楊 磊

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)，安徽 蚌埠 233000)

0 引 言

隨著智能實(shí)驗(yàn)室的廣泛應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)室器材的越來(lái)越多，需要建立實(shí)驗(yàn)室器材的智能管理系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室器材的信息分布進(jìn)行優(yōu)化管理，提高實(shí)驗(yàn)室器材智能管理能力，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究受到人們的極大重視。對(duì)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理是建立在實(shí)驗(yàn)室器材的信息挖掘和特征分析基礎(chǔ)上，采用人工智能模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)構(gòu)架，采用數(shù)據(jù)庫(kù)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]，根據(jù)采集的實(shí)驗(yàn)室器材管理數(shù)據(jù)進(jìn)行集成信息處理，采用大數(shù)據(jù)信息處理和專家系統(tǒng)診斷方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材管理。本文提出基于B/S三層架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括用戶管理模塊、實(shí)驗(yàn)室器材智能管理資源管理模塊、實(shí)驗(yàn)室器材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊、上位機(jī)控制模塊以及人機(jī)交互模塊等，首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體構(gòu)架分析，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的功能模塊分析，在B/S三層架構(gòu)體系下實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析，得出有效性結(jié)論。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)建

1.1 實(shí)驗(yàn)室器材管理的原理和總體結(jié)構(gòu)分析

采用嵌入式ARM尋址技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，結(jié)合大數(shù)據(jù)信息分析和的總線調(diào)度方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的控制模塊設(shè)計(jì)和嵌入式軟件設(shè)計(jì)，采用B/S模式及SOA架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)[2]，采用SIP用戶服務(wù)器(User Server，US)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架體系設(shè)計(jì)，結(jié)合RFID標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的三層構(gòu)架體系如圖1所示。

圖1 區(qū)域?qū)嶒?yàn)室器材

系統(tǒng)的底層模塊包括控制指令傳輸模塊、人機(jī)交互模塊和總線模塊等構(gòu)成，設(shè)定實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的輸出總線協(xié)議，結(jié)合交叉編譯控制技術(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的編譯控制和人工智能設(shè)計(jì)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)模型，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括用戶管理模塊、實(shí)驗(yàn)室器材智能管理資源管理模塊、實(shí)驗(yàn)室器材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊、上位機(jī)控制模塊以及人機(jī)交互模塊等[3]，采用上位機(jī)通信方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

圖2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)架

根據(jù)圖2的總體構(gòu)架，考慮到實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的工作特性，采用數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)度的方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)換控制設(shè)計(jì)，用ITU-656 PPI模式識(shí)別方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的總線開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)[4]。

1.2 系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成

實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的核心處理芯片采用PLC設(shè)計(jì)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的AD信息采樣模塊, 在B/S架構(gòu)模式下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材的整合控制，采用DS18B20作為實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的外圍器，采用32位嵌入式設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的輸出總線控制，采用嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的核心控制模塊，實(shí)現(xiàn)控制程序的加載[5]，采用B/S模式及SOA架構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的底層控制，在嵌入式Linux內(nèi)核下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的交叉編譯，采用C模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理的驅(qū)動(dòng)程序編寫[6]，交叉編譯程序定義如下：

static struct LABORATORY EQUIPMENT INTELLIGENT MANAGEMENT SYSTEM = {

.minor = MISC_ ABORATORY EQUIPMENT

.name = DEVICE_ ADOPTING THE B/ S FRAMEWORK

.fops = & EDGE SYSTEM COMPRISES //數(shù)據(jù)加載和程序加載

在B/S模式及SOA架構(gòu)體系下采用VXI總線技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理資源調(diào)度，建立MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理的信息存儲(chǔ)和輸出轉(zhuǎn)換控制，構(gòu)建HP E1485A/B多模信息控制模塊，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理的程序加載，執(zhí)行“Make menuconfig ”，根據(jù)上述分析，得到系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成

2 系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于Co-training訓(xùn)練模式，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)構(gòu)建，采用的交叉編譯方法構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室器材管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，對(duì)實(shí)驗(yàn)室器材管理資源進(jìn)行融合處理，在應(yīng)用層中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材管理的資源檢索和訪問(wèn)控制，通過(guò)專用芯片可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的完整性控制[7]，采用PCI主控模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的輸出轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)信息處理過(guò)程中，通過(guò)調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的大數(shù)據(jù)信息處理。采用邏輯ADSP-BF537作為核心處理器，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的指令讀寫和編譯操作。在ARM嵌入式微處理器環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的硬件模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成

設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)支持8個(gè)全雙工的I2S通道，滿足多線程的實(shí)驗(yàn)室器材智能管理控制指令加載功能，采用模糊總線PIC調(diào)度方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的輸出控制和尋優(yōu)，在邏輯單元設(shè)計(jì)中[8]，有2個(gè)32KBSRAM的Bank，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的高速信息加載，采用8個(gè)32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的時(shí)間控制，系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)

采用ISA/EISA/Micro Channel擴(kuò)充總線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的指令加載，采用ADSP-BF537BBC-5A實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)集成總線設(shè)計(jì)，采用如下4線進(jìn)行接口設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的總線接口設(shè)計(jì)：TMS、 TCK、TDI、TDO。通過(guò)JTAG接口訪問(wèn)CPU的內(nèi)部寄存器，PPI采用1個(gè)專用時(shí)鐘引腳實(shí)現(xiàn)AD/DA轉(zhuǎn)換，采用ITU-656 PPI模式和通用PPI模式作為實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的自啟動(dòng)模式[9]，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的多樣化程序調(diào)度，得到系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

采用16位的196.608KSa/Sec/Chan數(shù)字化儀HP E1433A進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，在Micro Channel擴(kuò)充總線中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)智能控制的指令加載，用AD/DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，在MCU控制單元進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)APP控制，綜上分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的總線集成控制[10]。

3 仿真測(cè)試分析

為了測(cè)試本方法在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材的智能管理中的應(yīng)用性能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，采用有4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的信息采樣，系統(tǒng)的工作頻率設(shè)定為50KHz，采用4線SPI方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材采樣和信息融合，得到實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的指令寫入程序如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的指令寫入程序

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室器材管理系統(tǒng)的指令寫入，進(jìn)行程序編譯，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材的智能管理，輸出的系統(tǒng)管理界面如圖8所示。

圖8 系統(tǒng)管理輸出

分析圖8得知，本方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理的人機(jī)交互性較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

提出一種基于BS三層架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括用戶管理模塊、實(shí)驗(yàn)室器材智能管理資源管理模塊、實(shí)驗(yàn)室器材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)模塊、上位機(jī)控制模塊以及人機(jī)交互模塊等，采用上位機(jī)通信方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室器材管理的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模型，采用B/S構(gòu)架體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材管理過(guò)程中的底層軟件開(kāi)發(fā)，采用三層構(gòu)架體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的總線設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的傳輸總線協(xié)議采用UDP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)，在B/S三層架構(gòu)體系中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室器材智能管理系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，人機(jī)交互能力較強(qiáng)。