（计算机应用技术专业论文）基于嵌入式节点的分布测控系统.pdf

山东大学硕士学位论文 f u n c t i o n sa n dp e r f o r m a n c e ，w h i c hs a t i s f i e st h er e q u i r e m e n to ft i m e t a b l e a d d i t i o n a l1 y ，a c c e s si su s e da sd b m so ft h i ss y s t e ma n ds t o r e sn o to n l y s t a t i cd a t as u c ha sk n o w l e d g eb a s e ，i n f o r m a t i o no fe q u i p m e n t sb u ta l s o r e a l t i m ed e t e c t i o nd a t a f r o mf o r 张r dt r a c k i n gn o d e si no r d e rt o8 m a r a i l t e e t h ec o n t i n u i t ya n de f f i c i e n c yo fd e t e c t i o nw h e nc 锄u n i c a t i o ni sn o t c o n t i n u o u sd u r i n gw a r i no r d e rt oi m p r o v et h ec o n c u r r e n c yo ft h es y s t e mi nt h ef u t u r e ，u s i n g p e t r in e tt op e r f o 珈a n a l y s i sa n dd e s i g no fs y s t e mm o d e la n dt h er e f i n e m e n t o fp e t r in e ta r ea l s oc o v e r e di nt h i sp a p e r t h i sp a p e re x p l o r e sam e t h o d o fr e f i n e m e n ta n dp r o v e si tt ob ec o r r e c tf r 叩i t ss y s t e m a t i c a ln a t u r e a f t e rb e i n gt e s t e dt h o r o u g h l y ，f u n c t i o n so ft h i ss y s t 锄m e e tt h e r e q u i r e m e n to ft h ea r ya n do v e r c 伽ed i f f i c u l t i e si n d u c e db y0 n s p o t d e t e c t i o n t h es y s t e mc a i lg u a r a n t e et h es p e e da n da c c u r a c yo fe q u i p m e n t s i nt r a i n i n ga n dw a r t i m e ，w t l i c hp r o t et h ei n t e g r i t ya n da b i l i t yo f r e c o v e r i n go fe q u i p m e n t s k e y 们r d s ：l o n g d i s t a n c et r a c k i n g 蚰dc 例蚴d ：帆1 f c t i o nd e t e c t i 锄 p l a t f o r mo fv i r t l 扭1i n s t r m 瞻n t s ：伽l b e d d e dt e c b n 0 1 0 9 y ； r e f i n e m e n to fp e t r in e t 3 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 背景和需求 随着武器装备现代化水平的不断提高，大量的高科技武器装备不断地装备到 部队，其技术越来越先进，具有的功能越来越强，构成的复杂性和集成度越来越 高。为了保障武器装备系统的可靠性、维修性和战术技术性能，发挥其应有的战 斗力，大力提高武器装备系统的状态监控、性能检测和故障诊断水平，已成为技 术保障中的一个急需解决的重要问题“1 。 当前，已有多种智能检测设备应用于电子设备的研制、生产、储供、使用和 维修的各环节之中。检测技术在武器装备系统中的应用，已构成电子设备维修工 程的重要内容之一嘲。检测的手段和水平，已成为衡量维修现代化水平的一个重 要标志。 不过针对武器装备，这些技术并不完全适用。武器装备的真正使用环境是战 场，战场复杂恶劣的环境会导致武器装备出现各种故障，装备的及时修复重新投 入战斗不仅能够降低自己的伤亡，杀伤对方力量，甚至会决定战斗或战役的胜负。 可是在战场上，作为非战斗人员，技术支持维修人员又不适于到前线。即使 在前线，武器装备一般分散部署，技术人员无法及时赶到。 因此研究和开发战时武器装备的实时检修技术对战斗力拥有极大的促进作 用，在目前“准备军事斗争”的要求下亟待解决的问题。 1 2 当前进展 适用于武器装备维修使用的诊断测试设备简称为a t e ( a u t 伽a t i ct e s t e q u i p m e n t ) 或a t s ( a u t 咖a t i ct e s ts y s t e m ) 。它是由多种测试仪器、设备或系统 综合而成的有机整体，并能够在最少依赖于操作人员干预的情况下，通过计算机 的控制，完成对被测对象的功能行为或特征参数的分析、评估，并对导致其工作 异常的故障进行隔离等综合性的诊断测试过程。 现有的装备测试设备都是用于现场测试，通过直接连接武器装备，进行测量 和诊断。除了对设备的各种参数的检测之外，还能够向装备输入激励，通过检测 装备响应来分析故障。目前这类设备已经广泛应用于各种武器装备，为提高装备 山东大学硕士学位论文 ( 3 ) 功能可靠 在前线的测量节点的工作环境非常恶劣，必然要求其具有良好的生存能力和 可靠性。因此在功能上，应该尽量简化，主要完成数据的采集工作，成为远程的 传感器，把复杂的逻辑运算等移植到后方测控主机上实现。减少测量节点的前后 步骤的管理度，其逻辑关联性完全放在后方，并实时存储其状态量。这样通过启 用测量节点的看门狗，在发生故障时，能够及时恢复运行，并且不会丢失数据或 者中断测试。 ( 4 ) 多任务自动检测。 由于技术人员的数量远少于装备数，为了及时响应战场的设备修复要求，应 该利用计算机技术实现对常见故障进行自动检修。测控主机自动检测装备的数据 参数，按照已有的知识库，根据现象和测试数据推理总结故障原因，并向前线提 供维修方案指导。 进一步实现这种自动检测的并发处理能力，利用计算机的多任务、多线程能 力，同时响应前线多个装备的检修要求叫。目前的多核架构c p u 为并发处理能力 提供了良好的支持，在极低的成本下，就能够超过过去s 卯系统的性能。在系统 的实现方法上，使用p e t r i 网作为系统模型的建模和分析工具，能够使设计出的 系统更好地支持并发行为。 1 4 研究成果 基于以上研究目的，本文最终实现了这套“) ( 】( 防化装备远程测控系统”，并 荣获“全军科技进步二等奖”。 该系统由测量节点群和测控主机构成，测控主机能够通过军用网络连接分布 在各处的测量节点群，对现场的防化装备进行实时地远程测量，并进行故障诊断 和性能检测。另外，系统中还包含了一套通用虚拟仪器，对测试提供支持，这是 本系统的特点之一。 本文另一研究成果，是对系统的p e t r i 网模型进行精细化的方法研究。为满 足今后测控任务的分布式、并发性需求，下版的系统方案将使用p e t r i 网建模， 进行分析与设计。为了保证对p e t r i 网模型进行细化时网结构的正确性，文中提 出了一种精细化方法及其正确性证明，为该测控系统今后的提升准备了理论基 础。这一部分成果已经被编入中国粗糙集研究论文集中。 山东大学硕士学位论文 2 2 网络环境 图幺1 系统结构示意图 系统使用已构建好的军用网络环境进行数据通讯，测控主机与测量节点之间 的通讯采用t c p i p 协议。作为非常成熟的通讯协议，t c p i p 在具体实现上可以 获得很多的支持，加快了开发过程，降低了开发难度。另外，它具有良好的扩展 性、连接可靠，在网络不畅的情况下，也能够最大限度的保证通讯的连续性嘲。 系统中配置独立的网络语音系统，使测控主机与各测量节点之间具有语言交 流的功能。在测试过程中，前方的操作人员可以通过语音系统向后方提出维修申 请、听取操作指令。 从数据通讯的安全角度考虑，测量节点和测控主机都通过数据节点外接入军 用加密机，实现加密传输，这样通讯过程中加密过程是完全透明的，软件不用考 虑。 山东大学硕士学位论文 测控主机的软件系统运行在一台服务器上，使用基于n t 内核的w i n d 0 w s 操作 系统，如w i i l 2 0 0 0 ) 【p 2 0 0 3 等。为了完成检测任务，软件部分实现了故障推理、 信息维护与查询、数据通讯等模块。另外，测控主机上还包含了虚拟仪器模块， 作为通用测量工具。 故障推理模块：实现对装备的故障推理、性能检测任务。程序根据检测请求， 选择连接测量节点，采集所需参数信息，在推理规则数据库的支持下，完成一系 列推理步骤，最终得到检测结果。 信息维护及查询模块：主机数据库中包含了推理规则和待测装备的各项图、 文信息数据，以供操作者在工作中进行查阅。系统设计了相应维护模块，使用户 可以添、删、修改装备资料，不断丰富、加强对检测任务的支持。对推理规则库 的改变，使整个系统能够不断充实和优化推理规则，提高工作效率。 数据通讯模块：数据通讯模块负责建立侧控主机与测量节点的网络通讯机制 “”。无论是推理模块还是虚拟仪器模块，都需要与外界进行信息交流。在系统设 计时，考虑了平台无关性模式，单独引入一个数据通讯模块，为其他模块提供数 据通讯的渠道。这样，本系统将变得更加灵活。比如：测量节点更换了通讯接口， 换为如u s b 、并行接口等近端接口，或者是蓝牙等无线接口与测控主机连接，测 控主机只需更换相应的数据通讯模块，其他模块就可以照常工作。并且，数据通 讯模块结构清晰、独立，改造成其他接口的通讯模块十分容易”“”。 2 5 虚拟仪器 在测控系统中实现通用的虚拟仪器功能，是本系统的一大亮点，它拓展了系 统的应用范围，在同类系统中很少见到。 在检测工作中，经常会实时观测装备的各种信号，比如了解它们的波形特征、 频率等，以获得直观的印象。这些很难通过自动测量的数据获得。另外，提供可 配置的激励信号输出，也给测控系统带来了更好的通用型。当检测不同的装备时， 通过虚拟仪器中的各类信号源、程控电压源等仪器，系统可以灵活地提供适合该 装备的激励信号。 虚拟仪器模块包含了多种技术人员所需的测量仪器，如数字示波器、数字多 用表、数字频率计、数采分析仪、以及多种类型的信号源。仪器的硬件部分与采 集程序在各测量节点中完成，控制及数据显示部分在测控主机上实现。 山东大学硕士学位论文 第三章测控主机的设计与实现 3 1 测控主机介绍 本章将基于前面对系统的分析，论述系统中测控主机的设计与实现，它主要 包括推理检测模块、虚拟仪器模块、信息查询模块、信息维护模块和数据通讯模 块等几个部分。 按照系统方案要求，测控主机处于测试现场后方的指挥中心，通过军用网络 与前方的测量节点群进行数据传输。系统的绝大多数功能都通过它来实现。 爱1 1 检测工作流程 对装各的检测，很大程度上依赖于检测经验的积累。在实地参与检测工作时， 发现那些经验丰富的检测人员，他们对某种装备的结构已经非常了解，对模拟电 路( 我军现役的很多装备还没有充分数字化) 十分熟悉。依赖车间里配套的测量 工具，逐步测量装备的每个子单元，根据测量所得的数据，很快就能分析出故障 点的位置和故障原因。有些测试人员甚至写出了很多装备的测试经验指南之类的 东西。 分析总结他们的工作模式，在方案中设计出以经验数据为基础的当前推理模 式。根据这个模式，用户使用该系统进行工作的过程为 1 选择所要测量的装备( 对应某一测量节点，选择之后，通讯模块与之自动连 接) ： 2 选择要执行的任务： 独立测量装备某类信号； 确定装备的种类、年号和测试单元，对装备的待测单元进行推理检测； 进行装备资料查阅： 进行系统的数据维护； 进行系统自检( 测量节点中各测量仪器的远程自检、通讯线路的自检等) ： 查看帮助( 在工作过程中，随时可以查看帮助) ； 3 ：转向1 或者退出系统。 其工作流程图如下： 山东大学硕士学位论文 具体到年份的装备由多个子模块组成，常见的有主控板、电源板、控制板、 显示面板，各种探头等。系统中按照这种分类方式，建立了如下的目录结构： 目自j t 蹦 日t js t o jd “ t 意d o c 自p i c 嗣e lx x 类型装备 萄e j 装备1 目i 国1 9 t 9 t jd i t t 囊d o c t r i c e j r ，”t 园宅j 1 9 田t 暑l l 豳专家咨询 a 装备规程 瞳3 装备2 曰ay y 类型装备 图3 3 系统目录结构 3 2 2 推理机数据 推理机是故障推理、性能检测的基础，以树状结构表达判断过程，一棵推理 树针对一种故障现象或性能检测。每一步推理，都依据测量结果自动或手动地进 行，按照各子节点的进入条件，选择子节点继续推理。同时，提供文字和图片格 式的推理指导。 故障推理机依据来源于一下几方面的数据： 1 装备生产厂家提供的维修规程：所有装备都配备生产厂家提供的维修规 程，上面列举了装备的详细结构说明，让操作者能从内部结构上熟悉该 装备的技术细节；装备电路图，这在维修过程中不可缺少，上面标注了 每路信号的参数类型，信号容差，接触点位置等信息，系统的推理根据， 都是来自这些图纸；维修规程，很多情况下，对于一些常见的故障和性 能分析，装备测量人员只需根据维修规程的指导就可以操作了，上面大 篇幅的介绍各种故障的现象，故障点的定位方式，故障排除的方法等。 当然，战时维修则比较简单，只需要更换故障子单元。至于对其进行下 一步的维修，属于小修过程，本系统没有涉及这部分内容； 2 装备维护人员工作中积累的丰富测试经验：装备维护人员属于文职，他 们在役时间较长，并且很多人具有较高的学历和技术水平。维护人员针 对的武器装备固定在几个类型，使他们可以有机会，有时间深入掌握该 山东大学硕士学位论文 类装备的结构细节和各项参数指标的正常异常表现。他们在日常的维 护工作中，针对某部装备，已经形成了很完整全面的维护工作流程，这 里面包含了他们工作中积累的东西，有些人员甚至写出了多本有关该装 备维修的指导材料。这有别于厂家提供的规程，更具有参考价值，是推 理机数据库内容的主要来源。根据他们的积累，很多新参加工作的维护 人员很快就能介入工作，传帮带作用十分明显，进行需求分析时，明显 地感到这一点，仅几个月，我自己也成为某装备的维修专家。 3 其它资料：子单元外形照片，项目组负责硬件设计的同事，在测试人员 的协助下，分析了所有装备的上述资料，拍摄了有关的外形照片，芳在 照片上标注了测量点；相关的文章、论述和其他专家的经验，把这方面 的数据作为专家咨询也使用起来。 以上介绍了推理机的数据来源，在设计过程中，对这些数据进行了仔细的分 析，在部队人员的配合下，完成了推理机数据库的填充。 3 2 3 模块功能 该模块由两个部分组成，即装备子单元的参数及面板直观表达，和故障推理 机。 装备子单元的参数及面板直观表达： 对于某部装备，都具有多个子功能单元，如电源板、控制板、面板、各种与 装备有关的子功能板卡等，这套系统针对某几类具体设备，要求在使用中能随时 提供参数或面板的直观描述。系统中具有装备面板的界面，在调用相应装备时， 可以显示。出于对系统将来的通用性考虑，面板应该能够随着测试装备的改变而 变化。出于这样的考虑。把这部分做成更够更换的单元，将其子单元的面板界面 直接做到d l l 程序中。如需改变，直接替换d l l 文件即可。 在这部分，还有实时显示测量点当前参数的界面，对于多数子单元，用的是 1 6 路电压数据采集，作为电源板，控制板、各类子电源板和整机测试的依据。对 于面板类的测试，则需要采集各种具体面板状态信息。如按钮的按下状态，键盘 的输入字符和各类l e d 的显示内容等。 对于使用1 6 路数采，每路所表征的意义，用表格形式表达。 故障推理检测： 此模块既可进行故障推理检测，也可进行装备性能测试，由推理数据库内容 决定。用户工作时，必须经过一系列的选择，以确定装备的系列、子种类和生产 年号。系统根据这些信息，从数据库中调出该装备的子单元列表，供进一步的选 择测试单元。跟随各种选择，系统调用不同的数据库内容迸入内存。 山东大学硕士学位论文 t y p e m e m o ：类型备注，备注类型 数据表) 【) 【装备_ i n d e x ： 数据内容：存放某类型装备在系统内已注册的装备型号。 字段设置： i d ： 内部使用的装备型号标志，自动编号，主键索弓 d e y i c e n 锄e ： 装备名称，如装备x x ) ( ) 【，装备y y y y ，文本字段 d e v i c e c o d e ： 装备编号，文本字段 d e v i c e a l i a s e s ： 装各别名，文本字段 d e v i c e y e a r s ： 装备生产年号，文本字段 d e v i c e p i c t u r e ： 装备标志图片，文本字段 d e v i c e t e c h ： 装备的技术规程文件名称，文本字段 d e v i c e c l a s s ： 装备的课件文件名称，文本字段 d e v i c e m e m e ： 装备备注，备注字段 数据表x x 装备e x p e r t ： 数据内容：存放某类型装备的专家文章和技术文档。 字段设置： i d ： 内部使用的装备型号标志，自动编号，主键索引 d e v i c e n 锄e ： 装备名称，如装备x x ) ( ) ，装备y y y y ，文本字段 e x p e r t f i l e n 锄e ：资料文件名，文本字段 装备子单元数据库i n d e x m d b ： 文件位置：装备系列) 【) 【x 装备种类y y y 生产年份d a t 数揖表m a i ni n d e x ： 数据内容：系统已支持的子单元模块信息。 字段设置： i d ： 系统内部使用的模块标志，整数，主键索引 m 0 d u l e n 锄e ： 模块名称，文本字段 m o d u l e c o d e ： 模块编号，文本字段 m o d u l e a l i a s e s ： 模块别名，文本字段 m 0 d u l e p i c t u r e ： 模块标志图片，文本字段 m 0 d u l e l j z d ： 模块检测时的连接指导文件名称，文本字段 m o d u l e c i r c u i t ： 模块的原理图文件名称，文本字段 山东大学硕士学位论文 m o d u l e t l j ： 模块的推理机介绍文件，文本字段 m o d u l e m 锄o ：模块备注，备注字段 子单元测量设置数据库s e t u p m d b ： 文件位置：装备系列x ) ( ) 【装备种类y y y 生产年份d a t 数据表p o w e r ： 数据内容：存放该模块检测时作为激励输出的程控电压源参数。 字段设置： i d ：系统内部使用的模块标志，整数，主键索弓 c 1 1 i d ：本路电压源的编号，整数字段 c h t i t l e ：本路电压源的名称，文本字段 h i n t ： 本路电压源的指导提示，文本字段 s w i t c h ：本路电压源的开关选项。布尔字段 s p e c i a l i t y ： 本路电压源的信号特性，整数字段 s c a l e ：本路电压源的放大比例，整数字段 d e l a y ：本路电压源的延时时间，整数字段 u p p e r l i m i t ： 本路电压源的容差上限，整数字段 l o w e r l i m i t ：本路电压源的容差下限，整数字段 推理项目信息数据库t l j m d b ： 文件位置：装备系列x ) 【) 【装备种类y y y 生产年份d a t 数据表子单元x ) ( ) ( ： 数据内容：存放有关】( ) 【模块的所有推理项目的详细信息。 字段设置： o b j e c t n 锄e ： 推理项目名称，每一个推理项目都是一棵推理树， 具有若干推理步骤，文本字段 s n ： t i t l e ： d e s c r i p t i o n ： 当前推理步骤的编号，整个表中唯一，文本字段 当前推理步骤的标题，起到简单提示作用，文本字 段 推理向导，主要字段，用户根据本步骤的推理向导 进行操作，文本字段 当前步骤是否为所属推理树的叶节点，即结论节点， 布尔字段 山东大学硕士学位论文 发平台选择。它具有丰富的构件，全方位的支持，以及无所不能的特点，使开发 人员能够将更多的精力分放在系统的宏观设计方面，脱离的一些细节的干扰。 d e l p h i 支持a d 0 数据库访问模式、o l e 模式、d l l a c t i v e x 控件以及其自 己的模块结构，支持共享存储器技术，支持进程同步机制，还有，支持完善的消 息处理，另外，它还具有丰富的网络控件。这些技术，在代码实现上都有所涉及。 基于前面所述的数据库结构，下面来介绍代码的详细设计过程。 首先给出推理检测模块的算法流程： 图3 ，4 故障检测推理算法流程 山东大学硕士学位论文 推理机数据结构： 推理机数据在用户选择了具体的待测单元后，就被读入内存，放在专用的结 构中。在数据表中，推理项目都是按记录存放的，而进入内存后，为其建立了一 棵推理树结构。这样，无论是推理中的使用，还是对其进行维护，都可以直接在 内存中完成。 下面介绍推理机数据结构中各域的设计：( 本系统采用三分支推理树) t t l s n o d e = r e c o r d i d ，i d 2 ：i n t e g e r ： 在这里设置了两个索引值，用于对应数据结构节点和推理树显示控件节点。 推理机数据在推理和数据维护时都会用到。推理时使用节点索引引导下一个推理 项；数据维护时，会在窗口上生成推理树的控件，以供用户能够得到直观地印象。 c o n d i t i o n s t r ：s t r i n g ： c o n d 扎i o n s t r 是本条推理项目的被选条件描述，当条推理项目结束时， 会提示下一推理的各个子树，以及进入子树所需要的条件。即这里的字段。 d e s c r i p t i o n ：s t r i n g ； 每一步推理，都要有详细的描述，指导用户进行下一步的工作，或者提示出 当前的推理结果。这些指导内容，就存放在d e s c r i p t i o n 中，它的长度最多不超 过2 5 5 字符。此字段是推理机重要的字段。 o b j e c t n a m e ：s t r i n g ： 推理项目名称，在推理项目数据表中，有若干字段带有很明显的冗余，不是 最佳的结构设计。这是强调于其他以后系统兼容的后果。设计之前，军内的多种 测控系统都是使用a c c e s s 数据库，且要求每种系统的数据库尽可能满足兼容性。 类似的现象，还有比如库名使用汉语拼音缩写等。 t i t l e ：s t r i n g ： 在推理机界面上显示的标题。 s n ：s t r i n g ： 本条推理项目的结构字符串，能表征着该条项目在整个推理树中的位置。 k i n d ：s t r i n g ： a c t i o n s ：s t r i n g ： 手动推理是推理中主要使用的方式，用户可以根据提示一步步地工作；而在 很多时候，无须用户参与，这时，推理机项目中的a c t i o n s 字段的值将会被解释 执行，进而向远端的测量节点发送采集命令，之后等待采集数据的到来。最后， 将采集到的数据与所有子树的递进条件值c l l i l d x s c o p e 进行比较，小于它则选 择第一子树，等于、大于的情况，分别选择第二、三子树进入。 1 9 山东大学硕士学位论文 i s e n d ：b o o l e a n ： 这个字段表示本条推理项目是否是叶节点，如果是，其d e s c r i p t i o n 字段就 是本次推理的最终结果，此时系统会做一系列的工作，比如形成检测报告，复位 检测设备等。 h e l p f i l e ：s t r i n g ： p i c t u r e a ，p o s i t i o i l a ，p i c t u r e b ， p o s i t i o n b ：s t r i n g ： 在推理过程中，设计了随动的参考单元电路板的图片显示，上面标志着该条 推理应关注的位置，使用红色箭头标出。这两类字段的作用即如此。 c h i l d ac o n d i t i o n ，吼i l d bc o n d i t i o n ，c h 订d cc o n d i t i o n 。 c h i l d as n ，c h i l d bs n 。c 1 1 i l d cs n c l l i l d as c o p e ，c h i l d bs c o p e ，c h i l d cs c o p e ：s t r i n g ： c h i l d au s e d ，c h i l d bu s e d ，c h i l d cu s e d ：b o o l e a n ： 这一组是三支子树所用到的字段，单独说明其中的西订d ) ( 一【j s e d ，用于确定 某子树是否被起用。与之相关的有p c h il d 和叻i l d l i l l l 【。 p p a r e n t ：p t l s d e ：当前推理节点的父节点 双向链接。 p c h i l d ：a r r a y ( o 2 o fp t l s n o d e ：指向三个子树的指针 c h 订扎i n k ：a r r a y 0 2 o fb 0 0 1 e a n ；三个子树是否有链接 某些推理项目推理到叶节点时，会链接至其他推理项目，重新开始推理。如 果将所链接的项目在这里重复列入，显然是很不智慧的做法。本系统中，到达这 样的节点后，即自动转接。 所有推理项目树的链表节点结构： 在推理机数据库中，所有项目都独立占有一个记录，当把它们调入内存后， 结构就产生了，这里，把所有的推理子树都连接在一起，成为一裸大树。在维护、 推理时使用方便。 t t l s f o r e s t n o d e = r e c o r d p t l s ：p t l s d e ：指向某子树根节点的指针 o b j e c t n 锄e ：s t r i n g ：某子树的名称 c o n d i t i o n ：s t r i n g ：进行某子树推理的前提条件 c h a n g e d ：b 0 0 1 e a n ：某子树是否被修改并且没有保存 l a s t ，n e x t ：p t l s f o r e s t d e ：前后子树指针，便于索引 e n d ： 推理机主要代码设计： 刚才已经论述了有关推理机的一些技术细节，下面列举程序中有关推理机的 读取、回写和使用推理机进行故障推理的函数 山东大学硕士学位论文 下面是对于未到叶节点的处理，这是推理过程中的常见步骤。如果需要继续推理， 则调出所有子节点的s n ，等到下一次调用本函数时，可以继续推理。 e l s e b e g i n 这里是对子节点的一些初始化操作 这里判断是手动还是自动推理，如果是自动，则对读取的数据进行比较，以决定 下一步将走到哪一支子树。 i fu p p e r c a s e ( k i n d ) =a t h e n b e g i n 自动判断，决定推理走向 e n d ： e n d ： 对于推理中的实时指导图片的更换，在主控函数中设置了一个消息接受函 数，该函数可以接收消息的触发，读取全局变量中图片的路径，将其打开，共操 作人员浏览。所以，在推理过程中合适的位置，加行了这两行代码： 当前图片路径的全局变量 m o d u l e p i c t u r e ：= t r i m ( q t 1 j f i e l d b y n 锄e ( p i c t u r e a ) a s s t r i n g ) ； 向主控函数发送消息，触发其进行图片操作 s e d 丑e s s a g e ( f i n d 罾i n d 滞( t f _ s e l e c t d e v i c e ，n i l ) ，硼j i e ，1 ，1 ) ； ( 3 ) 执行推理机条目中测量的动作 p r o c e d u r et t l j d o s t h ( o b j e c t n 锄e s t r ，a c t i o n s t r ：s t r i n g ) ： 故障推理模块、虚拟仪器模块等进行远程通讯的部分，都是通过共享存储器 与通讯模块进行数据交换的。这里的操作指令也是通过共享数据结构 s h a r e o u t d a t a 传下去的。通讯模块会解析命令，并且执行。 f o ri ：= ot oj 一1d o s h a r e o i l t d a t a i + 1 ：= c 锄舱n d b i ： 这里的c 0 衄a n d b ，在执行过程中记录了a c t i o n s 解析后的值，然后按字节 下发。 ( 4 ) 其他函数 其它的函数还有回溯上一步推理，重新推理等，这里不一一介绍了。 山东大学硕士学位论文 3 2 6 程序界面 图3 5 故障检铡推理界面l 图3 6 故障检测推理界面2 山东大学硕士学位论文 3 3 2 数字示波器 示波器是时域分析中最典型的仪器，也是当前电子测量领域中，品种最多。 数量最大最常用的一种仪器。因此当传统仪器向虚拟仪器推进时，基于虚拟仪器 的示波器技术也是发展最快的n ”。 数字示波器模块是所有虚拟仪器组中最复杂的模块，在实现它的过程中，主 要的难度不在于编程，而是各种理论和算法。首先，要把握示波器本身的功能 结构，以便使用软件来模拟它。其次，涉及到多种滤波算法，快速傅立叶变换等 理论。很多算法，虽然许多资料上已有成型的函数，可如果将其真正用到系统里 面，还需要反复调试。并且，这些专业领域在以前的工作中很少涉及。 模块功能： 虚拟示波器模块的功能可分为四大类： 数据处理：从最初采集的原始数据，经过中间的各层处理( 滤波可选) ，直 到最后将波形显示出来，整个过程中都在进行变换； 测量控制：在测量过程中，对采样时基、信号幅度、各轴偏移、信号类型、 触发类型等方面都能够进行控制。自动测量是很常用的功能。 频谱分析：进行傅立叶变换，将信号的表达从电压一时间轴转换成电压一频率 轴数据。 信号识别：从采集的信号中，找到信号的周期频率、幅度范围、波形类型 等特征。 数据记录：可以对采集的信号进行保存，在需要时重现；能够产生各种格式 的测量报告，如e x c e l 格式、图片格式和报表格式等。 下面给出示波器的算法流程，可以看到其功能设置 山东大学硕士学位论文 图3 7 示波器算法流程 山东大学硕士学位论文 整个调试流程为： 1 将幅度设为最小，选取居中的时基值： 2 先调整幅度，将幅度依次增大，每增大一级，立刻进行测量，直到采集的波 形信号有若干越界点为止。 3 在调整好的基础上，继而调整时基，每次向宽测量间隔调整，过程中不断测 量，检测所测信号中是否多个出现周期性的过零点，如果有，则时基回调至 4 周期的采样值；如果没有且已到达最大时基，则从刚才的始发级别向小时基 回调，直到有周期性的过零点。 图3 8 自动测量算法流程 山东大学硕士学位论文 2 0 0 0 伏档，设为自动量程时，可以从所传输的数据中得出。根据量程可以转换数 据的精度。时钟事件的最后为更新界面上的数据显示。 ( 2 ) 数据转换函麴r a n s l 8 t 枷e t e r v a l u e ： f u n c t i o nt r a n s l a t e m e t e r v a l u e ( d a t a b u f ： t b y t e a r r a y ：v a rm e t e r ： m e t e r d a t a p a c k a g e ：v a l u e l e n g t h ：b y t e ) ：r e a l ； 该函数接收三字节的原始数据，转换为可显示的真实的数据。5 位表头显示 时，取第3 个字节中的各种状态。里面有量程、数据的极性、超欠量程以及数据 的最高位。其中量程有4 档，分别为2 ，2 0 ，2 0 0 ，2 0 0 0 伏档；超欠量程表示了数 据是否已经超出了测量的范围：数据的极性，用1 位表示，指代数据的正负数值。 函数的最后是数值的合成，前两个字节与第三个字节的一位，共同组成4 位半的 数据。 程序界面； 图31 1 数字多用袁界面 3 3 4 函数信号源 装备维修中，通常需要两类信号，一类是装备输出的指标参数，用以作为检 测诊断的依据；另一类就是维修时需要给装备加载的激励信号，是装备模拟正常 运行时的状态，表现为各种波形、频率和幅度的电信号。这里的函数信号源就是 起到这个作用。 模块功能： 函数信号源对所产生的信号可以进行四种控制；信号频率、信号相位、信号 幅度和信号类型。其中信号类型有正弦波、三角波和方波。 下面是函数信号源的算法流程，以示其功能： 3 4 山东大学硕士学位论文 3 4 数据通讯模块 数据通讯模块是一个独立的执行程序，测控系统启动时将其调入内存，用以 完成初始化通讯环境、共享存储区的建立等任务。 数据通讯模块在测控主机上起到底层平台的作用，它在测量节点和主机中需 要数据通讯的进程之间构建了一道桥梁。该模块主要负责数据通讯，在程序执 行期间，处于轮询状态。一旦有发送要求到达，则立刻查询任务种类，从共享缓 冲区接收数据，进行下发。为了保证通讯的及时性，通讯模块设有消息接受机制， 随时接收到其他进程发来的消息，优先执行紧迫任务。 3 4 1 模块功能 数据通讯平台具有以下功能： 与测量节点进行网络数据通讯； 与推理模块、虚拟仪器模块进行数据交换，执行其命令； 通过改造，可以适应其它通讯接口，如8 0 2 1 l b 无线通讯接口、u s b 通讯接 口等。 下面给出数据通讯模块主算法流程图： 围3 1 9 数据通讯模块流程囤 雪尹 山东大学硕士学位论文 逻辑信号源： 以数字和模拟两种界面方式供用户使用，可以输出4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 位可选的逻辑信号输出。在逻辑信号源中，具备递增输出的功能，可以设置输出 间隔时间、输出步长，之后逻辑信号源就可以按照设计自动输出。 图3 1 6 逻辑信号源数字界面 图3 1 7 逻辑信号源模拟界面 脉冲信号源： 提供了多路可订制的脉冲信号输出。用户可以控制的有开关、信号类型( 正 负脉冲) 、频率、幅度、脉宽、延时。 图3 1 8 逻辑信号源模拟界面 山东大学硕士学位论文 3 4 数据通讯模块 数据通讯模块是一个独立的执行程序，测控系统启动时将其调入内存，用以 完成初始化通讯环境、共享存储区的建立等任务。 数据通讯模块在测控主机上起到底层平台的作用，它在测量节点和主机中需 要数据通讯的进程之间构建了一道桥梁。该模块主要负责数据通讯，在程序执 行期间，处于轮询状态。一旦有发送要求到达，则立刻查询任务种类，从共享缓 冲区接收数据，进行下发。为了保证通讯的及时性，通讯模块设有消息接受机制， 随时接收到其他进程发来的消息，优先执行紧迫任务。 3 4 1 模块功能 数据通讯平台具有以下功能： 与测量节点进行网络数据通讯； 与推理模块、虚拟仪器模块进行数据交换，执行其命令； 通过改造，可以适应其它通讯接口，如8 0 2 1 l b 无线通讯接口、u s b 通讯接 口等。 下面给出数据通讯模块主算法流程图： 围3 1 9 数据通讯模块流程囤 雪尹 瓣一丽二。一主署 山东大学硕士学位论文 p r o c e d u r er e c e i v e d a t a ( v a rm s g ：t m e s s a g e ) ；m e s s a g e0 t h e r m s g ： 其它进程使用s e n d m e s s a g e 函数进行发送，这个函数很常用，它将等待接收 消息的进程返回的应答。另一个消息发送消息p o s t m e s s a g e 则不会等待，一旦发 出，立即返回咖。 共享存储器访问的同步机制 在操作系统中，可以使用多种进程同步机制，来控制多个进程间对临界资源 的共享。在d e l p h i 中实现了信号亮、临界区、互斥对象和锁等机制。系统中使 用了互斥对象机制，用以控制推理模块、虚拟仪器模块和数据通讯模块之间的共 享存储区的数据读写同步。通讯平台启动时建立了互斥对象，之后进程间的数据 交换就使用它来控制。 建立互斥对象： h a c c e s s ：= c r e a t e m u t e x ( n i l ，f a l s e ，n n ) ： 每当进行数据读写之前，调用它进入控制操作，这样，当已经有对同一数据区进 行操作的进程时，会在这里使进程睡眠： 盹i t f 0 r s i n g l e o b j e c t ( h a c c e s s ，i n f i n i t e ) ： 操作完成完成后，释放互斥对象，之后，对于w a i t f o r s i n g l e o b j e c t 的调用就不 会睡眠了。当然这是成对使用的。 r e l e a s e m u t e x ( h a c c e s s ) ： 在 2 4 中，还介绍了多种其它的进程同步机制， 2 5 中也给出了一些仪器开 发思路。 3 5 装备信息查询模块 在推理检测过程中，随时都可能需要参阅装备的各种资料。在进行故障判断 时，电路图不能或缺，进行推理时，指导图能够更快的引导技术人员发现故障单 元。“。 系统中的装备信息查询分布在多个窗口之内，随着推理过程的进行，显示控 件随时更新指导图，用户也可以单项选择所要参阅的资料。 在进行推理机项目数据的设计时，加进了多种文档字段，推理时读出一条数 据记录，就查看是否需要更新相应的显示资料，如果需要，就向文档类发出一条 消息，文档类接到消息，便依据字段中的新资料文件名称调出资料文件，并且表 达在不同的显示框架中。 4 l 山东大学硕士学位论文 3 5 1 模块功能 系统可以提供的装备信息有：装备图片、装备资料、专家文章、原理图。 除专家文章外，其它都随年份不同而不同。装备图片可以随推理过程不断变 换。 3 5 2 程序实现 信息查询并不是独立的模块，它的功能分散在其他模块里。因此没有独立的 代码可供讨论。每当某个程序提出信息查询时，都会给主窗口发送消息。主窗口 收到后，便从库中读出，显示到控件中。 文字类的信息都是p d f 格式的，图片为j p g 格式。故显示信息的控件一是安 装p d f 浏览器后具有的a c t i v e x 控件，二是普通的i 蛆g e 控件。 为了更清晰的查看图片，我设计了一个图片浏览器，可以全屏幕观看图片， 并且具有放大、缩小、还原、上一幅、下一幅、连续播放等功能。调用函数e n j o y 即可使用。 图3 2 0 图片洲览器界面 山东大学硕士学位论文 3 6 数据库维护模块 无论是推理机数据库还是装备资料数据库，都需要不断完善其中的内容。在 系统中用户通过权限控制之后，可以调用维护模块进行操作。 这个模块涉及到几个方面，如构造方便用户操作的维护界面，以及如何表达 已有的推理项目、如何使用户对推理机的维护更加方便等。 这类小型的数据库操作模块，其实并没有多少真正的技术难题，所要认真思 考的就是优化用户的交互界面和保障数据安全的问题。 在本系统中，根据数据的分类哪! 进行了功能界面的划分，利用树形控件表达 推理机的数据。 3 6 1 模块功能 该模块能够对三类信息进行维护： 装备及装备子单元信息；可以添加、删除装备系列、装备种类、生产年份和 子单元名称。 装备资料信息，在系统中叫文档信息，具有装备资料、专家文章( 专家咨询) 、 装备图片、原理图等的维护功能。 推理机数据。增加、删除、修改推理树。 通过下面的界面，可以看到这三种功能的表现。 图3 2 l 装备及子单元维护界面 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 3 6 2 程序实现 本模块中装备及子单元信息、装备资料信息两个功能的实现，只是简单的数 据库与控件表达的对应，这里只对推理机维护进行讨论。 选择装备的系列、种类、年份以及选中某个子单元后，可以调用推理机数据 维护模块对其进行添加、修改和删除。 界面中其他部分如项目名称、诊断准备、推理向导、图片等信息，都是直接 将数据表中相应推理条目的内容赋予控件的文字属性。只是推理机的表达要复杂 一些。这里，将推理机放入一个树形控件中，并且能够通过鼠标的点击选中某个 推理节点。 程序中实现了推理树装入树形控件、推理树合法性检测、子节点链接、推理 树保存入库以及图片定位等函数 山东大学硕士学位论文 第四章系统p e t r i 网模型的精细化 4 。1 对使用p e t r i 网进行系统建模的讨论 在开发的过程中，对系统所处理的这一类测控任务，越来越感到系统并发性 的重要。对于多部装备的测试，不