時間：2022-09-07 03:03:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇數(shù)據(jù)分析軟件設計，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1.1基本架構
為了統(tǒng)一各型號數(shù)字電視廣播發(fā)射機之間的接口，現(xiàn)有的規(guī)定明確指出，地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機的遙控采用RS232、RS485或RJ45監(jiān)控接口，然而實際上大部分地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機仍然采用的GPIB接口。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件接口種類繁多，不同硬件接口采用不同的協(xié)議，這就給集成監(jiān)控系統(tǒng)的設計帶來了難度。根據(jù)這種情況，必須在統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的原則上設計一種集成監(jiān)控系統(tǒng)。當前，應用最廣泛的是TCP/IP協(xié)議，該協(xié)議能夠適用于眾多的應用平臺。
1.2硬件構成
在選擇了使用TCP/IP協(xié)議進行統(tǒng)一構架之后，就要對其硬件構成進行探討。對于TCP/IP協(xié)議地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)來說，其硬件構成包括以下幾個關鍵器件：被監(jiān)控系統(tǒng)、接口協(xié)議轉換器、網(wǎng)絡交換機和監(jiān)控終端等。集成監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象為發(fā)射機，通常情況下，發(fā)射機通過監(jiān)控接口與監(jiān)控終端進行通信，向監(jiān)控終端提供實時監(jiān)控數(shù)據(jù)。由于監(jiān)控終端的通訊接口數(shù)量有限，難以與眾多發(fā)射機進行連接。因此，在發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程采用了接口協(xié)議轉換器，不同的硬件接口可以通過硬件協(xié)議統(tǒng)一轉換為支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口，在網(wǎng)絡交換機的幫助下，監(jiān)控終端只需以一個以太網(wǎng)接口就能實現(xiàn)與所有被監(jiān)控的發(fā)射機連接，增強了集成監(jiān)控系統(tǒng)的可擴展性。監(jiān)控系統(tǒng)可以為工程技術人員提供直觀的監(jiān)控界面，為工程技術人員提供監(jiān)控數(shù)據(jù)分析并及時發(fā)送異常情況報告。為了方便操作和維護，工程技術人員通常將計算機或者服務器作為監(jiān)控終端。
1.3軟件設計
有了硬件設備做基礎，就要加大力度對軟件進行精心的研發(fā)和設計。在整個地面數(shù)字電視發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控軟件的設計和開發(fā)是研發(fā)的核心。監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計可以劃分成兩個類型：一類是軟件架構，另一類是協(xié)議包裝。如果根據(jù)軟件的功能進行劃分，可將監(jiān)控系統(tǒng)軟件分為：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。具體來說，數(shù)據(jù)采集模塊主要是與嵌入式設備服務器進行通信，負責發(fā)送信息，接受檢測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲模塊將檢測數(shù)據(jù)保存到用戶指定的數(shù)據(jù)庫，用戶可以通過此模塊對檢測數(shù)據(jù)進行管理和操作。若發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)分析模塊會想用戶提示警告，控制模塊則整個軟件系統(tǒng)進行控制。集成監(jiān)控軟件設計過程中會應用到眾多關鍵技術，例如：C#編程技術、TCP/IP通訊技術、C/C++編程技術串口通訊技術等，這些技術都與協(xié)議包裝有一定的聯(lián)系。協(xié)議包裝是整個監(jiān)控系統(tǒng)軟件的關鍵，它可以將不同通訊協(xié)議重修包裝在TCP/IP之上，讓型號不同的發(fā)射機監(jiān)控數(shù)據(jù)共同運用以太網(wǎng)進行傳輸。
2發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)的作用
2.1監(jiān)控
監(jiān)控功能是發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能，同時也是用戶最需求的功能。詳細說來，地面數(shù)字數(shù)字電視發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能主要包括以下三個方面：一是狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、二是數(shù)值數(shù)據(jù)采集、三是運程監(jiān)控。下面就分別論述這三個功能的具體實現(xiàn)。對于狀態(tài)數(shù)據(jù)采集功能來說，數(shù)據(jù)狀態(tài)用于顯示出發(fā)射機的工作狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)會實時采集發(fā)射機的狀態(tài)數(shù)據(jù)；集成監(jiān)控系統(tǒng)除了采集發(fā)射機的狀態(tài)數(shù)據(jù)，還能對發(fā)射機各部件的參數(shù)值進行采集，通過判斷參數(shù)值決定是否向用戶發(fā)出聲光形式的警報；遠程監(jiān)控功能需要用戶有相應的操作權限才能實現(xiàn)，該功能可遠程控制發(fā)射機，通過干預發(fā)射機的運行，執(zhí)行發(fā)射機的開機與關機指令。
2.2查詢和數(shù)據(jù)記錄
地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機集成監(jiān)控系統(tǒng)除了具有監(jiān)控功能之外，還具備查詢和數(shù)據(jù)記錄的功能。發(fā)射機的用戶可以通過訪問接口實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的查詢功能與數(shù)據(jù)記錄，監(jiān)控系統(tǒng)在第一時間將采集的狀態(tài)數(shù)值與各部件參數(shù)值，并將其發(fā)送給監(jiān)控服務器，服務器會以數(shù)據(jù)庫文件的形式進行儲存，便于用戶查詢和備份。這項功能的研發(fā)給用戶帶來了極大的便利。
3結論
【關鍵詞】數(shù)據(jù)記錄儀；曲線繪制；VB6.0串口通信
目前，在工業(yè)控制等領域，開發(fā)了大量實時趨勢曲線繪制軟件。但在非實時數(shù)據(jù)記錄領域，開發(fā)趨勢曲線繪制的較少，本文以非實時數(shù)據(jù)記錄儀曲線繪制軟件設計為對象，簡要介紹了數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)采集過程，并在此基礎上重點介紹基于VB6.0的曲線繪制軟件的算法設計與實現(xiàn)。
1.數(shù)據(jù)記錄儀的工作過程
本文中數(shù)據(jù)記錄儀主要是完成對某探測器獲取的目標回波信號和四路數(shù)字信號（如上電信號，識別信號等）的電壓等參數(shù)進行采樣，并將采集的數(shù)據(jù)保存在存儲器里。通過PC機串口讀出數(shù)據(jù)記錄儀存儲器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析軟件實現(xiàn)對記錄的各路信號及相關參數(shù)的再現(xiàn)、分析和處理。系統(tǒng)工作過程如圖1所示。數(shù)據(jù)記錄儀接入探測器后，探測器和數(shù)據(jù)記錄儀同時上電。DSP在上電時完成初始化，打開捕獲中斷，為捕獲數(shù)字信號量做好準備，隨后DSP開始采樣模擬通道的數(shù)據(jù)。在采樣的過程中，如果有數(shù)字量產生，將產生捕獲中斷請求，在中斷服務程序中（捕獲中斷服務程序流程如圖2），將捕獲到的記數(shù)值寫入Flash，直到將Flash寫滿。試驗結束后，通過數(shù)據(jù)記錄儀與PC機串口通信，讀取數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)分析和
處理。捕獲中斷服務程序流程中寫入Flash的數(shù)據(jù)都大于3FFH是為了把它們從模擬信號中區(qū)分開來。因為A/D采樣結果為10位，采樣結果不會大于3FFH，而Flash為兩個8位單元存儲一個采樣結果（可存儲16位數(shù)）。即巧妙的利用Flash存儲數(shù)據(jù)長度大于DSP采樣結果的數(shù)據(jù)長度來區(qū)別模擬信號與數(shù)字信號。
2.數(shù)據(jù)記錄儀分析軟件設計
數(shù)據(jù)記錄儀分析軟件是實現(xiàn)人機對話的界面軟件。它的核心任務是將采集到的、存儲在閃存中的數(shù)據(jù)通過計算機的串口讀入到計算機中，并繪制成曲線供設計人員參考。同時要求能通過串口發(fā)送指令，擦除閃存，以便下次采集數(shù)據(jù)；能夠正確的反映采集數(shù)據(jù)的時間信息；能夠對采集的數(shù)據(jù)和分析結果進行管理；能夠盡量保證數(shù)據(jù)的正確性、可靠性；能夠在算法上保證分析速度快等。軟件設計的系統(tǒng)框圖如圖3所示。
首先，利用VB6.0中MSComm控件實現(xiàn)串口通信，讀取Flash中的采樣數(shù)據(jù)。要注意Flash中存儲單元數(shù)據(jù)是8位的，而A/D采樣數(shù)據(jù)是10位，在讀flash時，在算法上就必須考慮將兩個數(shù)據(jù)單元合并為一個單元。同時，F(xiàn)lash中存儲的數(shù)據(jù)是字節(jié)型的，在讀取數(shù)據(jù)的過程中，將數(shù)據(jù)直接由十六進制轉化為十進制，可以簡化算化。本設計中，首先要把動態(tài)數(shù)組定義為字節(jié)類型；其次，把InputMode屬性值設置為1，表示以二進制形式讀取。另外，把讀取的高位數(shù)據(jù)乘以256，再與低位相加，即可將數(shù)據(jù)直接由十六進制轉化為十進制。
對采樣數(shù)據(jù)進行處理，即將從Flash中讀出并保存在PC機中文本文件的數(shù)據(jù)依次全部賦值給一個數(shù)組。這樣，按照時間先后順序采集到的數(shù)據(jù)，將依次放在一個數(shù)組中。這就為曲線的繪制和時間坐標的確定作好了準備。采樣數(shù)據(jù)保存在PC機中格式如圖4，數(shù)據(jù)是以文件追加的方式保存在文本文件中的。在VB6.0中，打開文本并實現(xiàn)數(shù)據(jù)依次全部賦值給一個數(shù)組的算法流程如圖6。實踐證明，采用圖4的保存格式和圖5的算法，能顯著提高數(shù)據(jù)處理速度。
繪制采樣數(shù)據(jù)曲線就是將采集到的數(shù)據(jù)以曲線的形式表現(xiàn)出來。同時將一些所需要的參數(shù)體現(xiàn)出來。在VB6.0中，畫連接線時，前一條線的終點就是后一條線的起點。繪制曲線時，每個畫面顯示10000個采樣點，第二個畫面從10001顯示下面的10000個采樣數(shù)據(jù)，依次類推，完成所有采樣點的繪制。多路信號的識別算法與曲線的繪制如圖6。模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別是通過不同顏色來區(qū)分的。
3.系統(tǒng)試驗
示波器采樣圖形如圖7，分析軟件恢復圖形如圖8。從以上兩圖可以看出，分析軟件恢復出了正確的圖形。圖9中信號負壓部分被削去。這是信號調理電路作用的結果。同時，由于毫米波探測器非常靈敏，其低噪在不同外部環(huán)境中變化較大，且在飛行階段不易有示波器檢測。因此兩個圖中的低噪存在一定差異。數(shù)據(jù)記錄儀在實際應用中取得了好的效果，對于獲取有效的試驗數(shù)據(jù)，分析試驗結果起到了很好的作用。
參考文獻
[1]王和平,等編著.TMS320LF240X DSP C語言開發(fā)應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.1.
1采集系統(tǒng)整體設計
基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分組成，其結構框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件采用NIsbRIO－9606板卡附加NI9683夾層板使用，軟件由FPGA程序和上層VI組成。LabVIEW中為數(shù)據(jù)采集硬件提供驅動程序，用戶通過驅動程序的用戶接口Measurement＆AutomntionExplorer（MAX）對硬件進行各種必要的設置與測試，從而完成上位機與硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞。LabVIEW的數(shù)據(jù)采集VI按Measurement＆AutomntionExplore中的設置采集數(shù)據(jù)，并進行相應的數(shù)據(jù)分析與處理。
1．1采集系統(tǒng)硬件設計NIsbRIO－9606嵌入式控制和采集設備在單塊印刷電路板（PCB）上集成了實時處理器、可重新配置FPGA和I／O。它具有400MHz工業(yè)處理器、XilinxSpartan－6LX45FPGA、RIO夾層卡連接器；RIO夾層卡連接器是一類高速度、高帶寬連接器，可直接訪問處理器和96條3．3V數(shù)字I／OFPGA線。sbRIO－9606在設計上能夠輕松嵌入高容量的應用，具有靈活性和可靠性。NI9683是一款適用于任何NISingle－BoardRIO設備的多模擬I／O和數(shù)字I／O板卡。用戶可通過RIO夾層卡（RMC）連接器將所有輸入和輸出連接至NISingle－BoardRIO控制器板卡。NI9683提供了16路同步模擬輸入通道與絕緣接地參考的連接；8路掃描模擬輸入通道；借助NI9683I／O通道的多個功能，用戶可將該板卡用于從與工業(yè)設備（如電磁閥、激勵器、繼電器）進行通信到電力電子和電機控制等一系列工業(yè)應用。
1．2采集系統(tǒng)軟件設計軟件設計是整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，采用模塊化和層次化的編程思想，從底層FPGA到上層VI的層次化，不但增加程序的可讀性和清晰性，還大大縮短開發(fā)周期。LabVIEW的FPGA項目的建立必須通過項目管理器進行，在項目管理器下選擇板卡NI9606，然后手動創(chuàng)建FPGA項目，并配置相應的夾層板和IP，在FPGA終端（FPGATarget）創(chuàng)建FPGAVI，打開該VI進行編程，同時對于采集FPGA終端需要配置相應的采集范圍，選擇±10，將編好的FPGA程序進行編譯即下載到板卡運行，然后經(jīng)過頂層VI的調用、讀取和關閉，采集數(shù)據(jù)。采集系統(tǒng)軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和功率模塊設計，基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件方框圖如圖2所示。
1．2．1數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)電壓電流參量經(jīng)過調理電路，得到±10范圍內的信號，經(jīng)過A／D轉換送入NI9683的模擬輸入端口，LabVIEW利用FPGA模塊進行數(shù)據(jù)采集，F(xiàn)PGA全稱為現(xiàn)場可編程門陣列。集成數(shù)字電路芯片都是由各種基本的門電路組成的，每種特定的芯片都是為特定功能設計的，雖然規(guī)模更大、功能更強的芯片能帶來方便，但其種類繁多、功能各異給學習造成困難，而LabVIEW中的FPGA模塊用軟件來改變硬件功能，很好地解決了這個問題。未上電之前，F(xiàn)PGA內部是空白的。上電后，通過讀取里面存儲的內容，F(xiàn)PGA會自動配置，形成了需要的功能芯片。數(shù)據(jù)采集FPGA程序框圖及前面板如圖3所示。FPGA有自己的基準時鐘，最高能達到400MHz，通常采用40MHz板載時鐘，一個時鐘周期即一個脈沖周期25ns，以往單片機等采樣硬件的采樣時鐘都是毫秒級的，因此，能保證FPGA數(shù)據(jù)采集的快速性和實時性。Ni的FPGA模塊以LabVIEW作為基本開發(fā)環(huán)境，采用圖形化編程，極大地方便開發(fā)，縮短開發(fā)周期。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集部分程序框圖如圖4所示。
1．2．2功率模塊對電能質量的檢測，功率模塊是不可缺少的，利用FFT算法對采樣信號電壓電流進行分析得到各自的相頻和幅頻特性，求出電壓電流的相位差，從而求得功率因數(shù)PF，采樣信號為線電壓和線電流，經(jīng)過RMS單元得到線電壓和線電流的有效值，根據(jù)三相電路功率計算公式，再根據(jù)有功功率、無功功率、視在功率和功率因數(shù)之間的關系，得到視在功率、有功功率和無功功率。其軟件流程圖如圖5所示。
2實驗結果
基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對電能質量的電壓、電流參量進行數(shù)據(jù)采集，所采集系統(tǒng)為三相供電系統(tǒng)，AI0－AI2為三相電壓A，B，C，AI3－AI5為三相電流，通過FPGA程序采集數(shù)據(jù)，頂層VI通過調用FPGA程序，讀取采樣結果，提取采樣數(shù)據(jù)，從而進行功率運算，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖如圖6所示。從圖中可以看到其中一相的電壓為標準正弦波，其有效值為380V，電流波形含有諧波，其基波如圖為標準正弦波，同時還可觀測到電壓電流的幅頻特性，經(jīng)過處理得到視在功率、有功功率、無功功率和功率因數(shù)。實驗用HIOKI3169－20鉗式功率計檢測結果與之對照，HIOKI3169－20鉗式功率計的檢測精度為有功功率：±0．2％rdg。以電能質量分析儀的視在功率1338．9VA為測量真值，檢測系統(tǒng)測量值如表1所示。經(jīng)過實驗運行得到的結果如圖7所示。由表中可知，以電能質量分析儀測量值作為系統(tǒng)真值，得到采集系統(tǒng)采樣誤差為0．12％，采樣精度為0．26％，在誤差允許的范圍內，達到測量要求。
3結語
關鍵詞：軟件工程 設計模式 通信監(jiān)測系統(tǒng) 探究
中圖分類號：TP393.07 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0016-01
Internet技術的迅猛發(fā)展令我國順利進入信息化時代，實現(xiàn)了計算機技術、通信技術、信息技術向集成技術發(fā)展的趨勢轉化。但由于網(wǎng)絡通信的開放性、自由性，這在一定程度上加大了網(wǎng)絡的復雜度，為此研究與開發(fā)通信監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。不過，網(wǎng)絡通信監(jiān)測系統(tǒng)是一個多層次、復雜性的軟件工程，傳統(tǒng)的軟件開發(fā)思想與方法難以滿足當前網(wǎng)絡發(fā)展對通信監(jiān)測系統(tǒng)的高要求，因而將軟件工程思想、理論與技術引用在網(wǎng)絡通信監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)中，運用軟件設計模式分析與開發(fā)通信監(jiān)測系統(tǒng)可以取得較為理想的效果。
1 通信監(jiān)測系統(tǒng)
NGN（下一代網(wǎng)絡）的出現(xiàn)是Internet技術發(fā)展的產物，標志著新一代電信網(wǎng)絡時代的到來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡的語音、視頻、數(shù)據(jù)等功能服務。但網(wǎng)絡通信功能強大在為人們帶來便利的同時，在另一方面也加大了網(wǎng)絡通信監(jiān)控與管理的難度，因而需要構建一個多層性、功能強大的網(wǎng)絡通信監(jiān)測系統(tǒng)。這個通信監(jiān)測系統(tǒng)的運行原理是，采集網(wǎng)絡上的傳輸數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)處理平臺來分析與處理這些采集數(shù)據(jù)，從而產生統(tǒng)計數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、CDR數(shù)據(jù)，并形成告警，將其統(tǒng)一到數(shù)據(jù)庫中存放。而后，通信監(jiān)測系統(tǒng)中的前端業(yè)務分析應用平臺在進行業(yè)務分析的過程中，可通過調用數(shù)據(jù)庫來提供數(shù)據(jù)分析參考依據(jù)。而利用軟件工程中軟件設計模式思想來設計通信監(jiān)測系統(tǒng)，能夠為系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提供有效保障。
2 軟件設計模式的概念及其優(yōu)勢
關于軟件設計模式的概念，即將軟件設計過程中的問題集合成一個可復用面向對象的解決方案，從而便于其他軟件開發(fā)者參考借鑒。在具體應用中，軟件設計模式具有四個方面的優(yōu)勢：
（1）提供經(jīng)過驗證的設計經(jīng)驗與技術，利用文字表述將其轉化成設計模式，從而為軟件開發(fā)者提供借鑒依據(jù)，以減少不必要的試驗失誤；（2）在設計模式中提供重用面向對象代碼，開發(fā)者可重復利用已有成功的設計與結構，進而提高設計速度與軟件質量；（3）分離程序中的可變部分、不可變部分，以減少耦合現(xiàn)象，既利于擴展與維護代碼，又減小程序理解難度；（4）設計模式中提供清晰的表述，以及對象關系的意圖，開發(fā)者還可以對設計模式中的系統(tǒng)文檔進行維護與改進以便完善設計模式，提高設計模式的作用。
3 基于軟件設計模式的通信監(jiān)測系統(tǒng)探究
以通信監(jiān)測系統(tǒng)中的ADAPTER（適配器）模式設計為例，根據(jù)軟件設計模式原理，通信監(jiān)測系統(tǒng)中的協(xié)議監(jiān)測模塊并不需要全部都重新開發(fā)，而可以借鑒和復用已有的、成功的協(xié)議監(jiān)測模塊，在此基礎上進行新協(xié)議監(jiān)測模塊的開發(fā)。在設計過程中，需要著重解決一個問題，就是設計新舊模塊的統(tǒng)一接口，以實現(xiàn)新舊模塊的融合，進而完成通信監(jiān)測系統(tǒng)中ADAPTER（適配器）模式的設計。
如圖1所示，對象匹配器是Adapter適配器的主要部分，其中COldProtocol是設計模塊中提供的已有可復用協(xié)議模塊，而GetParameter與SetParameter是該協(xié)議模塊的兩個接口，分別負責獲取與修改參數(shù)的操作。在ADAPTER（適配器）模式的設計，可復用已有的協(xié)議，而在新的協(xié)議中合并獲取與修改參數(shù)步驟，通過修改為RemoveParameter使之成為可一步完成的操作。而后，進行適配器統(tǒng)一接口的轉換，使原有接口滿足新系統(tǒng)的接口要求，如：
要完成新舊協(xié)議模塊的整合，還需要將COldProtocol類的一個實例傳給CAdaptedProtocol類的構造函數(shù)，如此就可以實現(xiàn)對象適配器版本CAdaptedProtocol與COldProtocol類協(xié)同工作，以實現(xiàn)通信監(jiān)測系統(tǒng)對所有協(xié)議模塊的統(tǒng)一管理。
4 結語
通過上述分析可知，軟件設計模式具有很高的應用價值，其能夠對成功系統(tǒng)設計進行分離，從而實現(xiàn)優(yōu)秀設計經(jīng)驗與技術的可復用。而將軟件設計模式應用于通信監(jiān)測系統(tǒng)設計中，就可以復用已有的設計經(jīng)驗與技術，進而更好的完成通信監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應用。
參考文獻
[關鍵詞]連鑄結晶器；無線傳感器技術；三維重構
中圖分類號：TF341.6；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0062-01
1 引言
目前，國內外采用了多種方法對板坯結晶器振動狀況進行檢測，如傳統(tǒng)的手工檢測方法、結晶器自帶位移測量裝置檢測方法、位移傳感器檢測方法和加速度傳感器檢測方法等。我國結晶器振動檢測大多是基于單點的檢測和分析，只能獲取結晶器的局部信息，不能準確反映出結晶器振動的真實情況。由于振動控制不精確或誤差較大，容易在鋼水凝固成鑄坯的過程中，鑄坯的表面不平整，造成產品的表面質量發(fā)生問題，直接影響產品的銷售，并且容易造成“漏鋼”事故。再者振動不精確或誤差很大，通常使用過大的安全系數(shù)，使得整條流水線發(fā)揮不了正常的工作效率，影響鋼坯質量。
因此，對振動裝置的監(jiān)測和控制勢在必行。
2 主要內容
1）結晶器振動形態(tài)三維重構
結晶器振動形態(tài)重構的過程是將布置在結晶器上各傳感器節(jié)點所采集的信息進行信息融合分析的過程。通過多個測點的信息綜合分析，每個傳感器節(jié)點都包含X、Y、Z三個方向的信號，得到結晶器振動的具體信息并能模擬出結晶器振動形態(tài)，重構流程如圖1所示。
2）結晶器振動形態(tài)檢測和控制系統(tǒng)總體設計
結晶器振動形態(tài)在線檢測系統(tǒng)通過對振動平臺的實時監(jiān)測，獲取結晶器的實際振動狀態(tài)，并通過振動幅值、頻率、相位和波形偏斜率這四個基本參數(shù)反映出結晶器的實際振動波形。然后再由工業(yè)控制計算機對這四個振動基本參數(shù)進行計算，得出負滑動時間、負滑動率等連鑄過程中比較重要的振動工藝參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)通過反饋執(zhí)行機構作用于驅動振動平臺的電機，由此形成在線檢測和控制閉環(huán)。系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。
結晶器振動形態(tài)在線檢測和控制系統(tǒng)總體由兩部分組成：下位機系統(tǒng)與上位機系統(tǒng)。下位機系統(tǒng)為具有自動調平功能的無線傳感器，是以T1公司生產的MSP430F149作為主控芯片的系統(tǒng)，主要由傳感器、信號調理模塊、A/D轉換模塊、自動調平模塊、MSP430單片機最小系統(tǒng)及其他模塊等組成，主要實現(xiàn)平臺的自動調平、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)的發(fā)送。上位機系統(tǒng)為工業(yè)控制計算機，主要進行數(shù)據(jù)的接受，并負責對下位機系統(tǒng)發(fā)送相關指令及配置參數(shù)，承擔數(shù)據(jù)的分析、處理及顯示，同時利用反饋執(zhí)行機構控制結晶器振動臺驅動電機。
3）系統(tǒng)硬件設計
該系統(tǒng)的硬件部分主要包括傳感器部分、信號調理電路、數(shù)據(jù)采集卡及工業(yè)控制計算機。該系統(tǒng)首先進行檢測平臺的自動調平，然后傳感器采集到結晶器振動信號，通過信號調理模塊調理后，再經(jīng)A/D轉換，并通過MSP430打包后將振動信號的相關數(shù)據(jù)傳給工業(yè)控制計算機。數(shù)據(jù)終端接受傳來的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、處理后在用戶界面上進行結晶器振動狀況的具體參數(shù)及曲線的描述，并通過數(shù)據(jù)的融合進行振動形態(tài)的三維重構，且能動態(tài)模擬并回放結晶器的振動過程，直觀準確的顯示結晶器的振動狀況。該檢測系統(tǒng)的硬件總體架構如圖3所示。
各個模塊具有各自不同的功能。電源模塊用于將鋰電池提供的源電壓通過不同的電壓轉換芯片的處理，轉換為相應的適用于各模塊工作的電源；信號調理模塊主要分為信號濾波處理模塊和運放電路調理模塊，前者用于將傳感器采集振動信號過程中的干擾信號去除，使經(jīng)過該模塊濾波后的信號最相近于結晶器振動的真實情況，后者用于將濾波后的振動信號進行一定調理；單片機模塊主要把處理后的信號再次預處理，通過集成ADC模塊實現(xiàn)電壓信號轉換，同時進行與數(shù)據(jù)終端的交互；自動調平模塊用于將檢測的傳感器平臺調節(jié)至水平；電路用于單片機的復位、狀態(tài)指示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
4）系統(tǒng)的軟件設計
本系統(tǒng)的軟件設計以MSP430單片機為控制核心，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、平臺的自動調平和數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能，而數(shù)據(jù)的分析、處理等功能則由工控機實現(xiàn)。
當需要進行現(xiàn)場結晶器振動狀況檢測時，將無線傳感器安裝在結晶器平臺上，加速度傳感器將采集到的原始結晶器振動信號轉換成電信號輸出，該輸出信號首先進行信號濾波處理，濾除雜波和其他干擾信號，再經(jīng)過運放調理模塊進行信號調理，得到適合MSP430單片機
可以采集的振動信號，調理后的電信號通過MSP430單片機的外部采樣通道進入到模數(shù)轉換模塊ADC進行轉換。將進入的模擬電壓信號轉換成數(shù)字電信號后，將數(shù)據(jù)按一定的格式打包，傳送給數(shù)據(jù)分析終端，利用數(shù)據(jù)分析終端的分析軟件進行數(shù)據(jù)的分析、處理及顯示等，同時通過反饋控制機構對結晶器驅動電機進行反饋控制。
本系統(tǒng)軟件設計采用結構化程序設計方法，將待開發(fā)的軟件系統(tǒng)劃分為若干個互相獨立的模塊，每一個模塊完成單純而確定的功能。
3 小結
本文圍繞連鑄結晶器裝置存在的問題，通過分析其各部分工藝參數(shù)的特點和要求，對結晶器振動形態(tài)進行三維重構，并利用傳感器對多點振動形態(tài)進行了檢測，結合無線傳感技術和計算機技術，研制出基于無線傳感器的連鑄結晶器振動形態(tài)檢測和控制系統(tǒng)，直觀又準確的反應結晶器振動的真實情況。該系統(tǒng)易于實現(xiàn)，成本低，操作簡單。
資助項目：國家大學生創(chuàng)新項目[連鑄結晶器振動形態(tài)在線檢測和控制系統(tǒng)的研究（201411488007）、基于Web和GPRS的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)]，浙江省教育廳科研（Y201329552），國內訪問學者項目（FX2013197）。
參考文獻
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【關鍵詞】智能；斷路器；檢測系統(tǒng)
0 引言
斷路器作為電力系統(tǒng)的重要設備之一，且兼具控制與保護的雙重功能，直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。相對其他靜止的電力設備，斷路器是需要進行不斷動作的設備部件，因此斷路器結構復雜，零部件多樣。在設備運行過程中，其零部件磨損，功能參數(shù)發(fā)生變化，設備出現(xiàn)故障將不可避免。
為提高設備壽命周期，使設備處于良好的運行工況下，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，對斷路器進行適時地檢修維護顯得尤為重要。過去，包括斷路器在內的電力設備，一直采取定期檢修維護的方法。但由于設備運行環(huán)境、使用條件、甚至不同設備間均存在較大差異，因此統(tǒng)一的維修周期，既缺乏針對性，也存在檢修成本的資源浪M。
斷路器在線檢測系統(tǒng)能實時了解斷路器的運行狀態(tài)，減少過早或不必要的停電試驗與檢修。可顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。
1 電流檢測原理
斷路器在分、合閘過程中線圈電流變化曲線最能反應當前斷路器的工作狀態(tài)。國內外廣泛的應用實例，充分證明了斷路器控制回路波形監(jiān)測技術是一項行之有效的斷路器操作機構狀態(tài)檢測技術。
分合閘過程線圈中電流的變化可根據(jù)等效電路推導如公式1所示，根據(jù)該公式可以分析出線圈電流的波形軌跡，即鐵芯運動關鍵時刻點及該時刻電流值，如圖1。
2 總體方案
為更好滿足現(xiàn)場多變的應用需求，斷路器狀態(tài)檢測系統(tǒng)硬件采用ARM+FPGA雙核結構，軟件采用RT Linux操作系統(tǒng)，應用層使用C語言進行程序設計。這樣既保證了數(shù)據(jù)采集、獲取的實時性，也保證了檢測系統(tǒng)豐富的外設接口。系統(tǒng)組成如圖2所示。
本斷路器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)方案主要由以下部分組成：
1）斷路器。作為監(jiān)控對象，主要采集斷路器線圈分、合閘電流、電壓數(shù)據(jù)。
2）檢測裝置。主要負責斷路器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示及狀態(tài)預警機制。
3）檢測主站。為實現(xiàn)無人值守，所有的斷路器數(shù)據(jù)都包括數(shù)據(jù)上送功能，集中顯示，通過在數(shù)據(jù)中心查看斷路器的運行狀態(tài)。
3 硬件平臺設計
智能斷路器狀態(tài)檢測系統(tǒng)采用ARM+FPGA雙核硬件平臺，F(xiàn)PGA主要進行斷路器電流、電壓數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)紸RM進行數(shù)據(jù)分析處理。
總體硬件模塊如圖3所示。
圖3 硬件模塊圖
硬件模塊介紹如下：
（1）FPGA模塊。為保證采集速率，采用FPGA陣列，速率可到300MHz；
（2）ARM核心板。為滿足嵌入式及低功耗現(xiàn)場需求，本次采用ARM作為主處理器單元，主頻500MHz，且CPU主板通過連接件的方式與底板互聯(lián)；
（3）底板。方便外設擴展，底板提供了豐富的外設接口，網(wǎng)口、USB口等等；
（4）顯示。為方便實時及歷史數(shù)據(jù)的查看，提供了高分辨率顯示屏用于數(shù)據(jù)顯示及查看。
（5）狀態(tài)指示燈。為調試及現(xiàn)場操作提供方便，本裝置提供了狀態(tài)指示燈模塊，通過狀態(tài)指示燈的顏色顯示即可反映當前斷路器的工作狀態(tài)。
4 軟件平臺設計
4.1 系統(tǒng)平臺設計
對電力系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的實時性和可靠性[10]是要求的關鍵，而Linux、Window CE、VxWorks 等嵌入式系統(tǒng)，均存在開放性、穩(wěn)定性、實時性或高收費方面的問題。智能斷路器檢測系統(tǒng)在開源Linux系統(tǒng)的基礎上搭載實時Xenomai微內核，該雙內核系統(tǒng)架構既具有Linux系統(tǒng)既具有Linux豐富的驅動接口，也具有硬實時系統(tǒng)的優(yōu)點，系統(tǒng)結構如4所示。
圖4 軟件系統(tǒng)圖
從軟件系統(tǒng)圖中可以得知，雙內核的系統(tǒng)架構更方便不同應用需求的處理，對于實時性要求高的應用運行于Xenomai內核，而實時性不高的應用運行于Linux內核。
4.2 應用軟件設計
當斷路器進行分、合閘時，F(xiàn)PGA把采集到電流、電壓數(shù)據(jù)進行上送，當ARM CPU接收到FPGA上送的數(shù)據(jù)后即調用數(shù)據(jù)分析模塊、狀態(tài)診斷模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)上送模塊等進行分析處理，同時把當前數(shù)據(jù)波形及分析結果在顯示屏上進行顯示，當出現(xiàn)故障時，顯示面板進行告警顯示。
實時波形數(shù)據(jù)與分析結果以文件的方式保存在現(xiàn)地裝置中，同時可以以太網(wǎng)方式上送波形數(shù)據(jù)與分析結果到遠程服務器進行查看、顯示，便于遠程值守。
軟件設計采用模塊化方法，軟件模塊結構如圖5所示。
5 結語
智能在線監(jiān)測裝置實現(xiàn)斷路器狀態(tài)監(jiān)測的核心在于分、合閘線圈電流波形的采集及系統(tǒng)組網(wǎng)方案。本文介紹的系統(tǒng)方案，運用了大數(shù)據(jù)分析、模糊診斷等技術手段，大大提高了線圈分析的可靠性。
該系統(tǒng)實現(xiàn)了檢測斷路器運行狀態(tài)的目的，系統(tǒng)響應快速、可靠穩(wěn)定，平臺不僅具有現(xiàn)地顯示還具有遠程服務展示功能，滿足了現(xiàn)場調試及遠程監(jiān)控的要求，系統(tǒng)同時具有61850通訊接口，滿足了不同廠家設備互聯(lián)互通的功能。
針對目前智能變電站推廣日益廣泛的現(xiàn)實，具有良好的應用前景。
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（1．天津出入境檢驗檢疫局工業(yè)產品安全技術中心天津300191;2．天津職業(yè)技術師范大學自動化與電氣工程學院天津300222）
摘要：隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展與科學技術的不斷提高，同時由于國際市場不斷增長的需求，我國電機行業(yè)得到了快速發(fā)展。由于電機種類與數(shù)量的增加，用于電機性能與質量指標測試的電機測試技術也不斷發(fā)展。針對職業(yè)院校教師開展電機測試實驗教學效果差以及一些負責電機檢測的企事業(yè)單位實驗效率低、人員勞動強度大等問題，提出并設計了一套基于虛擬技術的電機型式實驗測試系統(tǒng)，包括計算機、控制柜、測量儀器柜等，可以實現(xiàn)空載實驗、負載實驗、堵轉實驗、溫升實驗等電機測試實驗。經(jīng)實驗驗證，該電機型式實驗測試系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果良好，彌補了現(xiàn)有電機測試技術中的缺陷。
關鍵詞 ：電機測試；型式實驗；傳感器；虛擬技術；LabView
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727( 2014) 02-0170-03
近年來，隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展以及國際市場對中小型電機的需求，出現(xiàn)了越來越多的電機生產企業(yè)，電機種類與品質各式各樣，因此對電機性能和質量指標的檢測技術及設備的需求迫切，電機測試技術是伴隨著電機工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，兩者密切相關，相輔相成．電機測試技術就是根據(jù)電機標準參數(shù)，采用相關的設備，對生產的電機進行電機實驗，從而得到測試電機的電氣性能、力學性能、安全性能及可靠性等技術指標。電機測試實驗是電機制造與生產過程中的必要工序，是對電機生產技術和裝備的綜合評價，對生產的電機性能與質量指標起著重要作用。目前，伴隨著科學技術的提高，電機生產在設計、工藝等方面的水平日益提高，電機的性能和質量指標也有了很大提高，對電機測試技術的要求也越來越高。
隨著全球環(huán)境的日趨惡化以及國際能源的日益緊缺，近年來，許多發(fā)達國家在提高電機效率方面都提出了具體的時間規(guī)劃。相應地，需要電機測試技術在測試理論、測試手段、測試裝備等方面進一步提高，目的在于提高電機測試實驗效率、降低人員勞動強度以及提高測試設備的精度等。
由于電機行業(yè)的快速發(fā)展，各類職業(yè)院校都開展了相應的電機實驗課程。針對目前職業(yè)院校開展電機測試實驗過程中出現(xiàn)的時間效率低、能源消耗大、精度不足等問題，筆者基于先進虛擬儀器LabView技術，結合各類測量傳感器，設計了一套電機型式實驗測試系統(tǒng)，將計算機、儀器儀表等硬件結合在一起，通過軟件設計實現(xiàn)對實驗的控制和資料的運算、分析、處理、顯示、打印及存儲功能。
系統(tǒng)總體結構
本電機型式實驗測試系統(tǒng)將計算機、測量儀器等硬件設備與虛擬儀器LabView軟件技術相結合來進行電機型式實驗，從而實現(xiàn)電機型式實驗的自動控制。系統(tǒng)組成包括計算機、打印機、控制柜、測量儀器柜、電源控制柜、轉矩傳感器、陪試電機以及被試電機等，其相應的系統(tǒng)總體組成結構框圖如下頁圖1所示。
系統(tǒng)結構組成
計算機本電機型式實驗測試系統(tǒng)利用計算機強大的數(shù)據(jù)運算分析、圖形處理等能力，通過軟件設計為測試系統(tǒng)提供圖形化的人機操作界面，用于實現(xiàn)系統(tǒng)硬件配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)波形顯示及特性曲線打印報告等功能。
控制柜控制柜負責整個測試系統(tǒng)的整體控制，用于實現(xiàn)被試電機數(shù)據(jù)的測量、采集和處理，包括PLC模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連接構成的電氣線路。PLC控制柜上裝有轉換開關，用于切換手動和自動運行狀態(tài)。PLC模塊單元包括CPU模塊、電源模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸入模塊。PLC模塊單元與計算機之間采用CP 5611通訊卡連接，從而操作計算機軟件控制窗口，實現(xiàn)對被試電機項目的自動選擇和控制，并由軟件自動生成數(shù)據(jù)報表。
測量儀器柜測量儀器柜包含測量電機性能參數(shù)的各類傳感器，比如多功能數(shù)字功率計、轉矩轉速測試儀、智能電機參數(shù)測試儀等，在計算機的控制下負責測量電機的電壓、電流、功率等各項參數(shù)。多功能數(shù)字功率計實物如圖2所示。
電源控制柜電源控制柜用于給陪試電機和被試電機提供電源，電源設計采用了電子內回饋變頻技術，將被試電機的正弦波電源與陪試電機的電源相結合。其電源工作原理為：把交流電整流為直流電，再經(jīng)過逆變單元，變?yōu)檎也ǎ?jīng)過濾波，變壓器隔離產生純正的正弦波（失真度<3%），頻率范圍47~63HZ。回饋單元為一個智能控制同步整流，當陪試電機工作在第四象限時（發(fā)電狀態(tài)），經(jīng)DSP采用特殊算法控制該單元把交流電整流為直流電，回饋到直流母線（因為是直流回饋，對電網(wǎng)無污染）。其原理框圖如圖3所示。
系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)的軟件設計主要用來提供友好的人機操作界面，從而實現(xiàn)系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示等功能。
虛擬儀器技術概述虛擬儀器技術是利用計算機作為測量平臺，采用虛擬儀器軟件模擬實際儀器操作過程，通過設計人機交互界面來完成傳感器信號的采集、處理、分析以及顯示、存儲等功能。虛擬儀器系統(tǒng)主要由硬件平臺與軟件平臺兩部分構成。硬件平臺僅僅是為了完成信號的輸入、輸出，軟件設計才是整個系統(tǒng)的關鍵。本系統(tǒng)采用LabView虛擬儀器軟件開發(fā)平臺進行軟件的設計。
系統(tǒng)開發(fā)工具LabView本電機型式實驗測試系統(tǒng)的軟件設計采用圖形化的編程語言工具——LabView7.1。該軟件主要通過使用相應的圖標、框圖和連線來進行程序設計，設計過程簡單直觀、容易操作、易于理解。LabView具備編程語言中的數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)類型、語法等基本要素，同時具備自己的擴展函數(shù)庫和子程序應用模塊。用戶通過使用這些模塊可以快速實現(xiàn)串口通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)類型轉換、波形顯示等功能。另外，LabView也支持CIN節(jié)點，方便用戶使用C、C++語言進行程序設計。
系統(tǒng)軟件功能結構根據(jù)本電機型式實驗測試系統(tǒng)的功能需求，利用LabView軟件設計了以下幾個功能模塊：(1)空載測試模塊。控制電機在額定電壓、額定頻率的工作條件下空載運行，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計算銅耗、鐵耗、機械耗。(2)堵轉測試模塊。電機接近冷狀態(tài)下進行，采用電阻法進行堵轉測試，讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，繪制電機的堵轉特性曲線。(3)負載測試模塊。在被測電機的負載端加上測功電機，保持發(fā)電狀態(tài)，實現(xiàn)被測電機的負載性能指標測試。(4)數(shù)據(jù)回放和分析模塊。通過軟件設計，在數(shù)據(jù)采集過程中加入存儲過程，方便用戶進行后面的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)波形顯示、生成報表等功能。
系統(tǒng)軟件結構功能框圖如圖4所示。
電機型式實驗
利用本型式實驗測試系統(tǒng)可進行的測試項目如下。
直流電阻電機在環(huán)境溫度下，用四端法測量其直流電阻，可換算出基準溫度下的電阻值。 空載實驗讓電機在額定電壓、額定頻率下空載運行，一直到機械損耗達到穩(wěn)定，然后從1.1—1.3倍額定電壓開始，逐步降低電壓，直到電機電流開始回升為止，其間測取7—9點數(shù)據(jù)，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計算銅耗、鐵耗、機械耗。
負載實驗 當電機的溫度接近熱穩(wěn)定時，給電機加額定電壓，通過改變電機負載，在1.25—0.25倍額定負載范圍內均勻測取6—8點數(shù)據(jù)，記錄每點的電壓、電流、輸入功率、輸出功率、轉速及轉矩，可通過輸入輸出法或負載雜散損耗采用推薦值的損耗分析法確定效率，并繪制特性曲線。
堵轉實驗在電機接近冷狀態(tài)下進行，實驗時設備可通過外力將電機轉子堵住，從額定電壓的1.1倍開始，降低電壓到接近電機額定電流時為止，其間測取6—8點，讀取電壓、電流、功率及轉矩，并繪制轉矩特性曲線。當采用電阻法測堵轉時，只讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，每側完一點，測取定子繞組的電阻值，借此計算對應的轉矩值。最后可繪制電機的堵轉特性曲線。
溫升實驗本設備采用電阻法做溫升實驗。電機運行熱穩(wěn)定以后，斷電測取某一繞組的電阻值降落曲線，可以反推到斷電瞬間的電阻值，并以此電阻值和冷態(tài)數(shù)據(jù)求取繞組溫升。在實驗過程中，可自動穩(wěn)定負載，溫升穩(wěn)定后，提示用戶斷電停機，以進行下面的實驗項目。
［關鍵詞］高職;軟件工程;實踐課程;應用研究
一、引言
軟件工程實踐課程具有較強的理論性，而在專業(yè)技能上又表現(xiàn)出更高的操作性。從學科特色來看，軟件工程是計算機科學與技術專業(yè)的融合，其內容圍繞軟件需求、系統(tǒng)分析、軟件設計、技術實踐等環(huán)節(jié)，強調高素質技能型人才的培養(yǎng)質量。然而，傳統(tǒng)的軟件工程實踐課程教學效果并不理想，教學內容往往單一、枯燥，學生的學習積極性受到抑制。如軟件開發(fā)中的數(shù)據(jù)流程無法提供應用環(huán)節(jié)，學生難以從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)關聯(lián)性問題，導致執(zhí)行效率較低;在現(xiàn)代軟件開發(fā)環(huán)境下，難以滿足多層分布式架構設計要求。
二、軟件工程實踐課程內容的拓展
(一)軟件工程建模應用設計
傳統(tǒng)教學中軟件工程實踐課程建模設計，主要采用數(shù)據(jù)流程圖方式，其優(yōu)勢在于從數(shù)據(jù)流程圖的繪制上展現(xiàn)軟件設計過程。然而，在繪制軟件設計流程圖過程中，往往導致學生產生畏難心理。同時，由于對整個軟件需求、軟件功能分析不到位，導致數(shù)據(jù)來源不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)需求不清晰、數(shù)據(jù)存儲出現(xiàn)異常、數(shù)據(jù)冗余度等問題，也在一定程度上影響了學生對知識和技能的掌握。所以，有必要改進軟件工程實踐課程的教學模式，有針對性地拓寬教學方案，特別是在流程圖設計分析上，需要從軟件工程分析、軟件數(shù)據(jù)分析、軟件功能分析等方面適當延伸和拓展。如在軟件功能分析上，需要借助于軟件數(shù)據(jù)流程圖進行頂層設計，抽象出各軟件功能子系統(tǒng)及相關單元的功能;在軟件數(shù)據(jù)分析上，需要區(qū)分軟件實體、屬性及關聯(lián)性，并對相關數(shù)據(jù)庫進行識別，引導學生理解和應用不同的數(shù)據(jù)信息結構建立E－R模型。
(二)軟件工程建模設計拓展
傳統(tǒng)建模設計主要從系統(tǒng)功能上確定不同的模塊，比較適宜面向過程的設計環(huán)境。但對于面向可視化、面向對象、面向事件驅動下的程序設計環(huán)境，則顯得不相適宜。因此，需要從建模設計上進行擴展，保留原來軟件過程類模塊設計的主要內容，圍繞軟件結構、軟件數(shù)據(jù)、軟件界面等進行擴展。如在系統(tǒng)結構設計上，可以采用集中式結構、分布式結構，還可以采用集中－分布式結構;在確定軟件應用模式上，可以采用B/S結構，也可以采用C/S結構;在確定數(shù)據(jù)設計上，可以采用邏輯數(shù)據(jù)集關系進行規(guī)范化處理，也可以采用物理數(shù)據(jù)集關系進行編碼和命名;在界面設計上，根據(jù)軟件功能及業(yè)務需求，來組織輸入、輸出，從而滿足不同軟件設計的開發(fā)需要。
三、軟件工程類課程實踐教學模式
軟件工程類課程實踐教學模式的重點，在于從教學內容的組織與優(yōu)化上，聯(lián)系軟件工程設計實際，突出教學方法的創(chuàng)新性、實踐性、應用性。根據(jù)軟件工程類課程特點，在改革實踐教學模式上，圍繞實踐教學綱要目標，融入多種實踐教學方法。如案例驅動教學法、任務驅動教學法、典型案例分析法等，逐漸深入、細化軟件工程理論知識與應用的展開。
(一)進銷存C/S案例分析與應用
C/S軟件結構基于客戶、服務器關系，適用于業(yè)務流程復雜、對軟件響應速度較高的軟件開發(fā)項目。在C/S結構中，用戶根據(jù)角色權限來操作相應功能模塊，并實現(xiàn)進貨、銷貨、庫存匯總及各類報表的輸出功能。在數(shù)據(jù)庫設計上，要從軟件執(zhí)行效率、處理異常及滿足業(yè)務需求等方面，設計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表、E－R圖和數(shù)據(jù)視圖。在數(shù)據(jù)庫表結構設計中，根據(jù)不同數(shù)據(jù)字段項的使用特點，來優(yōu)化系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫結構。如在SQLServer2008數(shù)據(jù)庫中，可以定義員工名稱表、商品基本信息表、客戶基本信息表、倉庫部門信息表、進貨商品信息表、用戶權限表、退貨商品信息表、銷售商品信息表、庫存信息表等，以滿足進銷存管理系統(tǒng)設計中不同業(yè)務信息的統(tǒng)計與關聯(lián)。在數(shù)據(jù)庫視圖設計上，常用的有標準視圖、索引視圖、分區(qū)視圖三種，利用Select語句進行視圖檢索，確定入庫視圖v－GoodIn、v－ReGoods、v－UserSell、v－Use-rView基本視圖。針對C/S結構中軟件表單編碼的設計，要從信息交換、處理、傳輸、共享等方面來優(yōu)化編碼規(guī)則。如在進貨商品基本信息格式上，以“系統(tǒng)當前日期+‘JH’+7位數(shù)字編碼”為規(guī)則，來提升商品信息識別效率。在系統(tǒng)觸發(fā)器設計上，要保證商品信息數(shù)量一致性。如在t－Goods觸發(fā)器設計上，對于某商品信息沒有歷史記錄者，則觸發(fā)入庫信息表tb－Stock;若該商品在庫存信息表中，則將該余量進行及時相加，保障庫存信息實時更新。
(二)進銷存B/S模型設計與應用
B/S模式是基于多層應用結構，將原來的表示層、業(yè)務邏輯層進行分離，便于開發(fā)人員提供簡潔的功能操作界面。下面以ASPNet為例來探討軟件工程實踐教學。ASPNet三層應用結構中，第一層是用戶表示層USL，封裝了人機交互的表單與組件，滿足業(yè)務邏輯層與系統(tǒng)用戶之間的信息傳輸需要，并通過簡單的校驗后傳送給瀏覽器進行顯示。第二層是業(yè)務邏輯層BLL，主要是對不同應用業(yè)務規(guī)則和邏輯的封裝，便于用戶通過業(yè)務邏輯層進行多種功能的調用，以及訪問數(shù)據(jù)庫等;第三層是數(shù)據(jù)訪問層DAL，通過與數(shù)據(jù)庫進行交互來獲取查詢記錄、插入、修改、刪除數(shù)據(jù)庫記錄等操作。在B/S軟件工程模型中，數(shù)據(jù)訪問包括業(yè)務實體訪問和數(shù)據(jù)操作兩部分，業(yè)務實體是反映現(xiàn)實生活的各類業(yè)務數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)操作是基于對數(shù)據(jù)庫的檢索來完成的信息傳輸服務。Model業(yè)務實體層主要存儲與業(yè)務實體相關的數(shù)據(jù)屬性值;DBUtility公共類主要是從Web．congfig配置信息庫中獲取類庫，滿足對數(shù)據(jù)庫相應操作的訪問;DAL數(shù)據(jù)訪問層主要是記錄數(shù)據(jù)庫的表結構，滿足增刪、修改等功能;BLL業(yè)務邏輯層主要是滿足創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫類，以及對數(shù)據(jù)庫進行訪問調用。
四、軟件工程實踐課程案例實施要點
軟件工程實踐課程在案例教學實踐中還要注意幾個問題。一是對于典型案例的選擇與應用，要貼近軟件工程實踐需求，特別是接近行業(yè)軟件開發(fā)現(xiàn)狀，體現(xiàn)案例的實踐性、應用性。二是在引入典型案例進行講授與實踐操作時，要注意多種教學方法的統(tǒng)合。如對于一些結構化程序設計方法，可以選擇面向對象的綜合性案例，讓學生能夠從結構化模型分析中，了解和認識不同功能模塊的設計要求和方法;還可以讓學生從項目討論中，自己動手來設計程序，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和探索精神。三是要優(yōu)化典型案例的教學方案，不同案例的導入要與教學目標相適應。要讓學生從案例實踐中，明確為什么這樣設計，懂得為什么要撰寫不同的設計任務，根據(jù)軟件工程生命周期來細化程序設計要求，解決什么樣的問題，具備什么樣的功能等，多從程序設計案例分析上加深理解。四是案例分析要融入師生互動與參與，特別是通過對程序設計不同功能、不同環(huán)境的變化，如何從運行時效性上來優(yōu)化程序設計;通過分組探討等方式，來共同編寫執(zhí)行程序，來對各小組程序進行分析，讓學生參與提問與改進，從具體的程序設計開發(fā)中積累經(jīng)驗，增強學生的合作意識、團隊協(xié)作能力。五是強調案例導入分析與總結歸納，特別是教師要鼓勵學生在案例分析中，對錯誤和不解進行歸納，來分析成因和問題所在，積極總結改進思路和方法，尊重學生的獨特見解，引領學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。另外，軟件工程類課程實踐教學具有特色性，不同教學內容、不同課程在實踐應用中還有差異。如對于當前流行的軟件開發(fā)語言及程序設計，NET與J2EE架構具有相似性與差異性，在典型案例導入中，要結合企業(yè)需求、教學分析、學生實際來選擇，體現(xiàn)軟件工程類課程實踐教學的可操作性，滿足學生從案例分析到職場應用的有效過渡。
五、結語
高職軟件工程實踐課程教學，是增強畢業(yè)生軟件應用能力的必然選擇。面對人才市場需求的變化，應該從軟件工程類課程實踐教學體系建設上，把握好“教”與“學”的關系，激發(fā)學生的軟件應用熱情和主動性，著力以典型案例導入與具體程序設計任務驅動，鍛煉學生的動手能力、實踐能力、應用能力、創(chuàng)新能力，真正為社會、為企業(yè)培養(yǎng)高素質的軟件設計人才。
參考文獻:
［1］陳中育，呂振洪，葉榮華等．軟件工程專業(yè)課程建設的思考與實踐［J］．計算機教育，2013(10):48－51．
關鍵詞：LabVIEW； 飛行試驗； 快速處理； 實時數(shù)據(jù)監(jiān)控
中圖分類號：TN9834 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10017203
飛行試驗任務進入了一個信息化時代，數(shù)據(jù)量激增，某些型號在實時監(jiān)控的同時或者實時飛行的間歇需要對上一架次飛行數(shù)據(jù)迅速做出分析和判斷，以決定下一飛行架次的執(zhí)行，這時就要求在實時監(jiān)控的同時可以處理和分析數(shù)據(jù)，以提高飛行試驗的效率。現(xiàn)有軟件版本功能不全面，算法不透明，維護比較麻煩，軟件界面不夠美觀，便捷，處理效率比較低，無法滿足現(xiàn)階段飛行試驗的要求。LabVIEW是一個工業(yè)標準的圖形化開發(fā)環(huán)境，它結合了圖形化編程方式的高性能與靈活性，以及專門為測試與自動化控制應用設計的高端性能與配置功能，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應用提供必要的開發(fā)工具，使用戶能夠快速編寫出功能強大的應用程序［1］。基于實際應用的需求，以及LabVIEW的優(yōu)點和特性，本文設計了基于LabVIEW的飛行試驗數(shù)據(jù)快速處理軟件，其界面清晰美觀，操作靈活簡單，功能豐富，可根據(jù)需要更新和增添新的功能，能較好地滿足現(xiàn)階段飛行試驗數(shù)據(jù)處理與分析的要求。
1 飛行試驗實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結構
飛行試驗實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結構如圖1所示，可分為遙測天線、接收裝置、服務器和客戶端四部分。
圖1 系統(tǒng)結構圖一般情況，飛機通過機載的遙測天線發(fā)射無線遙測信號，地面接收裝置接收飛機發(fā)射的無線遙測信號，將其解調后送往服務器，服務器經(jīng)過處理送往客戶端，這時監(jiān)控人員一方面可以在客戶端實時觀察飛機性能、位置等信息，另一方面還可以對客戶端記錄的數(shù)據(jù)進行快速處理和分析，以提高決策速度和飛行試驗的效率。該軟件主要是針對客戶端上位機進行飛行試驗數(shù)據(jù)快速處理的需要而研究開發(fā)的，所以應用行試驗實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的客戶端。
2 軟件設計
2.1 軟件的總體設計思路與功能
在飛行試驗時，工作人員在實時監(jiān)控的同時或者實時飛行的間歇需要對上一架次飛行數(shù)據(jù)迅速做出分析和判斷，以決定下一飛行架次執(zhí)行的要求。本文設計了數(shù)據(jù)快速處理軟件，在形式上該軟件將實時和事后處理綜合起來，以便工作人員在兩者之間可以簡單切換，而不至于像以前一樣因為軟件位置分散找不到而手忙腳亂；在內容上該軟件一方面繼承原有軟件的優(yōu)點，另一方面增加更多功能，通用性更強。基于LabVIEW的飛行試驗數(shù)據(jù)快速處理軟件從界面、功能、應用等方面做了新的設計，以提高飛行試驗的效率。其主界面如圖2所示。界面上部為連接各個功能模塊的操作按鍵，中間部分為飛行試驗原始數(shù)據(jù)顯示，下部為數(shù)據(jù)分析后的結果，整個軟件設計美觀、實用、易于操作。
圖2 主界面基于LabVIEW的飛行試驗數(shù)據(jù)快速處理軟件的功能模塊如圖3所示。
圖3 軟件功能模塊圖2.2 各模塊的功能與實現(xiàn)
基于LabVIEW的飛行試驗數(shù)據(jù)快速處理軟件按處理時間可分為實時數(shù)據(jù)監(jiān)控與記錄和事后數(shù)據(jù)處理與分析兩大部分：
你知道嗎？IBM在朋友圈里做廣告了。11月7日，IBM獻上了朋友圈廣告的處女秀。
在不久前VOGUE雜志11周年慶典上，李宇春所穿的一套別致的白色禮服是由設計師在IBM Watson幫助下設計出來的，被稱為是中國第一套“認知禮服”。
在構思階段，Watson分析了李宇春從2013年至今每次出鏡的形象，同時閱讀和分析了她全部的微博和幾十萬條粉絲評論，建立了李宇春的“時尚形象”和粉絲以及公眾評論之間的關聯(lián)模型。并在設計階段為設計師提供配色、面料及廓型等方面的靈感和建議參考，大大縮短了設計時間。
今年5月，超模Karolina Kurkova在參加紐約大都會藝術博物館慈善舞會時所穿的就來自Watson和時尚品牌Marchesa的合作。這款禮服周身綴有150朵玫瑰花，花中內置LED燈。并連接到可分析語氣的音調分析儀API，隨著現(xiàn)場直播時粉絲在社交媒體上的語義情緒，自動變換顏色，反應粉絲歡樂、忍耐、興奮、鼓勵和好奇的情緒，做到了把情緒寫在衣服上。
超模Karolina Kurkovade 禮服設計的重點在于感知科技，李宇春的禮服設計則更注重設計過程和風格，不了解李宇春的時尚風格很難產生共鳴。
還記得那些讓普通消費者有點看不懂的智慧地球的廣告嗎？出現(xiàn)的各種場景與問題可以說是讓看得懂的人會心一笑，看不懂的人一頭霧水。如今，從高大上的高端商務到為明星設計禮服，如此接地氣的IBM一時讓人有些看不懂。
隨著90后陸續(xù)進入職場，各個領域都將年輕化元素納入自己的考慮方向。這一點在娛樂圈最為明顯，從利用大數(shù)據(jù)分析，專門請流量明星拍攝電影，到改編自網(wǎng)絡小說的影視劇、網(wǎng)劇火爆，可以說大數(shù)據(jù)為娛樂市場帶來了新的模式。在企業(yè)信息化市場也是如此，在軟件界面設計時，越來越多的軟件設計者開始考慮界面的設計是否符合年輕人的使用習慣。2015年甲骨文與騰訊宣布開展云計算合作時，甲骨文的負責人也表示隨著越來越多的年輕人走向工作崗位，這些在移動互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡時代成長起來的一代將對企業(yè)解決方案提出全新的需求，社交、移動和分析能力成為企業(yè)應用中最關鍵的元素，而騰訊無疑是社交等最終用戶體驗的領導者，這是他們在中國選擇騰訊作為云服務合作伙伴的主要原因。
對IBM這樣歷史最悠久的科技企業(yè)而言，從電子商務、隨需應變、智慧地球、云計算，到如今的大數(shù)據(jù)分析、認知計算，IBM一直在以其領先的技術理念培育市場。
2016年初，當羅睿蘭作為第一位參加CES的IBM全球CEO并發(fā)表演講時表示，“IBM不再只是一家硬件、軟件公司，或服務公司，而已經(jīng)轉型為一家認知解決方案和云平臺公司。”在面向全球員工的演講中羅睿蘭說，“我們的轉型為數(shù)字智能所推動的新業(yè)務時代打下了堅實的基礎。我們稱之為認知商業(yè)，Watson系統(tǒng)在這方面引領著發(fā)展方向。”
兩年前，IBM投資逾10億美元成立的“Watson集團”擔負著將認知形式的思考能力融入各行各業(yè)的應用、產品和系統(tǒng)中，為各個行業(yè)甚至人類的生活、工作方式帶來顛覆性變革的使命。而面對開發(fā)者開放能力的WatsonAPI或許要將認知計算體驗帶給每一個普通消費者。
過去的企業(yè)級市場，只要精準抓住需求，以技術就能獲勝。跨界、融合、無邊界、共享經(jīng)濟等對如今的市場提出了新的玩法，在認知時代，企業(yè)級市場的玩法存在多種可能，大家都在探索中尋找答案，究竟哪一個答案才是最佳答案？或許要幾年之后才能揭曉。
摘要：本文介紹了基于串行通信與虛擬儀器技術的汽車AMT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的工作原理、硬件設計以及上下位機軟件設計。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對械式自動變速系統(tǒng)(AMT)的開發(fā)有重要意義。
關鍵詞：AMT；數(shù)據(jù)采集；串行通信；虛擬儀器
0引言
機械式自動變速即AMT(AutomatedMechanicalTransmission)，是在原有的機械變速器離合器結構不變的情況下，通過加裝微機控制的自動操縱機構取代原來由駕駛員人工完成的離合器分離、接合、摘檔與懸掛檔以及發(fā)動機相應同步調節(jié)等操作，最終實現(xiàn)換檔全過程操縱的自動化。AMT系統(tǒng)是一個復雜的多輸入多輸出控制系統(tǒng)、參數(shù)多，變化快，時間歷程短。在開發(fā)的不同階段都需要做大量的實驗采集大量的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)設計與優(yōu)化的依據(jù)。隨車數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對開發(fā)AMT具有重要意義，出于研究、設計AMT的需要我們開發(fā)了這樣一個系統(tǒng)。
1系統(tǒng)的組成
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號同時也是AMT的電控制單元ECU所需要的，為了系統(tǒng)結構簡單，采集系統(tǒng)下位機與AMT的控制系統(tǒng)可共用部分硬件并在此基礎上增加串行通訊接口電路。PC機具有強大的功能和豐富的軟件，因此我們選擇裝有WINDOWSXP操作系統(tǒng)的便攜式PC機作為上位機。下位機負責完成數(shù)據(jù)的采集和轉換并將數(shù)據(jù)通過串口傳給上位機，上位機負責把接收到的數(shù)據(jù)進行分類、存儲以及分析把研究人員所關心的數(shù)據(jù)顯示出來。
2系統(tǒng)的硬件設計
系統(tǒng)的硬件主要有以下幾個部分：傳感器，信號調理電路，下位機（ECU），串行通訊接口電路，電源電路，上位機（PC），以及一些必要的電路，結構框圖如圖1所示。
圖1系統(tǒng)硬件框圖
2.1傳感器的選擇及信號調理電路的設計
AMT系統(tǒng)按信號的類型可大致分為：模擬量，開關量，頻率量，相應的傳感器也就分為模擬量傳感器，開關量傳感器，頻率量傳感器。模擬量包括加速踏板位移、選換檔位置、油門開度、離合器位移，選用旋轉電位器；開關量包括起步、倒檔選擇、制動踏板信號，選用普通按鈕；頻率量包括發(fā)動機轉速、輸入軸轉速、輸出軸轉速（車速）選用霍爾式傳感器。
由傳感器輸出的信號并不能為電控系統(tǒng)ECU直接利用必須要經(jīng)過相應的處理。模擬信號在傳輸過程中容易受到干擾，在引入A/D轉換模塊的模擬輸入管腳之前，應當進行濾波、放大和限幅使之在ECU的模數(shù)轉換模塊能夠處理的幅值范圍之內。開關信號通過光電隔離后與ECU數(shù)據(jù)總線相連。頻率信號要經(jīng)過濾波、鉗位、放大和整形使之成為單片機能夠處理的脈沖信號。模擬信號、開關信號調理電路分別如圖2、圖3所示。
圖2模擬信號調理電路
圖3開關信號調理電路
2.2下位機的選擇及通訊接口的設計
下位機選用MOTOROLA公司生產的16位MC68HC912BC32單片機，其出色的性能為同時完成自動換檔控制和隨車數(shù)據(jù)采集任務提供了強有力的支持。下位機與上位機都帶有串行接口，它們之間的通訊就是通過串行口完成的。但是MC68HC912BC32的SCI口是CMOS電平，而PC機的串口是按照RS-232標準設計的，RS-232標準電平是負邏輯電平即“-3—15V”為“1”，“+3—+15V”為“0”，兩者的電平不兼容，系統(tǒng)選用MAX232作為接口芯片，連接電路如圖4所示。
圖4串口電平轉換電路
2.3電源電路
汽車上的電源是+24V，單片機電源+5V，系統(tǒng)采用DC/DC轉化電路將車上的+24V轉化為+5V，同時將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的地與車上電源的地進行隔離避免了相互干擾，保證采集系統(tǒng)的可靠性。電源電路如圖5所示。
圖5電源電路
3系統(tǒng)的軟件設計
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件主要包括兩部分：一部分是下位機的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送軟件，用MOTOROLA單片機匯編語言編寫，一部分是上位機的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析處理以及監(jiān)測軟件用虛擬儀器的開發(fā)平臺LabVIEW編寫。
3.1下位機軟件的設計
下位機在運行采集和數(shù)據(jù)發(fā)送程序的同時，還要運行自動換檔的主控程序，為了使系統(tǒng)協(xié)調、高效工作，程序以中斷方式為主。
3.1.1數(shù)據(jù)組成
數(shù)據(jù)的異步串行傳輸以字節(jié)為單位，加一位起始位、一位停止位，無奇偶校驗位，組成一幀。系統(tǒng)所有信號均10ms采樣一次。把10ms內采集的數(shù)據(jù)打包成為一個數(shù)據(jù)塊。每塊數(shù)據(jù)由1個同步字節(jié)，16個數(shù)據(jù)字節(jié)共17個字節(jié)組成，這就要求1s內發(fā)送1700個字節(jié)，加上串行傳輸?shù)囊晃黄鹗嘉唬晃煌Ｖ刮唬?7000位/秒。因此采用串行通信的19200的波特率能夠滿足要求。
3.1.2數(shù)據(jù)采集軟件設計
各信號的采集由軟件定時器完成，每隔一定時間間隔產生一個中斷，利用這個軟件中斷啟動輸入信號的采樣、轉換和讀取，并將需要發(fā)送數(shù)據(jù)塊的首字節(jié)送入串口發(fā)送寄存器，從而啟動串口中斷服務程序。軟件定時器中斷服務程序如圖6所示。
3.1.3串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序設計
單片機向串口發(fā)送緩沖寄存器寫入所要發(fā)送的字節(jié)后，相關的串口硬件電路就自動地進行字節(jié)的并串轉換，向外發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后單片機會產生一個串口發(fā)送中斷，將下一個要發(fā)送的字節(jié)送入串口發(fā)送緩沖寄存器。程序如圖7所示。
圖6軟件定時中斷程序
圖7串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序
3.2上位機軟件的設計
上位機軟件包括進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K；數(shù)據(jù)的轉換與顯示模塊；數(shù)據(jù)的自動存儲模塊。采用虛擬儀器技術的開發(fā)平臺LabVIEW編寫。LabVIEW由美國NI公司提供的虛擬儀器的開發(fā)平臺，它提供了一種全新的程序編寫方法即G語言（graphiclanguage）取代傳統(tǒng)的文本式編程語言，使編程的效率大大提高。還具有強大的數(shù)據(jù)分析、處理、存儲、顯示函數(shù)庫。另外，LabVIEW提供了功能強大的VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）庫即用于儀器編程的標準I/O函數(shù)庫及相關規(guī)范的總稱，VISA庫駐留于計算機系統(tǒng)中，是一個高層的API（應用程序接口），通過調用低層的驅動程序來控制儀器。
3.2.1通信模塊的設計
通信模塊包括對串口的配置和讀串口數(shù)據(jù)。通過調用VISA庫中的串行通信結點來實現(xiàn)對串口的初始化，此配置必須與下位機設置的通信協(xié)議保持一致。
3.2.2數(shù)據(jù)轉換、顯示、存儲模塊的設計
數(shù)據(jù)轉換是把由串口讀入的數(shù)據(jù)進行必要的換算以得到具有實際物理意義的數(shù)據(jù)，如把A/D轉換的數(shù)據(jù)還原為實際的物理量、把頻率信號轉化為實際的轉速等。并進行實時顯示。同時在后臺進行數(shù)據(jù)的自動存儲，把存儲的數(shù)據(jù)以文件的形式保存并配以文件標識，如時間、工況等，以便于以后的查找和分析。
3.2.3軟件的前面板主界面
上位機軟件主界面主要包含串行口的設置區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)以及文件操作區(qū)。如圖8所示。
圖8上位機軟件主界面
4結束語
該數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)具有界面友好、易于使用、功能豐富等優(yōu)點，通過大量隨車試驗表明該系統(tǒng)軟硬件工作穩(wěn)定可靠，滿足車輛各種工況下的使用要求。為AMT系統(tǒng)的控制策略的改善、參數(shù)的調整、性能的不斷優(yōu)化提供了有利的保障。
參考文獻：
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[2]楊樂平李海濤楊磊．Labview程序設計與應用[M]．電子工業(yè)出版社．2005.
關鍵詞：環(huán)境監(jiān)測平臺 軟件功能 軟件系統(tǒng)結構
重慶于2008年開始搭建環(huán)境監(jiān)測綜合平臺，該平臺采用B/S結構設計，應用服務器采用IIS，數(shù)據(jù)庫采用Oracle。綜合平臺應用軟件是環(huán)境應用系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)，它主要應用將圍繞著自動監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、審核，以及儀器設備的維護服務。應用軟件的主要設計思路如下：
1數(shù)據(jù)設計為原始數(shù)據(jù)庫和審核數(shù)據(jù)庫，審核數(shù)據(jù)庫為原始數(shù)據(jù)庫經(jīng)過數(shù)據(jù)審核和修改后的復制版；
2審核數(shù)據(jù)庫只存儲用于生成報表的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的粒度取國家規(guī)定的最小數(shù)據(jù)粒度；
3區(qū)縣和其他部門對數(shù)據(jù)庫進行審核后，審核數(shù)據(jù)庫完整的保存在中心站，區(qū)縣和其他部門按照各自的管轄范圍導出數(shù)據(jù)；
4應用軟件主要分類為：專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件、統(tǒng)計報表軟件和GIS展示軟件；
5站點信息、用戶信息、行政信息、環(huán)境信息等基礎公用數(shù)據(jù)統(tǒng)一；
6水、氣、聲等專業(yè)數(shù)據(jù)分別存儲與使用
7不同用戶只能訪問和處理自己權限內的數(shù)據(jù)
應用體系結構在邏輯功能上分為三個部分：中心站自動監(jiān)測室負責環(huán)境質量自動監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的采集、匯總和存儲；市環(huán)境監(jiān)測中心和各地方托管站負責對所管轄范圍內的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行審核、調用和報表；市環(huán)境信息中心負責數(shù)據(jù)集成和；系統(tǒng)總體功能結構圖如下圖所示。
圖1 系統(tǒng)總體功能結構圖
（1）通訊服務器
通訊服務器是現(xiàn)場通訊系統(tǒng)接入信息中心的門戶，負責采集監(jiān)測數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、報警等信息，采集到的數(shù)據(jù)存入原始數(shù)據(jù)庫。管理人員可以通過該平臺對通訊系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視管理，配置遠程通訊模塊參數(shù)等相關操作。
（2）數(shù)據(jù)審核管理平臺
數(shù)據(jù)審核管理平臺是為內部相關部門提供的數(shù)據(jù)處理接口。數(shù)據(jù)審核管理平臺提供對原始數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的審核手段，數(shù)據(jù)經(jīng)審核后轉入審核數(shù)據(jù)庫；其他部門也可通過數(shù)據(jù)審核管理平臺對各自所管轄的數(shù)據(jù)進行導入、報表等操作。
（3）信息平臺
信息平臺面向政府相關管理部門和廣大公眾媒體，提供環(huán)境質量監(jiān)測信息服務，另外還為相關部門提供重要的信息查詢、檢索、數(shù)據(jù)統(tǒng)計服務等功能。此部分應受到局部門的監(jiān)督與處理。此功能建議納入到局信息中心的平臺。
（4）自動監(jiān)測室
自動監(jiān)測室負責對自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理、分析、管理以及對地表水質自動監(jiān)測站、空氣質量自動監(jiān)測站、噪聲環(huán)境自動監(jiān)測站的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。
（5）應用軟件
應用軟件主要由數(shù)據(jù)管理軟件、環(huán)境GIS軟件、數(shù)據(jù)分析軟件、平臺管理軟件、視頻監(jiān)控軟件組成。
中心控制軟件功能設計
根據(jù)在日常工作中的管理需求，我們把應用軟件設計為數(shù)據(jù)處理層、應用平臺層和用戶層三個部分。應用軟件層次結構示意圖如上：
圖2 應用軟件層次結構圖
A. 數(shù)據(jù)處理層
數(shù)據(jù)處理層是對數(shù)據(jù)的集中、存儲和質量控制。數(shù)據(jù)來自環(huán)境質量自動監(jiān)測站數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)供應用平臺層使用。
B. 應用平臺層
應用平臺層從數(shù)據(jù)處理層提取數(shù)據(jù)。應用平臺層是各種應用軟件匯集的層次。
C. 用戶層
用戶實現(xiàn)用戶及用戶組管理、模塊權限設置及安全日志管理等功能。用戶認證的服務會根據(jù)不同用戶和不同的系統(tǒng)傳回相應的用戶信息和用戶權限，實現(xiàn)對系統(tǒng)訪問。
功能模塊及說明
環(huán)境質量：
環(huán)境質量模塊包括大氣環(huán)境、水環(huán)境、聲環(huán)境三個模塊，各個模塊的功能相同。根據(jù)管理需要，該模塊只有自動室具有使用權限。
A. 站點管理
站點設置：可根據(jù)行政區(qū)或功能區(qū)對站點進行列表，可對站點進行增加、刪除和移動等操作；
站點信息編輯：可編輯站點名稱、站點編號號、所在區(qū)域、位置、采樣高度、經(jīng)緯度及周圍環(huán)境基本狀況，包括照片等文檔；其中行政區(qū)、站點代碼按國家標準；
監(jiān)測參數(shù)設置： 可自由添加、刪除各站點的監(jiān)測參數(shù)，參數(shù)名稱、單位及數(shù)值格式按國家標準；
儀器管理：校準、校零、儀器重新加電
B. 數(shù)值分析
數(shù)據(jù)查詢： 按時間或統(tǒng)計因子
數(shù)據(jù)回放：數(shù)值或圖形
數(shù)值比較：單站多參、多站單參的數(shù)據(jù)及圖形比較
風玫瑰圖：特定子站，特定時間段的風標、風玫瑰圖及污染玫瑰圖
C. 統(tǒng)計報表
日常報表：日報、周報、月報、年報
自定義報表：可按任意時間段查詢單站或多站數(shù)據(jù)，形成報表
綜合統(tǒng)計類報表：需事先定義統(tǒng)計因子，按統(tǒng)計因子自動形成報表
D. 采集監(jiān)測：為缺省頁面
采集進度：以進度條的形式顯示各站當日數(shù)據(jù)采集及傳輸情況；
站點異常數(shù)據(jù)分析：根據(jù)異常警報，可調出異常段數(shù)據(jù)瀏覽，如采集率在90%以下的數(shù)據(jù)；
報警信息：正常顯示站點運行環(huán)境，如溫、濕度等；如有視頻，可同時顯示視頻圖像；超限值報警。
數(shù)據(jù)審核管理：
數(shù)據(jù)審核管理為區(qū)縣站進行數(shù)據(jù)審核提供平臺。數(shù)據(jù)為一次審核，也就是說，審核通過并確認后，不能再審核修改數(shù)據(jù)。審核后的數(shù)據(jù)形成審核數(shù)據(jù)庫，區(qū)縣站將數(shù)據(jù)下載到區(qū)縣站數(shù)據(jù)庫使用。提供查詢和多次下載功能。下載方式目前采用EXCEL或XML，也可開放審核數(shù)據(jù)庫結構，供區(qū)縣站自行導入數(shù)據(jù)。
A. 數(shù)據(jù)審核
按站點列出300S或3600S單位的數(shù)據(jù)，供審核，可刪除或修改數(shù)據(jù)，但結果不在原始庫中反算。
B. 數(shù)據(jù)查詢與導出
數(shù)據(jù)按時間查詢，軟后按用戶要求各市導出，用戶需制定格式
系統(tǒng)維護
系統(tǒng)維護主要是維護各種系統(tǒng)或基礎信息。
行政區(qū)劃管理：維護行政區(qū)劃代碼或行政等級代碼。
流域管理：維護流域名稱和流域代碼。
河流管理：維護河流名稱、代碼及流域。
單位管理：管理用戶所屬單位的基本信息。
