
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor
手机翻盖耐久性测试即将待测翻盖手机重复开合预设的次数，然后观察手机的各部分
性能是否完好，这在翻盖手机的生产过程中是相当重要的一环。以往采用气动方式的系统运
行速度较慢（约为每2 秒1 次）且操作界面不够友好。本文介绍的基于虚拟仪器技术的手机
翻盖耐久性测试系统采用NI Motion 控制模块控制伺服电机进行驱动，运行速度可达到原来
的4 倍多且同时可对4 部手机进行测试，而采用National Instruments公司的虚拟仪器
（LabVIEW）进行开发，使操作界面非常友好。
在测试过程中操作人员针对每批不同型号的手机在初次测试时可使用微调功能将各个
参数调整至理想值，并且可将这些参数存成相应的配置文件以备以后测试同样型号手机时使
用，这样大大减少了每次测试时的重复操作，提高了系统的自动化程度。
1. 系统原理及概述
1.1 运动控制原理
运动控制的原理简单来说即由运动控制模块发出控制信号，如脉冲信号和模拟电压量
等，这两种控制信号分别对应于位置控制模式和速度控制模式，伺服电机在相应的模式下接
收到控制信号便能按照预定的方式运动。但是电机的运动存在误差，特别在模拟的速度控制
模式下，因此需要电机发出编码信号反馈到运动控制模块，使运动控制模块能够根据实际的
运动情况做出相应的补偿来消除累计误差，这一点对于本系统这样需要长时间连续运行的系
统来说尤为重要。下图为运动控制的简单原理示意图：
1 作者简介：徐达（1981—），男，复旦大学硕士研究生，主要研究方向为信号处理和信号测量；周毅（1978
—），男，华中科技大学硕士研究生，主要研究方向为虚拟仪器。
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驱动
编码
信号
控制
信号
运动控制模块
伺服单元 伺服电机
图1 运动控制原理示意图
1.2 系统概述
本系统利用NI Motion 控制模块对伺服电机运动进行速度控制，按照用户设置的参数驱
动相应的拨片、拨杆控制手机翻盖的开合。整个系统框图如图2所示：
控制信号
运动控制
模块
PXI
控制器
测试
平台
限位信号和
电机编码信号
Motion
控制器
PXI-7344
UMI
7764
伺服
单元
伺服
电机
图2 手机翻盖耐久性测试系统框图
整个系统由两部分组成：运动控制部分和测试平台部分。运动控制部分由NI PXI控制
器和运动控制模块NI PXI-7344 发出运动控制电压信号V-REF，通过NI UMI 7764 接至伺服
电机驱动器。测试平台部分包括两套独立的平台，每套平台有一组电机控制4 台待测手机翻
盖的开合（见图3）。全部4 台电机的控制信号分别由NI PXI-7344 的4 轴提供。每台电机上
均有编码信号反馈至运动控制模块以形成闭环控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit
信号反馈至运动控制模块用以确定系统的初始位置以及防止电机运动超出极限位置。
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伺服电机
A
伺服电机
B
手
机 A
手
机
B
手
机
C
手
机
D
图3 测试平台示意图
2. 硬件连接
硬件配线包括伺服单元与伺服电机的连接、运动控制模块与伺服单元的连接。其中伺
服单元与伺服电机的连接有专用的电缆和相应的端子定义，与伺服单元和伺服电机的的类型
有关。下图是运动控制模块与伺服单元的连接以及限位信号的连接图：
GND
Index
Encode B
Encode A
Analog GND
Analog Out
GND
+5V
Reverse Limit
GND
+5V
Forward Limit
UMI-7764
Limit (1)
+5V (2)
GND (3)
Limit (1)
+5V (2)
GND (3)
V-REF (3)
V-REF 0V (4)
PAO (20)
PBO (22)
PCO (24)
PG 0V (19)
前向限位信号
后向限位信号
控制信号和
编码信号
图4 运动控制模块与伺服单元及限位信号连接示意图
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3. 软件结构和功能
整个软件是在National Instruments公司的面向对象的图形化编程语言LabVIEW 7.1下开
发完成的，从上到下分为三层：高层通讯层，中层运动控制层，以及底层的驱动程序和开发
环境支持。
底层开发环境和驱动程序接口是由软硬件厂商提供的，包括LabVIEW 7.1图形化编程环
境和运动控制板卡的驱动程序。中层的运动控制层是在LabVIEW 环境下编程实现电机的运
动控制，包括电机运动位置、速度以及对于本系统整体的运动流程。高层的通讯层是用于将
用户设置的各项参数传递到运动控制层，同时将用户所需信息如当前运动速度、剩余时间等
反馈到用户界面。
4. 基于虚拟仪器的操作界面
本系统使用Labview 7.1 设计了友好的操作界面，如图5 所示：
图5 手机翻盖耐久性测试系统操作界面
操作界面控件功能介绍如下（以Station A为例）：
表1 操作界面控件功能
编号 名称 功能
1 User Type 指示当前的用户类型（Operator、Engineer、Administrator）
2 Cycle Counter 预先可设置的翻盖次数，系统运行到达上限时该平台停止运行。
3 Start Angle 1
End Angle 1
拨片的起始角度（如180°）和终止角度（如100°），通过微调（Jog）
过程来确定。
4 Start Angle 2
End Angle 2
拨杆的起始角度（如0°）和终止角度（如130°），通过微调（Jog）
过程来确定。
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5 Velocity 电机运动过程中的最大速度。
6 Acceleration 电机启动与停止时的加（减）速度。
7 Time 1-2 拨片开始往回动作到拨杆开始动作之间的时间间隔。
8 Time 2-1 拨杆开始往回动作到拨片开始动作之间的时间间隔。减小上述2
个参数可以有效加快系统的运行速度。
9 Current Cycle 输出指示当前时刻的翻盖次数。
10 Cycle/s 输出指示当前时刻每秒翻盖的次数。
11 Left Time (h) 输出指示到预设的翻盖次数所剩余的时间。
12 Load Setting 按该控件从指定的文件载入上述的控制参数。并使拨杆、拨片到
达载入的文件中所制定的位置。此时该平台其它控件不可用。
13 Save Setting 按该控件将上述控制参数存入指定的文件。此时该平台其它控件
不可用。（Operator 用户不可用）
14 Initialize 系统初始化。（Operator 用户不可用）
使拨片、拨杆到达预定的初始位置并停止。此时该平台其它控件
不可用。
15 Jog 微调操作。（Operator 用户不可用）
按该控件弹出微调面板，用户可以将拨片、拨杆微调至理想位置。
此时该平台其它控件不可用。
16 Test/Continue 开始（继续）测试。有以下两种情况：
⑴前一操作为Pause时按该控件表示继续测试，参数#8在原来基
础上继续增加。
⑵前一操作为Stop或到达预设上限停止时按该控件表示开始新测
试，参数#8从0 开始增加。
此时该平台仅有Pause和Stop可用。
17 Pause 暂停测试。
此时系统停止运行，参数#8 保持不变。暂停后该平台除Pause和
Stop其它控件均可用。
18 Stop 停止测试。
此时系统停止运行，参数#8 为0。停止后该平台除Pause 和Stop
其它控件均可用。
19 Setting File
Path
设置读取或写入控制参数文件的默认路径。
20 Change User 按该控件改变用户身份，登录成功后相应权限会发生变化。
21 Config 配置NI PXI-7344 Board ID 及各轴与电机间对应关系。除非硬件
连接发生改动请不要随意使用该控件并修改面板设置，否则可能
导致系统无法正常运行。（仅有Administrator 用户可用）
22 Exit 退出系统。
测试程序操作步骤：
1） 运行程序，系统自动以Operator 登录。
2） 系统开始对运动控制模块进行初始化，完成后弹出对话框询问是否需要载入控制参数，
若选No则系统自动载入上次退出程序时的设置并使拨杆、拨片到达相应位置。若选Yes 系
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统继续弹出对话框询问需要载入哪套平台的控制参数。选定后系统载入相应配置文件并使拨
杆、拨片到达相应位置。
3） 若所测手机型号已有相应配置文件存在，跳至5）步。若该型号为初次测试，则以Engineer
登录。按Initialize控件使该平台初始化。
4） 按Jog 控件进入微调模式。将夹具微调至理想的起始位置和终止位置并记下对应角度
值。按OK 控件回到主面板并将控制参数#2、#3 改为微调得到的结果。按Save Setting将当
前设置存成新型号的配置文件。
5） 按Test/Continue控件开始测试。
6） 此时有3 种不同情况：
① 等待翻盖次数到达控制参数#1所设上限后该平台停止运行。
② 按Stop控件停止操作，控制参数#8 复0。
③ 按Pause控件暂停操作，控制参数#8 保持当前值，可以调整控制参数后继续测试。
7） 按Exit控件退出测试系统。
4. 结束语
本测试系统实现了对手机翻盖的耐久性测试，相对于传统的测试系统测试速度大大提
高，并提供完善灵活的用户管理和系统设置功能。通过实际生产测试表明该测试系统工作状
态稳定，提高了整个生产过程的效率。
参考文献
1. National Instruments Corporation. The Interactive Encyclopedia of Measurement and
Automation, 2002
2. 吴麒. 自动控制原理. 清华大学出版社, 1990
3. 雷振山. LabVIEW 7 Express实用技术教程. 中国铁道出版社, 2004
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A Cell Phone Hinge Test System Based on
Virtual Instrument Technology
（上海聚星仪器有限公司， 上海 200437） 徐达1 周毅
摘要：本文介绍一种手机翻盖耐久性测试系统。该系统由National Instruments 公司的
PXI-8186 控制器、PXI-7344、UMI-7764、YASKAWA 公司的SGDL-04AS 伺服单元和
SGML-04AF12 伺服电机以及基于虚拟仪器的用户界面组成。该测试系统使用虚拟仪器使系
统规模最小化，提高系统的稳定性且易于维护和扩展，操作界面友好。
关键词：虚拟仪器；测试系统；伺服单元；伺服电机
Abstract: A cell phone hinge test system is provided. This system is composed of NI PXI-8186
Controller, NI PXI-7344 Motion Controller, UMI-7764, YASKAWA SGDL-04AS Servo Pack,
YASKAWA SGML-04AF12 Servo Motor and user interface based on virtual instrument
technology (Labview). Virtual instrument technology minimizes the system and enhances stability.
The system also has a friendly user interface and is easy to be upgraded.
Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor
手机翻盖耐久性测试即将待测翻盖手机重复开合预设的次数，然后观察手机的各部分
性能是否完好，这在翻盖手机的生产过程中是相当重要的一环。以往采用气动方式的系统运
行速度较慢（约为每2 秒1 次）且操作界面不够友好。本文介绍的基于虚拟仪器技术的手机
翻盖耐久性测试系统采用NI Motion 控制模块控制伺服电机进行驱动，运行速度可达到原来
的4 倍多且同时可对4 部手机进行测试，而采用National Instruments公司的虚拟仪器
（LabVIEW）进行开发，使操作界面非常友好。
在测试过程中操作人员针对每批不同型号的手机在初次测试时可使用微调功能将各个
参数调整至理想值，并且可将这些参数存成相应的配置文件以备以后测试同样型号手机时使
用，这样大大减少了每次测试时的重复操作，提高了系统的自动化程度。
1. 系统原理及概述
1.1 运动控制原理
运动控制的原理简单来说即由运动控制模块发出控制信号，如脉冲信号和模拟电压量
等，这两种控制信号分别对应于位置控制模式和速度控制模式，伺服电机在相应的模式下接
收到控制信号便能按照预定的方式运动。但是电机的运动存在误差，特别在模拟的速度控制
模式下，因此需要电机发出编码信号反馈到运动控制模块，使运动控制模块能够根据实际的
运动情况做出相应的补偿来消除累计误差，这一点对于本系统这样需要长时间连续运行的系
统来说尤为重要。下图为运动控制的简单原理示意图：
1 作者简介：徐达（1981—），男，复旦大学硕士研究生，主要研究方向为信号处理和信号测量；周毅（1978
—），男，华中科技大学硕士研究生，主要研究方向为虚拟仪器。
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驱动
编码
信号
控制
信号
运动控制模块
伺服单元 伺服电机
图1 运动控制原理示意图
1.2 系统概述
本系统利用NI Motion 控制模块对伺服电机运动进行速度控制，按照用户设置的参数驱
动相应的拨片、拨杆控制手机翻盖的开合。整个系统框图如图2所示：
控制信号
运动控制
模块
PXI
控制器
测试
平台
限位信号和
电机编码信号
Motion
控制器
PXI-7344
UMI
7764
伺服
单元
伺服
电机
图2 手机翻盖耐久性测试系统框图
整个系统由两部分组成：运动控制部分和测试平台部分。运动控制部分由NI PXI控制
器和运动控制模块NI PXI-7344 发出运动控制电压信号V-REF，通过NI UMI 7764 接至伺服
电机驱动器。测试平台部分包括两套独立的平台，每套平台有一组电机控制4 台待测手机翻
盖的开合（见图3）。全部4 台电机的控制信号分别由NI PXI-7344 的4 轴提供。每台电机上
均有编码信号反馈至运动控制模块以形成闭环控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit
信号反馈至运动控制模块用以确定系统的初始位置以及防止电机运动超出极限位置。
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伺服电机
A
伺服电机
B
手
机 A
手
机
B
手
机
C
手
机
D
图3 测试平台示意图
2. 硬件连接
硬件配线包括伺服单元与伺服电机的连接、运动控制模块与伺服单元的连接。其中伺
服单元与伺服电机的连接有专用的电缆和相应的端子定义，与伺服单元和伺服电机的的类型
有关。下图是运动控制模块与伺服单元的连接以及限位信号的连接图：
GND
Index
Encode B
Encode A
Analog GND
Analog Out
GND
+5V
Reverse Limit
GND
+5V
Forward Limit
UMI-7764
Limit (1)
+5V (2)
GND (3)
Limit (1)
+5V (2)
GND (3)
V-REF (3)
V-REF 0V (4)
PAO (20)
PBO (22)
PCO (24)
PG 0V (19)
前向限位信号
后向限位信号
控制信号和
编码信号
图4 运动控制模块与伺服单元及限位信号连接示意图
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3. 软件结构和功能
整个软件是在National Instruments公司的面向对象的图形化编程语言LabVIEW 7.1下开
发完成的，从上到下分为三层：高层通讯层，中层运动控制层，以及底层的驱动程序和开发
环境支持。
底层开发环境和驱动程序接口是由软硬件厂商提供的，包括LabVIEW 7.1图形化编程环
境和运动控制板卡的驱动程序。中层的运动控制层是在LabVIEW 环境下编程实现电机的运
动控制，包括电机运动位置、速度以及对于本系统整体的运动流程。高层的通讯层是用于将
用户设置的各项参数传递到运动控制层，同时将用户所需信息如当前运动速度、剩余时间等
反馈到用户界面。
4. 基于虚拟仪器的操作界面
本系统使用Labview 7.1 设计了友好的操作界面，如图5 所示：
图5 手机翻盖耐久性测试系统操作界面
操作界面控件功能介绍如下（以Station A为例）：
表1 操作界面控件功能
编号 名称 功能
1 User Type 指示当前的用户类型（Operator、Engineer、Administrator）
2 Cycle Counter 预先可设置的翻盖次数，系统运行到达上限时该平台停止运行。
3 Start Angle 1
End Angle 1
拨片的起始角度（如180°）和终止角度（如100°），通过微调（Jog）
过程来确定。
4 Start Angle 2
End Angle 2
拨杆的起始角度（如0°）和终止角度（如130°），通过微调（Jog）
过程来确定。
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5 Velocity 电机运动过程中的最大速度。
6 Acceleration 电机启动与停止时的加（减）速度。
7 Time 1-2 拨片开始往回动作到拨杆开始动作之间的时间间隔。
8 Time 2-1 拨杆开始往回动作到拨片开始动作之间的时间间隔。减小上述2
个参数可以有效加快系统的运行速度。
9 Current Cycle 输出指示当前时刻的翻盖次数。
10 Cycle/s 输出指示当前时刻每秒翻盖的次数。
11 Left Time (h) 输出指示到预设的翻盖次数所剩余的时间。
12 Load Setting 按该控件从指定的文件载入上述的控制参数。并使拨杆、拨片到
达载入的文件中所制定的位置。此时该平台其它控件不可用。
13 Save Setting 按该控件将上述控制参数存入指定的文件。此时该平台其它控件
不可用。（Operator 用户不可用）
14 Initialize 系统初始化。（Operator 用户不可用）
使拨片、拨杆到达预定的初始位置并停止。此时该平台其它控件
不可用。
15 Jog 微调操作。（Operator 用户不可用）
按该控件弹出微调面板，用户可以将拨片、拨杆微调至理想位置。
此时该平台其它控件不可用。
16 Test/Continue 开始（继续）测试。有以下两种情况：
⑴前一操作为Pause时按该控件表示继续测试，参数#8在原来基
础上继续增加。
⑵前一操作为Stop或到达预设上限停止时按该控件表示开始新测
试，参数#8从0 开始增加。
此时该平台仅有Pause和Stop可用。
17 Pause 暂停测试。
此时系统停止运行，参数#8 保持不变。暂停后该平台除Pause和
Stop其它控件均可用。
18 Stop 停止测试。
此时系统停止运行，参数#8 为0。停止后该平台除Pause 和Stop
其它控件均可用。
19 Setting File
Path
设置读取或写入控制参数文件的默认路径。
20 Change User 按该控件改变用户身份，登录成功后相应权限会发生变化。
21 Config 配置NI PXI-7344 Board ID 及各轴与电机间对应关系。除非硬件
连接发生改动请不要随意使用该控件并修改面板设置，否则可能
导致系统无法正常运行。（仅有Administrator 用户可用）
22 Exit 退出系统。
测试程序操作步骤：
1） 运行程序，系统自动以Operator 登录。
2） 系统开始对运动控制模块进行初始化，完成后弹出对话框询问是否需要载入控制参数，
若选No则系统自动载入上次退出程序时的设置并使拨杆、拨片到达相应位置。若选Yes 系
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统继续弹出对话框询问需要载入哪套平台的控制参数。选定后系统载入相应配置文件并使拨
杆、拨片到达相应位置。
3） 若所测手机型号已有相应配置文件存在，跳至5）步。若该型号为初次测试，则以Engineer
登录。按Initialize控件使该平台初始化。
4） 按Jog 控件进入微调模式。将夹具微调至理想的起始位置和终止位置并记下对应角度
值。按OK 控件回到主面板并将控制参数#2、#3 改为微调得到的结果。按Save Setting将当
前设置存成新型号的配置文件。
5） 按Test/Continue控件开始测试。
6） 此时有3 种不同情况：
① 等待翻盖次数到达控制参数#1所设上限后该平台停止运行。
② 按Stop控件停止操作，控制参数#8 复0。
③ 按Pause控件暂停操作，控制参数#8 保持当前值，可以调整控制参数后继续测试。
7） 按Exit控件退出测试系统。
4. 结束语
本测试系统实现了对手机翻盖的耐久性测试，相对于传统的测试系统测试速度大大提
高，并提供完善灵活的用户管理和系统设置功能。通过实际生产测试表明该测试系统工作状
态稳定，提高了整个生产过程的效率。
参考文献
1. National Instruments Corporation. The Interactive Encyclopedia of Measurement and
Automation, 2002
2. 吴麒. 自动控制原理. 清华大学出版社, 1990
3. 雷振山. LabVIEW 7 Express实用技术教程. 中国铁道出版社, 2004
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