周鹏飞，李国林，谢鑫
（海军航空工程学院，山东烟台264001）
摘要：为解决某型装备测试仪器分散、测试项目繁多、测试数据采集自动化程度较低的问题，依据岗位人员分工和操作规程要求，提出一种基于局域网的测试数据自动采集系统设计。针对系统中各种测试设备智能化程度差别较大的情况，将仪器分为三类，分别采用不同方法获取测试数据。创造性地使用PDA手持设备和无线局域网技术进行协调控制，增强了系统的适应性和灵活性。在对测试设备进行本地操作基础上，由远端工控机实现对测试数据的自动采集及其在MySQL数据库中的存储管理。
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关键词 ：局域网；自动采集；PDA；MySQL数据库
中图分类号：TN911?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）20?0117?04
收稿日期：2015?04?07
Research on automatic acquisition technology of test data for a certain type equipmentZHOU Pengfei，LI Guolin，XIE Xin
（Navel Aeronautical Engineering Institute，Yantai 264001，China）
Abstract：To solve the problems of dispersion，various test items，and low automation level of test data acquisition for thetest instrument for a certain type equipment，a test data automatic acquisition system based on local area network（LAN）is pro?posed according to the requirements of personnel division and operating rules for post. For the large difference of intelligence de?gree of various test equipments，the instruments are divided into three categories，and different methods are used to obtain testdata respectively. The coordinated control was realized by using PDA handheld device and wireless LAN technology creatively，which enhanced the adaptability and flexibility of the system. On the basis of local operation for the test equipment，the automaticacquisition of test data and storage management in MySQL database were realized by remote industrial personal computer.
Keywords：LAN；automatic acquisition；PDA；MySQL database
计算机技术、通信技术和T&M（Test and Measure?ment）技术构成的信息化技术已广泛应用于现代武器装备技术保障中[1]，极大促进了相关测试仪器设备的改造和升级。由于测试环境和相关要求的限制，某型装备的测试设备集成化信息化程度还较低，各种测试仪器分散在不同位置，对模拟量信号、串口信号、开关量信号、时序信号、脉冲信号、射频信号等被测信号进行测试[2]，测试数据采集的自动化水平严重滞后于实际需要，不利于保障日常训练和应急作战。因此，利用现有设备构建数据采集系统，通过开发数据采集软件实现各分散点测试数据的自动采集具有重要的军事意义。仪器总线标准LXI 在2004 年9 月由安捷伦公司和VXI 技术公司联合推出。LXI 技术在以太网基础上，融合GPIB 仪器的高性能、VXI/PXI仪器的小体积、LAN的高速吞吐率，是未来自动测试系统的发展方向[3]。本文基于LXI技术构建局域网型系统体系，将各种设备的通信接口转换到LAN口，通过交换机连接至工控机。针对不同类型设备，设计相应技术方案实现测试数据的自动采集。
1 系统整体架构
经过对系统测试设备以及测试项目进行深入的研究分析，按测试数据采集方式可将设备分为3类：（1）数据协取仪器类。此类仪器具有通信接口但不具备存储测试所需数据的功能，如示波器、数字万用表、功率计，通过各种数据接口将这些仪器连接至工控机，同时针对这类仪器配备工业PDA，采用无线连接方式与工控机通信，当仪器操作人员完成操作并在仪器端获得数据时，配合人员通过PDA发送指令，控制工控机端程序获取仪器数据，所配备PDA称为控制用PDA。
（2）数据直取仪器类。包括专用测试设备和一部分数字化通用仪器，其内部均具有测试数据存储功能，在工控机端开发数据采集程序直接获取仪器内部数据。
（3）数据录入仪器类。主要是不具有通信接口的传统测试仪器，如兆欧表、万用表，为这些仪器配备录入用PDA，通过开发智能录入软件，经局域网实现数据在PDA端输入，在工控机端数据库中存储。
针对3种类型的仪器在数据采集时分成3个采集模块，测试数据全部经有线网络传输，无线设备仅用于控制，这样就保证了数据传输的可靠性和安全性，避免了信号干扰问题。工控机端程序获取测试数据后自动存入自建数据库。系统整体逻辑架构如图1所示。
2 数采系统硬件设计
系统中各种设备具有不同的总线接口，对于LXI类仪器，可直接连接至交换机；具有其他总线接口（如RS 232，GPIB，USB）的仪器通过接口适配器转为LAN口连接至交换机；为数据录入仪器类配备的PDA 和工控机经RJ45网口连接至局域网；为数据协取仪器类配备的PDA通过无线AP（Access Point）与工控机通信，从而综合利用有线和无线网络形成局域网型分布式数据采集平台。工控机端配备打印机，可用于打印测试报表文件，系统硬件结构如图2所示。2.1 测试仪器及接口总线系统测试设备种类繁多，智能化程度跨度比较大，包括各种型号的万用表、兆欧表、示波器、网络分析仪、功率计等通用仪器测备以及一些专用仪器设备。针对不同仪器的通信接口选配GPIB，RS 232，USB线缆以及STP（屏蔽双绞线）。STP内有一层金属，可削弱电磁干扰，提高数据传输的稳定性[4]。
2.2 接口适配器
接口适配器用于将各种类型的总线转换成LAN口进行数据传输，本系统主要选用Agilent E5810B网关作为接口转换装置，根据现场仪器分布情况选用其他的接口模块作为辅助。E5810B 在计算机（经由LAN）和GPIB/USB/RS 232仪器之间提供网关，支持1 000 BASE?T（1G）/100 BASE?TX/10 BASE?TLAN 以太网连接，具有高达1.2 MB/s的GPIB 传输速率，同时可为仪器提供无线通信连接，完全契合系统集成的需求。
2.3 无线AP
无线AP（Access Point）是无线网络的接入点，其作用是提供无线和有线网络之间的桥接，也就是无线交换机，接入的无线终端和原来的网络属于同一子网。理论上每个接入点可支持1 024个无线设备接入，考虑到数据通信稳定性，实际支持的数目在15~63之间[5]，完全满足系统需求。控制用PDA 通过AP 接入局域网实现与工控机通信。2.4 工业级PDA工业级PDA（Personal Digital Assistant）具有坚固耐用、携带方便、使用灵活的特点，可在很多环境恶劣的地方使用，并针对行业特点做了很多优化[6]。考虑到系统中PDA 完成的工作单一，本系统分别选用ZKC7803 和ZKC2802作为录入用PDA和控制用PDA，两种PDA均采用基础的Windows CE 6.0 嵌入式操作系统。ZKC7803配置工业显示触摸屏，外部提供RJ45网口、RS 232串口、USB接口；ZKC2802内置WiFi模块IEEE 802.11b/g。
3 数据采集软件设计
整个数据采集系统的软件由工控机模块、录入PDA模块、控制PDA模块三部分组成，通过三部分程序的交互和协同工作实现整个测试系统测试数据的自动采集。其中工控机模块由驱动模块、用户登录、仪器管控、数据库模块4个子模块组成。驱动模块包括接口转换设备驱动、VISA 接口控制库、测试仪器驱动软件，构成应用软件开发的基础；用户登录模块验证用户身份分配相应权限；仪器管控模块实现仪器的连接、仪器在线状态监测和控制仪器获取测试数据的功能；数据库模块具有通信连接、指令执行、报表生成、结果查询的功能。软件功能结构如图3所示。
3.1 工控机端软件设计
选择NI公司开发的LabWindows/CVI作为工控机端应用程序的开发平台。CVI是一种基于ANSI C的面向计算机测控领域的交互式开发平台，它的集成开发环境、交互式编程方法、丰富的功能面板和库函数大大增强了C语言的功能，为开发人员提供了简单易用的编程环境[7]。在驱动模块的支持下，应用程序使用可编程仪器标准命令（Standard Commands for Programmable In?struments，SCPI）语言来控制仪器。SCPI规定了测量仪器程控命令的业界标准，相同的SCPI命令可用于不同的仪器，功能随着仪器功能的的变化而不断拓展[8]。为保证各个单元测试的数据采集互不影响，采用多线程编程，为每个单元测试创建单独的线程，充分利用了CPU的空闲时间片。
软件通过Winsock网络编程接口实现PC，PDA之间通信，采用TCP/IP 方式接受客户端接入。利用AgilentConnection Expert软件进行仪器I/O配置，并实时监测仪器连接状态。程序使用NI提供的SQL ToolKit连接本地MySQL 数据库，实现对测试数据的存储管理。SQLToolKit包含一套简单易用的函数工具，提供SQL相关功能，其提供的函数定义存放于cvi_db.fp文件中[9]；MySQL是一个源码开放的中小型关系型数据库，其体积小、速度快、灵活性高、拥有成本低[10]，非常适用于本数据采集系统。测试结束后，程序将测试结果保存为数据库文件，之后生成Excel报表文件。
3.2 PDA客户端软件设计
PDA操作系统为Windows CE 6.0，它是由微软公司针对资源有限设计的一个开放的、可升级的32 b嵌入式操作系统，具有压缩性、高效性、可升级性、组件化、模块化的特点，全优先、多线程、多任务的操作系统环境。为基于WinCE系统的PDA选用Microsoft Visual Studio（VS）作为开发平台，开发应用程序完成相关仪器的数据采集控制和数据录入任务。VS是微软开发的一个基本完整的开发工具集，目标代码适用于包括Windows CE 在内的所有微软支持的平台[11]。WinCE 中应用程序使用UNI?CODE 编码，软件开发以WinCE 系统的SDK 为基础。
WinCE系统的组件特性和可裁剪性使得不同系统支持的API不同，SDK的作用相对标准桌面系统就显得比较重要。对于控制用PDA 软件，用户登录进入程序界面后，每个用户只对特定项目具有操作权限，这样既避免了误操作，又很好地保证不同岗位之间的信息保密，操作人员通过菜单项选择测试项目，进入相应控制界面，通过无线连接传递指令给工控机；录入用PDA 用户登录进入程序界面后，通过选择菜单项进入特定测试项目的添加数据对话框，将测试数据及相关信息存入PC端的数据库文件中。
3.3 软件采集数据流程
在进行数据采集前，PDA端和工控机端操作人员分别登录进入各自程序主界面，建立PDA程序和PC主程序之间的通信连接，PC主程序建立与测试仪器间的会话。对于数据协取仪器类，PDA程序进入特定测试项目采集界面，在操作人员完成仪器测试工作后，配合人员操控PDA 发送SQL 命令至数据库中的SCPI指令列表，使能指令列表中对应指令，使其处于激活状态，PC端程序检测指令列表中的指令状态，处于激活状态的指令被发送至至仪器端，并从相应仪器取回测试数据存入数据库中；对于数据录入仪器类，在程序进入特定测试项目数据录入界面后，操作人员录入仪器显示数据，数据直接存入PC 端数据库；对于数据直取仪器类，PC 程序不间断扫描这些仪器内部的测试文件，解析测试文件，进而取出测试数据，并将数据存入到数据库中。
每次数据采集完成后，将所有测试数据及相关的测试信息保存为相应的数据库文件，以文件形成的日期命名。通过将数据库中的测试信息导入到Excel表格中，生成测试数据报表文件并可以选择打印文件。此外，用户还可以进入查询界面对测试结果进行查询。数据采集流程如图4所示。
4 结语
本文介绍了基于局域网构建的测试数据自动采集平台，使用LabWindows/CVI和Visual Studio进行应用软件开发，实现测试数据从分散的各种设备端汇聚到工控机端，进而存入数据库中。该技术方案的应用将大大提升测试设备的集成化程度，增强测试系统的灵活性和适应性，提高装备保障自动化水平。采集软件依据模块化、框架化设计思想进行设计，在未来系统中增加新的设备和测试项目时，只需添加少量代码即可实现系统的扩展。
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参考文献
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[3] 柳爱利，周邵磊.自动测试技术[M].北京：电子工业出版社，2007.
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[9] 王怡苹.自动测试系统中测试数据管理[J].电子测量技术，2010，33（3）：137?139.
[10] 李荣国，王见.MySQL数据库在自动测试系统中的应用[J].计算机应用，2011，31（z2）：169?171.
[11] 张卫华，裴洪文.Visual Studio 2012 高级编程[M].北京：清华大学出版社，2014.
作者简介：周鹏飞（1991—），男，山东菏泽人，硕士研究生。主要研究方向为近程目标探测识别与干扰。
李国林（1955—），男，吉林永吉人，教授，博士。主要研究方向为近程目标探测识别与干扰。
谢鑫（1980—），男，湖北随州人，副教授，博士。主要研究方向为引信探测技术。