郭雷

(西安航空學(xué)院，西安 710077)

0 引言

本設(shè)計(jì)是為進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)儀器的校準(zhǔn)所搭建的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，通過測(cè)控網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸以及校準(zhǔn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。不但具備穩(wěn)定快速的遠(yuǎn)程試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析處理等主要功能，同時(shí)還可通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)儀器的現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控。

1 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)包括如下3個(gè)部分。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)部分：根據(jù)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的指令，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)通過GPIB技術(shù)對(duì)多功能校準(zhǔn)源和被檢設(shè)備進(jìn)行控制。并將被檢設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)，傳輸給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。

硬件部分主要包括：被檢設(shè)備(可程控?cái)?shù)字多用表)、多功能校準(zhǔn)源、GPIB卡、計(jì)算機(jī)(現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī))、GPIB電纜等。

軟件部分主要包括：SH-2xx6校準(zhǔn)應(yīng)用軟件。其功能主要為：①GPIB通訊功能(控制、采集)；②網(wǎng)絡(luò)通訊，完成現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

1.2 遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)部分：完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的控制，以及將被檢設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理對(duì)分析結(jié)果顯示和表達(dá)。除此之外，還控制視頻監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)的圖像監(jiān)控。

硬件部分主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)等；

軟件部分主要包括SH-2xx7遠(yuǎn)程控制軟件。其功能包括：①網(wǎng)絡(luò)通訊：完成現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；②對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理及顯示和表達(dá)。

1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控部分主要完成對(duì)校準(zhǔn)工作現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控。硬盤錄像機(jī)可控制4套攝像機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦、全方位角度調(diào)整。4套攝像機(jī)將4個(gè)不同角度的圖像通過以太網(wǎng)，傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

該部分主要包括：硬盤錄象機(jī)、攝像機(jī)、解碼器以及專業(yè)視頻網(wǎng)絡(luò)軟件SH-2xx8等。

2 技術(shù)要求

2.1 在遠(yuǎn)端控制完成自動(dòng)校準(zhǔn)工作

通過遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的控制，使得現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)通過GPIB技術(shù)完成對(duì)多功能校準(zhǔn)源和被檢設(shè)備(數(shù)字多用表)的控制。以網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，并且對(duì)被檢設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和顯示、表達(dá)。

2.2 通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)校準(zhǔn)工作現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控

通過專業(yè)的視頻網(wǎng)絡(luò)軟件以及硬盤錄象機(jī)、攝像機(jī)等設(shè)備完成對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)以及工作人員的監(jiān)控，并將所采集的圖象傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)。

3 設(shè)計(jì)方案的技術(shù)要點(diǎn)[1-3]

在詳細(xì)研究與分析了這套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)和主要功能要求的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分解。同時(shí)，對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)細(xì)節(jié)也進(jìn)行了嚴(yán)密地分析，形成了本解決方案的技術(shù)要點(diǎn)和對(duì)策。

3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)上述技術(shù)要求和設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體框架圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

本系統(tǒng)可分為3個(gè)部分：

(1)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送指令，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)根據(jù)指令通過GPIB技術(shù)對(duì)多功能校準(zhǔn)源、被檢設(shè)備(可程控?cái)?shù)字多用表)的控制，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)工作。并將被檢設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；

(2)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送指令，硬盤錄像機(jī)根據(jù)指令控制4個(gè)全方位攝像機(jī)完成對(duì)校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)的圖像監(jiān)控。硬盤錄像機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)將圖像信號(hào)發(fā)送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)；

(3)遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，高性能的計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)的控制。

3.2 系統(tǒng)組成及典型配置

3.2.1 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.2.2 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)實(shí)物圖

數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)實(shí)物圖，如圖3所示。

3.3 測(cè)試系統(tǒng)主要配置

測(cè)試系統(tǒng)主要配置，如表1所示。

本方案所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)具體介紹如下。

搭建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)系統(tǒng)目的是為了達(dá)到儀器校準(zhǔn)的遠(yuǎn)程控制。整個(gè)系統(tǒng)通過校準(zhǔn)工程師操作遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，來完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)設(shè)備操作和校準(zhǔn)的視頻監(jiān)控。整個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)系統(tǒng)分為3個(gè)部分：(1)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)系統(tǒng)；(2)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)；(3)遠(yuǎn)程控制部分。

表1 測(cè)試系統(tǒng)主要配置

校準(zhǔn)工程師操作遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的遠(yuǎn)程控制軟件SH-2xx7，通過以太網(wǎng)發(fā)送控制指令給現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)指令，啟動(dòng)校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)的全程視頻監(jiān)控，并將監(jiān)控圖像通過以太網(wǎng)傳輸給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)接收到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，通過自身安裝的校準(zhǔn)應(yīng)用軟件SH-2xx6控制多功能校準(zhǔn)源和被檢設(shè)備。多功能校準(zhǔn)源輸出校準(zhǔn)信號(hào)，被檢設(shè)備采集到信號(hào)通過GPIB技術(shù)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，并且再由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)把信號(hào)通過以太網(wǎng)傳輸給遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。通過分析處理，將最后得出檢測(cè)結(jié)果。校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)的圖像以及被檢設(shè)備的數(shù)據(jù)，將成為工程師作出最終校準(zhǔn)報(bào)告的重要技術(shù)依據(jù)。

此外，本系統(tǒng)擴(kuò)展性極強(qiáng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)和測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為系統(tǒng)搭建的核心技術(shù)，從而保證了系統(tǒng)后期的擴(kuò)展性。目前，本方案所介紹的系統(tǒng)配置和功能，只是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)系統(tǒng)的基本功能，通過加入新的軟件功能模塊就能輕松提升整個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)系統(tǒng)的功能。

圖3 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)實(shí)物圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)設(shè)計(jì)好之后，對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行初步的測(cè)試，選擇34401A型數(shù)字多用表(Agilent公司生產(chǎn))對(duì)交流電壓進(jìn)行遠(yuǎn)程校準(zhǔn)，然后將獲得的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel中，如表2所示。

由表2可知，該遠(yuǎn)程校準(zhǔn)系統(tǒng)的應(yīng)用效果較好，可以顯示出標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)示值與被校數(shù)字多用表的示值。

5 總結(jié)

本系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，主要從其先進(jìn)性、實(shí)用性和可靠性3方面做了詳盡的考慮。

5.1 先進(jìn)性

當(dāng)今的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展正所謂是日新月異，基本上2-3個(gè)月就有新的技術(shù)出現(xiàn)。這些網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的飛速發(fā)展。現(xiàn)今的測(cè)試測(cè)量技術(shù)也受到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的深入影響，不斷與成熟且靈活的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合。測(cè)試行業(yè)在計(jì)算機(jī)行業(yè)飛速發(fā)展的今天，虛擬儀器技術(shù)已成為當(dāng)今世界的主流測(cè)試技術(shù)。它能夠充分利用計(jì)算機(jī)高靈活性、高通用性、高性價(jià)比的特點(diǎn)，將測(cè)試和測(cè)量與計(jì)算機(jī)融合得天衣無(wú)縫。由于虛擬儀器技術(shù)的存在，利用它搭建的測(cè)試系統(tǒng)已不是一臺(tái)簡(jiǎn)單的無(wú)“智商”的設(shè)備了，而成為了一套高度智能化和全自動(dòng)ATE測(cè)試系統(tǒng)。工程師可以利用虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)輕松地與局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享或數(shù)據(jù)打印。并且，可通過遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的控制。

表2 數(shù)字多用表交流電壓測(cè)量結(jié)果

基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，使整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有更強(qiáng)大的功能。測(cè)試數(shù)據(jù)首先進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)，由它來完成數(shù)據(jù)采集。再將所采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)版的測(cè)控軟件傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)，并且完成所傳輸數(shù)據(jù)的分析、處理和顯示、表達(dá)。

5.2 實(shí)用性

系統(tǒng)運(yùn)用專業(yè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)來完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，并且通過專業(yè)測(cè)控軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制。其主要功能表現(xiàn)在：

1.解決測(cè)試和控制的自動(dòng)協(xié)調(diào)性；

2.解決測(cè)試過程中自動(dòng)監(jiān)視錄像系統(tǒng)的監(jiān)視角度、位置和數(shù)據(jù)的存盤等;

3.解決測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析和測(cè)試數(shù)據(jù)的備份;

4.解決遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和顯示、表達(dá)。

5.3 可靠性

該系統(tǒng)所采用的軟件和標(biāo)準(zhǔn)儀器，都曾經(jīng)是某些項(xiàng)目中的重要功能組成部分。并且得到了廣泛的應(yīng)用。成熟的技術(shù)產(chǎn)品，在測(cè)試過程中經(jīng)過了嚴(yán)格考核，有著很高的可靠性。

最終該系統(tǒng)在某研究所投入使用，運(yùn)行結(jié)果證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定，充分顯示先進(jìn)性、實(shí)用性和可靠性特點(diǎn)。