分布式數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

閆佳妮

摘 要：環(huán)控試驗(yàn)室需同時(shí)完成PT100熱電阻信號、K型熱電偶信號、電壓信號、電流信號等數(shù)百個通道的信號測試任務(wù)。測試信號路數(shù)龐大、測試的信號空間分布較為分散、信號傳輸距離長，且測試環(huán)境較為復(fù)雜。若使用傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)，會出現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)場布線復(fù)雜、信號長距離傳輸抗干擾能力差等問題。該文設(shè)計(jì)了一套測試系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分布式現(xiàn)場采集、總線傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)，有效解決了這些問題。

關(guān)鍵詞：分布式測試 抗干擾 以太網(wǎng)

中圖分類號：M74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0156-03

1 概述

艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室是用于飛機(jī)艙內(nèi)舒適性測試及相關(guān)理論研究的試驗(yàn)平臺。艙室環(huán)境試驗(yàn)均有大量需要測量的物理量或需評估的參數(shù)，如溫度、壓力、濕度、通風(fēng)量等，為了測量這些物理量并對艙室綜合環(huán)境進(jìn)行評估，需配置大量的測試傳感器及儀器儀表等測量設(shè)備。該文研究的測試系統(tǒng)就是用于完成艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室試驗(yàn)過程中參數(shù)的采集、存儲和處理等工作。

艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室測試系統(tǒng)需能夠同時(shí)完成PT100熱電阻信號、K型熱電偶信號、電壓信號、電流信號等數(shù)百個通道的信號測試任務(wù)。測試信號路數(shù)龐大、測試的信號空間分布較為分散、信號傳輸距離長，且測試環(huán)境較為復(fù)雜，因此，為解決以上問題，該文設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)采用分布式現(xiàn)場采集、總線傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)具備較強(qiáng)的防潮、抗干擾性能，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活滿足不同測試需求。

2 測試系統(tǒng)架構(gòu)

測試系統(tǒng)由采集終端、測試服務(wù)器及測試主機(jī)組成。采集終端由信號調(diào)理設(shè)備和信號采集設(shè)備組成，采集各種傳感器的輸出信號。測試服務(wù)器硬件配置為性能較高的服務(wù)器級計(jì)算機(jī)，完成測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。測試主機(jī)安裝測試軟件，實(shí)現(xiàn)對采集終端的控制，同時(shí)可以對保存在測試服務(wù)器上的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。

艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室測試用傳感器布置在艙壁和整個艙室空間中，測試服務(wù)器及測試主機(jī)布置在測控間。測試用傳感器分布非常分散，傳感器到測試服務(wù)器及測試主機(jī)的距離近百米，距離較遠(yuǎn)。試驗(yàn)室配備有大型的動力設(shè)備，測試環(huán)境較為復(fù)雜。

若將采集終端布置在測控間，要將數(shù)百個傳感器輸出的信號通過導(dǎo)線直接傳輸?shù)綔y控間，需要大量的導(dǎo)線，布線復(fù)雜且布線成本高。長距離傳輸信號，信號衰減程度較大，信號在長距離傳輸過程中容易受到干擾，測試精度難以保證。

若將采集終端布置在被艙室附近，直接采集傳感器輸出的信號，并將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳給測試服務(wù)器。測試服務(wù)器將所有的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，完成數(shù)據(jù)的存儲和處理工作。則降低了信號在傳輸過程中被干擾和衰減的程度。因此，測試系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

3 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)硬件配置示意圖圖2。測試系統(tǒng)硬件包括：信號調(diào)理設(shè)備、信號采集設(shè)備、測試機(jī)柜、測試主機(jī)、測試服務(wù)器等。

艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室附近有大型動力設(shè)備工作，測試環(huán)境較為復(fù)雜，在傳感器信號傳輸?shù)倪^程中，信號可能受到干擾，混入上千伏的尖峰脈沖信號，對測試設(shè)備有很大危害，因此，要求信號調(diào)理設(shè)備有較強(qiáng)的輸入輸出隔離保護(hù)功能，保證信號調(diào)理設(shè)備以及其后端的設(shè)備不會受到損壞；同時(shí)大型動力設(shè)備在工作時(shí)有較強(qiáng)的電磁干擾，因此，要求信號調(diào)理設(shè)備、信號采集設(shè)備、測試機(jī)柜均具備較強(qiáng)的抗電磁干擾的能力。

艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室測試用傳感器數(shù)量最多的是溫度傳感器，包括PT100熱電阻傳感器和熱電偶傳感器。Pt100熱電阻的靈敏度約為0.38 Ω/℃，PT100傳感器到采集終端距離比較遠(yuǎn)，可能超過15m，導(dǎo)線電阻較大，為減小導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響，應(yīng)采用三線制或者四線制測量電路進(jìn)行測量。因此，應(yīng)選擇支持三線制或四線制PT100傳感器的測試設(shè)備。

艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室測試用傳感器中還是用了大量的K型熱電偶。K型熱電偶距離采集終端距離較遠(yuǎn)，需采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到測試設(shè)備端子上。熱電偶的測試設(shè)備應(yīng)具備冷端溫度補(bǔ)償功能，消除冷端溫度變化對測溫的影響。

4 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)配置有相應(yīng)的測試軟件，測試軟件具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、配置管理、報(bào)告生成、內(nèi)嵌傳感器庫等功能。測試軟件具有可伸縮的體系，使其可以滿足不同規(guī)模的硬件系統(tǒng)，從幾百個通道到上千個通道。

a）配置管理

測試軟件具備配置管理功能，配置管理界面如圖3所示。配置管理功能具備板卡設(shè)置、通道配置、采樣率設(shè)置、傳感器標(biāo)定函數(shù)、數(shù)據(jù)處理設(shè)置等。能夠?qū)⑦@些配置信息保存為文件的形式，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)可以直接調(diào)用這些配置文件。

b）數(shù)據(jù)顯示

測試軟件具備豐富多樣的數(shù)據(jù)顯示功能，可顯示被測參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)表格、均方根值、上/下限報(bào)警顯示。有多種數(shù)據(jù)組態(tài)顯示功能，包括數(shù)值、曲線、表盤、柱狀圖等。數(shù)據(jù)組態(tài)顯示界面如圖4所示。

c）數(shù)據(jù)導(dǎo)出

測試軟件具有靈活的數(shù)據(jù)導(dǎo)出策略，支持導(dǎo)出視圖、數(shù)據(jù)文件。

d）內(nèi)置傳感器庫

測試軟件內(nèi)嵌一個功能齊全的傳感器庫，管理溫度、壓力、流量等各種傳感器。

5 結(jié)語

該文件設(shè)計(jì)的艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室測試系統(tǒng)采用了分布式現(xiàn)場采集、總線傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的防潮、抗干擾能力，有效減少了溫度傳感器輸出信號長距離傳輸對測試精度的影響。滿足艙室綜合環(huán)境試驗(yàn)室對于測試系統(tǒng)的要求。設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)對于其他試驗(yàn)室測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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