分布式數據采集測試系統的設計與實現

閆佳妮

摘 要：環控試驗室需同時完成PT100熱電阻信號、K型熱電偶信號、電壓信號、電流信號等數百個通道的信號測試任務。測試信號路數龐大、測試的信號空間分布較為分散、信號傳輸距離長，且測試環境較為復雜。若使用傳統的測試系統，會出現試驗現場布線復雜、信號長距離傳輸抗干擾能力差等問題。該文設計了一套測試系統，系統采用分布式現場采集、總線傳輸的系統架構，有效解決了這些問題。

關鍵詞：分布式測試 抗干擾 以太網

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

1 概述

艙室綜合環境試驗室是用于飛機艙內舒適性測試及相關理論研究的試驗平臺。艙室環境試驗均有大量需要測量的物理量或需評估的參數，如溫度、壓力、濕度、通風量等，為了測量這些物理量并對艙室綜合環境進行評估，需配置大量的測試傳感器及儀器儀表等測量設備。該文研究的測試系統就是用于完成艙室綜合環境試驗室試驗過程中參數的采集、存儲和處理等工作。

艙室綜合環境試驗室測試系統需能夠同時完成PT100熱電阻信號、K型熱電偶信號、電壓信號、電流信號等數百個通道的信號測試任務。測試信號路數龐大、測試的信號空間分布較為分散、信號傳輸距離長，且測試環境較為復雜，因此，為解決以上問題，該文設計的測試系統采用分布式現場采集、總線傳輸的系統架構，系統具備較強的防潮、抗干擾性能，系統擴展靈活滿足不同測試需求。

2 測試系統架構

測試系統由采集終端、測試服務器及測試主機組成。采集終端由信號調理設備和信號采集設備組成，采集各種傳感器的輸出信號。測試服務器硬件配置為性能較高的服務器級計算機，完成測試數據的統一管理。測試主機安裝測試軟件，實現對采集終端的控制，同時可以對保存在測試服務器上的測試數據進行提取。

艙室綜合環境試驗室測試用傳感器布置在艙壁和整個艙室空間中，測試服務器及測試主機布置在測控間。測試用傳感器分布非常分散，傳感器到測試服務器及測試主機的距離近百米，距離較遠。試驗室配備有大型的動力設備，測試環境較為復雜。

若將采集終端布置在測控間，要將數百個傳感器輸出的信號通過導線直接傳輸到測控間，需要大量的導線，布線復雜且布線成本高。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，并將信號轉換成數字信號，通過總線網絡實時傳給測試服務器。測試服務器將所有的數據存儲在數據庫中，完成數據的存儲和處理工作。則降低了信號在傳輸過程中被干擾和衰減的程度。因此，測試系統的架構設計如圖1所示。

3 測試系統硬件設計

測試系統硬件配置示意圖圖2。測試系統硬件包括：信號調理設備、信號采集設備、測試機柜、測試主機、測試服務器等。

艙室綜合環境試驗室附近有大型動力設備工作，測試環境較為復雜，在傳感器信號傳輸的過程中，信號可能受到干擾，混入上千伏的尖峰脈沖信號，對測試設備有很大危害，因此，要求信號調理設備有較強的輸入輸出隔離保護功能，保證信號調理設備以及其后端的設備不會受到損壞；同時大型動力設備在工作時有較強的電磁干擾，因此，要求信號調理設備、信號采集設備、測試機柜均具備較強的抗電磁干擾的能力。

艙室綜合環境試驗室測試用傳感器數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，可能超過15m，導線電阻較大，為減小導線電阻對測量結果的影響，應采用三線制或者四線制測量電路進行測量。因此，應選擇支持三線制或四線制PT100傳感器的測試設備。

艙室綜合環境試驗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，需采用補償導線把熱電偶的冷端延伸到測試設備端子上。熱電偶的測試設備應具備冷端溫度補償功能，消除冷端溫度變化對測溫的影響。

4 測試系統軟件設計

測試系統配置有相應的測試軟件，測試軟件具有數據采集、數據管理、配置管理、報告生成、內嵌傳感器庫等功能。測試軟件具有可伸縮的體系，使其可以滿足不同規模的硬件系統，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置、通道配置、采樣率設置、傳感器標定函數、數據處理設置等。能夠將這些配置信息保存為文件的形式，系統在運行時可以直接調用這些配置文件。

b）數據顯示

測試軟件具備豐富多樣的數據顯示功能，可顯示被測參數的實時曲線、歷史曲線、數據表格、均方根值、上/下限報警顯示。有多種數據組態顯示功能，包括數值、曲線、表盤、柱狀圖等。數據組態顯示界面如圖4所示。

c）數據導出

測試軟件具有靈活的數據導出策略，支持導出視圖、數據文件。

d）內置傳感器庫

測試軟件內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 結語

該文件設計的艙室綜合環境試驗室測試系統采用了分布式現場采集、總線傳輸的系統架構，系統具有較強的防潮、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。滿足艙室綜合環境試驗室對于測試系統的要求。設計的測試系統對于其他試驗室測試系統的設計具有較好的借鑒意義。

參考文獻

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