基于VEE與Nport的控溫儀狀態參數遠程監控系統設計

張景川，謝吉慧，朱 熙，馬 昆，裴一飛

（北京衛星環境工程研究所，北京 100094）

0 引言

航天器真空熱試驗是航天器研制過程中耗資最大且必不可少的試驗項目。溫度測量與控制技術是航天器真空熱試驗中的關鍵技術，其測控速度與精度直接影響航天器熱設計的正確性和星上儀器設備考核的正確性[1-3]。控溫儀作為重要控溫設備被廣泛應用在航天器真空熱試驗過程中。

現階段在真空熱環境試驗研究室中，控溫儀受樓宇建設、電氣走線、網絡布線、空間環境模擬器布放影響分散于各個房間且與真空熱試驗總控間分離（處于不同樓層）。航天器真空熱試驗過程中，試驗人員需要穿梭于不同房間進行手動記錄并設定控溫儀狀態參數（當前溫度、設定控溫閾值），如何對控溫儀進行統一管理，在總控間實現對儀器狀態參數的遠程自動監控，成為真空熱試驗亟需解決的問題。

為了減輕試驗人員勞動強度，特別是在夜間手動記錄與設定控溫儀狀態參數的辛苦程度，避免人為操作失誤導致的數據失真與控溫風險，本文基于VEE圖形化編程語言與Nport串口服務器，設計了控溫儀狀態參數遠程監控系統，實現了控溫儀狀態參數的遠程讀取、曲線表示及自動保存，試驗人員在總控間即可對控溫儀控溫閾值進行遠程設定，極大地降低了試驗人員的工作量，有利于數據管理和維護，提高了真空熱試驗的測控速度與精度。

1 組網方案

系統的硬件構成決定了網絡的拓撲結構，也是軟件實現的硬件基礎。控溫系統的儀器設備為SHIMADEN公司的SR-23控溫儀、MOXA公司的Nport-5610串口服務器、Cisco交換機、監控主機和主/備服務器。

SR-23控溫儀提供RS-232串口與計算機通信。但這種傳統的串口方式只能實現設備與計算機的點對點通信，而且數據的傳輸距離較短（電線長度小于15 m）。為了解決RS-232傳輸距離受限與無法實現單機多路RS-232串口通信的問題，同時充分利用實驗室現有的網絡布線，本文采用 MOXA公司的 Nport-5610串口服務器作為通信協議轉換模塊進行組網。系統網絡拓撲結構見圖1。

Nport-5610串口服務器在結構上設有兩類通信端口：一類是標準的RS-232串行端口，端口數為8個，遠程的控溫儀通過串行控制總線接入此類端口；另一類是RJ45以太網口，串口服務器通過STP網線接入交換機[4-5]。Nport-5610將RS-232協議轉換為TCP/IP協議，讓8路RS-232串口設備立即成為具備網絡接口的組網儀器，與監控主機和主/備服務器組成星形局域網，實現控溫儀狀態參數的遠程數據采集、存儲及實時監視。

圖1 系統網絡拓撲結構Fig. 1 The network topology of system

2 軟件設計

控溫儀狀態參數遠程監控系統是綜合利用計算機技術、網絡技術和圖形化編程技術的人機交互系統，該系統有自動采集當前溫度數據、存儲管理溫度數據、圖形化顯示溫度數據及遠程設定控溫閾值等功能。

軟件是測控系統的核心，也是測控系統成敗的關鍵。系統采用了軟件分層結構設計，逐層調用，保證了數據傳輸和接收的可靠性，方便程序編寫者對程序進行結構管理，并使軟件具有可查性。根據實現功能的不同，系統軟件分為管理層、執行層和接口層3個層次（見圖2）。

1）管理層履行系統的管理功能，主要包括任務調度、總線通信、故障報警等。

2）執行層執行管理層決策，主要功能為確保采集數據的正確解析和完整存儲，確保寫入數據的正確輸出操作。

3）接口層提供一些關于Nport-5610與控溫儀硬件初始化設置、驅動以及輸入/輸出的接口函數，包括所有硬件的底層驅動和初始化設定。

圖2 系統軟件分層模型Fig. 2 The layering model of system software

系統通過功能需求分析與合理的軟件架構設計大大減少了開發的時間，提高了效率，保證了程序的健壯性。圖3為系統的基本軟件流程圖。

圖3 系統軟件流程圖Fig. 3 The flow chart of system software

本文利用AGILENT公司的VEE圖形化編程語言開發了系統軟件。VEE是基于圖形式開發、調試和運行程序的集成化環境，其基本編程單元是一系列的功能控件，這些功能控件可以在VEE的主菜單下進行選取，然后用鼠標將其拖動到工作區適當位置，最終通過一定順序的連線完成一個程序的編寫。

VEE具有以下特點及優勢：便捷、靈活的圖形化操作界面和直觀明了的流程圖式的編程，靈活的程序調試手段，減少了編程人員的工作量，也降低了對編程人員的要求；支持多種接口和協議，包括GPIB、RS-232、VXI和TCP/IP等；可以與其他語言如C/C++、Visual Basic、MATLAB等交互使用；強大的數據分析和處理能力；支持眾多測試平臺；可以實現網絡連接與快速數據交換；實現測試數據與標準的Excel數據庫及Word文件的無縫連接[6-7]。因此，本文利用VEE圖形化編程語言開發了系統軟件。

3 試驗應用

系統在某型號航天器真空熱試驗過程中得到了成功應用。系統自動讀取控溫儀的溫度數據并以時間為橫坐標繪制溫度曲線，同時以文本形式存儲到本地主機，并備份到服務器，確保數據存儲的安全性。

試驗人員可以在總控間監控主機上遠程實時監控布放在各處的控溫儀的當前溫度值，并按照試驗大綱要求遠程設定控溫閾值。系統監控界面如圖4所示。

圖4 控溫儀狀態參數遠程實時監控Fig. 4 Remote real-time monitoring of the state parameters of the temperature controller

4 結束語

1)本文設計了基于VEE與Nport的控溫儀狀態參數遠程監控系統，利用VEE圖形化語言開發系統軟件，與傳統的文本語言相比，VEE語言具有直觀的前面板，節省了約80%的軟件開發時間，體現了“軟件即儀器”的虛擬儀器思想，降低了系統軟件開發的人力成本，縮短了軟件開發周期。

2)該系統利用Nport串口服務器進行組網，使傳統的RS-232串口儀器轉換為基于TCP/IP協議的網絡設備，解決了RS-232接口傳輸距離受限的問題，并且當實驗室增加新的監測儀器時，無須額外購買電腦，只要用Nport串口服務器即可實現儀器的入網連接，解決了單機多路RS-232串口通信問題。這種組網方式，對儀器布放位置沒有任何限制，有利于對分散布放的儀器進行集中管理，節省了組網時間，降低了組網的硬件成本。

3)該系統在某型號航天器真空熱試驗過程中，成功實現了對控溫儀狀態參數的遠程讀取、寫入以及存儲，降低了測試人員的勞動強度，減少了人為錯誤，實現了測試過程的自動化和網絡化。

（References）

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