呂星宇

摘 要： 針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程檢測(cè)診斷需求，提出并設(shè)計(jì)了單服務(wù)器數(shù)據(jù)處理、多客戶端數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)依據(jù)軟件組件間的數(shù)據(jù)傳輸原理及基于DataSocket的技術(shù)方法，在LabVIEW環(huán)境中給出了基于多線程技術(shù)的服務(wù)器端和客戶端的實(shí)現(xiàn)方法。最后通過(guò)波形文件的測(cè)量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)是切實(shí)可行的。

關(guān)鍵詞： 自動(dòng)檢試； DataSocket技術(shù)； C/S 模型； 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化； 多線程技術(shù)

中圖分類號(hào)： TN911?34； TG202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2017）01?0099?05

Abstract： Aiming at the requirement of the computer network automatic detection and control system for remote detection and diagnosis， a network automatic detection system with single server data processing and multiple clients data acquisition is proposed and designed. According to the data transmission principle among the software components and the technologies based on DataSocket， the multithreading technology based implementation method on the server side and client side is presented in LabVIEW environment. The experiment of the system was carried out by the measurement of the waveform file. The experimental results show that the detection system is feasible.

Keywords： automatic test； DataSocket technology； C/S model； computer network； multithreading technology

0 引 言

隨著虛擬儀器技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢(shì)。本文在對(duì)DataSocket技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了便于服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的通信模塊。同時(shí)運(yùn)用軟件工程的設(shè)計(jì)思想，以LabVIEW為平臺(tái)開(kāi)發(fā)了操作簡(jiǎn)便、界面友好的客戶端程序。實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝備的遠(yuǎn)程測(cè)試診斷，從而提高了測(cè)試效率，降低了測(cè)試成本，對(duì)各領(lǐng)域通信保障能力的提高具有重要意義。

1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本文采用如圖1所示的組網(wǎng)方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，不同的用戶在各自地域利用檢測(cè)設(shè)備對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并返回分析結(jié)果。

每一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)都需要整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作，各主要功能單元的分工如下：

設(shè)備用戶端：主要負(fù)責(zé)用戶接口；

服務(wù)器端：從用戶端接收用戶的請(qǐng)求信息并對(duì)信息進(jìn)行處理，得出處理結(jié)果，并返回給客戶端；

檢測(cè)單元：是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，接受設(shè)備用戶端的控制，與被測(cè)設(shè)備通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌谙噙B接，采集輸入信號(hào)并輸出激勵(lì)信號(hào)；

網(wǎng)絡(luò)通信：服務(wù)器端和設(shè)備用戶端都須支持同樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以便能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行通信；

數(shù)據(jù)庫(kù)：主要用于存儲(chǔ)設(shè)備信息、用戶信息及檢測(cè)記錄等。服務(wù)器在進(jìn)行用戶管理時(shí)，會(huì)對(duì)用戶信息表進(jìn)行更新。

1.2 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)主要由檢測(cè)控制器、檢測(cè)儀器資源、開(kāi)關(guān)系統(tǒng)、信號(hào)接口裝置和檢測(cè)總線五部分組成，具體如圖2所示。

基于VXI和PXI的總線檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)能力大大增強(qiáng)（尤其是對(duì)現(xiàn)代多輸入多輸出數(shù)字電路的檢測(cè)能力[1]），同時(shí)檢測(cè)范圍也得到了很大的拓展。

檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的主體是一臺(tái)由多種NI模塊集成的基于PXI總線的機(jī)箱式檢測(cè)設(shè)備。通過(guò)此設(shè)備提供所有被測(cè)單元需要的激勵(lì)，被測(cè)單元產(chǎn)生的所有響應(yīng)數(shù)據(jù)也都通過(guò)該設(shè)備來(lái)采集[2?3]。

系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，除檢測(cè)設(shè)備的主體部分外，還設(shè)計(jì)了一個(gè)設(shè)備公用接口裝置。

1.3 通信模式及關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)中用戶設(shè)備端對(duì)控制檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行直接操作，且服務(wù)器和客戶端都需要運(yùn)行軟件完成相關(guān)功能，因此采用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中常見(jiàn)的基于桌面應(yīng)用的C/S通信模式[4]。在C/S模式中，服務(wù)器端的進(jìn)程為客戶端的虛擬儀器應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)，多臺(tái)計(jì)算機(jī)執(zhí)行不同的功能，實(shí)現(xiàn)不同的服務(wù)器與用戶角色，借助網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程檢測(cè)及處理。

DataSocket是NI公司提供的一個(gè)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換開(kāi)發(fā)工具，支持本地文件的I/O操作、HTTP和FTP文件傳輸和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，并提供了統(tǒng)一的API函數(shù)。LabVIEW不能直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，但其提供了豐富的外部程序接口[5]。由于Windows已經(jīng)包含了ADO組件，所以通過(guò)ADO組件與ODBC連接，就能夠訪問(wèn)任何支持ODBC的數(shù)據(jù)庫(kù)。在使用LabSQL之前需在Windows操作系統(tǒng)中的ODBC數(shù)據(jù)源中創(chuàng)建一個(gè)DSN，數(shù)據(jù)庫(kù)與LabSQL之間的連接也是建立在DSN基礎(chǔ)上的。

2 系統(tǒng)軟件工作流程及功能分析

2.1 系統(tǒng)軟件工作流程分析

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用軟件的要求主要有可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性、有效性、開(kāi)放性、可維護(hù)性幾方面。為保證上述性能，設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)由檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)用戶端和遠(yuǎn)程服務(wù)器組成。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，用戶通過(guò)主控機(jī)控制檢測(cè)設(shè)備完成相應(yīng)的檢測(cè)操作，檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行處理分析，整個(gè)系統(tǒng)的主要工作流程圖如圖4所示。

系統(tǒng)所需的功能模塊應(yīng)該包括：運(yùn)行于客戶端的檢測(cè)模塊、實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶端通信的網(wǎng)絡(luò)模塊以及服務(wù)器端為用戶請(qǐng)求提供服務(wù)的運(yùn)算模塊。

2.2 系統(tǒng)軟件模塊功能分析

根據(jù)系統(tǒng)功能需求特點(diǎn)，對(duì)軟件功能模塊進(jìn)行劃分，具體如圖5所示。

系統(tǒng)管理模塊包括操作管理、檢測(cè)診斷程序管理、檢測(cè)任務(wù)管理、操作人員管理和設(shè)備管理，具體功能如下：

操作管理：接收用戶的遠(yuǎn)程登錄請(qǐng)求命令并進(jìn)行分析診斷，然后調(diào)用不同的響應(yīng)程序執(zhí)行相應(yīng)的請(qǐng)求命令；

檢測(cè)診斷程序管理：管理本系統(tǒng)的所有檢測(cè)分析診斷程序；

檢測(cè)任務(wù)管理：管理每一項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)中的檢測(cè)記錄和分析診斷結(jié)果，并保存到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中；

操作人員管理：用于管理操作人員信息；

設(shè)備管理：記錄每個(gè)能與服務(wù)器連接的設(shè)備用戶端檢測(cè)設(shè)備的配置狀況，設(shè)備端被廢除后要?jiǎng)h除設(shè)備端信息，設(shè)備端檢測(cè)單元進(jìn)行配置變更時(shí)也要及時(shí)在服務(wù)器中更新設(shè)備的相關(guān)信息。

分析診斷模塊能夠提供故障診斷的在線支持，專家系統(tǒng)支持，并實(shí)現(xiàn)故障定位及隔離。

網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括通信連接、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，各部分的功能如下：

通信連接：建立通信連接，為數(shù)據(jù)傳輸提供通信通道；

數(shù)據(jù)發(fā)送：將緩沖區(qū)內(nèi)等待發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端接收端口；

數(shù)據(jù)接收：將遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)接收到相應(yīng)緩沖區(qū)，以供進(jìn)一步分析處理。

檢測(cè)資源模塊將ATE中儀器的性能、控制方法存儲(chǔ)到器件模型文件中，將適配器的描述存儲(chǔ)到適配器模型文件中，將配置信息存儲(chǔ)到配置模型文件中。用戶可以對(duì)器件模型文件、適配器模型文件及配置模型文件進(jìn)行修改，并對(duì)適配器模型文件進(jìn)行處理，將適配器模型文件中的信息和前一步中信息的處理結(jié)果進(jìn)行綜合，從而連線數(shù)據(jù)庫(kù)。完成系統(tǒng)本身的檢測(cè)、校驗(yàn)。

檢測(cè)執(zhí)行模塊包括激勵(lì)信號(hào)配置和檢測(cè)控制，各部分的功能如下：

激勵(lì)信號(hào)配置：根據(jù)檢測(cè)任務(wù)需求，在軟件平臺(tái)上進(jìn)行各檢測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)配置；

檢測(cè)控制：控制各個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)及其所有的資源，根據(jù)輸入的激勵(lì)信號(hào)采集輸出的響應(yīng)信號(hào)，完成檢測(cè)任務(wù)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中需存儲(chǔ)大量的信息，為便于存儲(chǔ)檢索，本文通過(guò)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)VItest對(duì)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器檢測(cè)系統(tǒng)信息進(jìn)行管理。主要的表格有用戶信息表、設(shè)備信息表、服務(wù)程序列表。其中用戶數(shù)據(jù)表的形式如表1所示。

在增加或刪除用戶，或用戶登錄退出時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)對(duì)表1進(jìn)行維護(hù)。增加新用戶時(shí)，由系統(tǒng)管理員在表中增加一個(gè)新用戶記錄，在新用戶登錄時(shí)，就會(huì)檢查表中是否有相應(yīng)的記錄。

3.2 系統(tǒng)組件間通信的實(shí)現(xiàn)

DataSocket支持多種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，本系統(tǒng)采用的是DSTP協(xié)議。由于不同協(xié)議采用的URL不同，所以DataSocket可通過(guò)URL判斷協(xié)議類型。

本系統(tǒng)中收發(fā)兩端的每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的通信都是相互獨(dú)立的，設(shè)計(jì)原理相似，因此只對(duì)某一數(shù)據(jù)項(xiàng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。由于LabVIEW中提供了DataSocket編程的很多VI，用戶可以調(diào)用這些VI直接完成對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)的讀、寫(xiě)操作[6]。

3.3 客戶端程序設(shè)計(jì)

3.3.1 多線程技術(shù)及動(dòng)態(tài)載入VI

基于自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的需求實(shí)現(xiàn)和功能特點(diǎn)，客戶端的程序設(shè)計(jì)采用多線程技術(shù)[7]。本系統(tǒng)中，激勵(lì)信號(hào)的輸入、采集以及數(shù)據(jù)的通信等都需要同時(shí)進(jìn)行。系統(tǒng)客戶端的程序流程如圖6所示。

由于系統(tǒng)規(guī)模較大，一個(gè)面板很難顯示所有的內(nèi)容，需要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔的多面板人機(jī)界面。為了減少內(nèi)存的占用并提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，利用 LabVIEW的SubPanel方法節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)各功能VI的動(dòng)態(tài)載入。

本系統(tǒng)不同功能模塊都有相應(yīng)的顯示界面，為了實(shí)現(xiàn)各功能界面的切換，在LabVIEW中可通過(guò)SubPanel實(shí)現(xiàn)該功能，SubPanel能夠在一個(gè)VI的前面板中包含其他VI的前面板[8]。

3.3.2 各功能模塊的設(shè)計(jì)

激勵(lì)信號(hào)配置VI模塊設(shè)計(jì)：系統(tǒng)為用戶提供了便捷、直觀的信號(hào)配置面板，用戶可以在控制面板上單擊某個(gè)按鈕或改變數(shù)值即可改變輸入的激勵(lì)信號(hào)參數(shù)。本VI模塊采用”事件”結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序。

響應(yīng)信號(hào)采集VI模塊設(shè)計(jì)：該VI模塊共有五個(gè)獨(dú)立的程序模塊分別進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)采集程序，電壓、電流測(cè)量的程序，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集的程序，模擬信號(hào)測(cè)量的程序，信號(hào)采集的程序。

用戶登錄VI模塊設(shè)計(jì)：用戶信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶登錄時(shí)通過(guò)訪問(wèn)用戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證，用戶登錄VI為獨(dú)立的功能模塊，輸出布爾類型信號(hào)，用戶通過(guò)驗(yàn)證則輸出真，并啟動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

用戶管理VI模塊設(shè)計(jì)：用戶管理可以進(jìn)行”密碼修改”、”刪除用戶”、”增加用戶”等操作，程序設(shè)計(jì)則采用條件結(jié)構(gòu)。

3.4 服務(wù)器程序設(shè)計(jì)

3.4.1 多線程設(shè)計(jì)

一般處理多任務(wù)有兩種方式：循環(huán)處理和并發(fā)處理。本文中要求可以同時(shí)處理多個(gè)用戶請(qǐng)求，并且要求響應(yīng)的速度快，執(zhí)行的效率高，因此采用并發(fā)處理方式。VI服務(wù)器采用多線程機(jī)制實(shí)現(xiàn)并發(fā)，同時(shí)完成用戶管理，設(shè)備管理等功能。VI服務(wù)器中的主要線程有：初始化VI服務(wù)器，監(jiān)控用戶客戶端的連接；處理用戶請(qǐng)求線程； 設(shè)備管理線程；服務(wù)程序管理線程。

不同線程間，是通過(guò)事件觸發(fā)來(lái)控制多線程之間同步有序的工作，線程之間的通信采用內(nèi)存的方式交換參數(shù)。服務(wù)器端程序流程如圖7所示。

3.4.2 多線程實(shí)現(xiàn)

監(jiān)聽(tīng)用戶的連接線程，主要完成以下幾方面的功能：初始化系統(tǒng)； 建立DataSocket連接，等待用戶連接；檢驗(yàn)客戶身份；根據(jù)用戶請(qǐng)求類型分配相應(yīng)處理線程。

本系統(tǒng)中服務(wù)器能為每一個(gè)用戶請(qǐng)求分配處理用戶請(qǐng)求的線程，從而能同時(shí)為多個(gè)客戶端服務(wù)。

4 系統(tǒng)軟件檢測(cè)檢驗(yàn)

以波形文件的測(cè)量分析為例對(duì)設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)客戶端分別將采集到的模擬波形發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端分析出波形信號(hào)的振幅、最高電平和最低電平、脈沖時(shí)間間隔、頻率周期、周期均方根等，并將結(jié)果分別回送至客戶端。

4.1 配置與操作

檢測(cè)平臺(tái)需在服務(wù)器端設(shè)計(jì)一個(gè)用于波形測(cè)量分析的服務(wù)程序WaveTest.vi，并通過(guò)服務(wù)器端的服務(wù)程序管理功能添加到系統(tǒng)中。在客戶端A運(yùn)用到 “模擬輸入”、模擬輸出”、“信號(hào)配置”三個(gè)VI模塊完成信號(hào)的產(chǎn)生與采集，將波形的分析結(jié)果在客戶端的“結(jié)果發(fā)布”模塊中顯示。客戶端B通過(guò)產(chǎn)生一路模擬信號(hào)發(fā)送到服務(wù)器端，并接收服務(wù)器端的分析結(jié)果。檢測(cè)客戶端A涉及的硬件模塊有：用于向被測(cè)單元提供模擬輸入信號(hào)的D/A模塊，用于波形信號(hào)采集的示波器模塊及用于信號(hào)轉(zhuǎn)接的矩陣開(kāi)關(guān)模塊。由于試驗(yàn)條件限制，沒(méi)有使用檢測(cè)對(duì)象與適配板接口相連，而是在適配板端口將提供模擬信號(hào)的端口直接與波形信號(hào)采集的端口相連，期間利用矩陣開(kāi)關(guān)進(jìn)行一次信號(hào)的轉(zhuǎn)接。信號(hào)的流向如圖8所示。

在客戶端A完成檢測(cè)硬件連接等外部工作之后，可根據(jù)登錄檢測(cè)系統(tǒng)完成檢測(cè)任務(wù)，客戶端的操作流程如圖9所示。

4.2 分析結(jié)果

客戶端A根據(jù)以上操作，在客戶端“模擬輸入”模塊配置如圖10所示的模擬信號(hào)，由于該信號(hào)沒(méi)有輸入任何被測(cè)設(shè)備而直接被“模擬輸出”模塊采集并且傳送至服務(wù)器，因此服務(wù)器端調(diào)用的“波形測(cè)量分析”服務(wù)程序即為對(duì)該波形的分析，分析結(jié)果可從客戶端的“結(jié)果發(fā)布”模塊窗口讀取，具體如圖11所示?？蛻舳薆的輸入和結(jié)果同端口A類似，說(shuō)明系統(tǒng)是有效可行的。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用戶與檢測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程通信，能夠?qū)ρb備進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)診斷，按照C/S模式設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了由客戶端和VI服務(wù)器組成的基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，著重研究了軟件中的組件間的數(shù)據(jù)傳輸原理和實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)備端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并發(fā)送至遠(yuǎn)端服務(wù)器進(jìn)行分析處理的功能。但還無(wú)法完全保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，還需在后續(xù)的工作中繼續(xù)研究。

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