多功能测量

2024-06-15

多功能测量（通用8篇）

多功能测量篇1

摘要：为解决接地网及其他谐波对接地网接地电阻测量的影响,提高测量精度,采用正弦脉宽调制SPWM(Sinusoidal Pulse-Width Modulation)、数字频率合成DDFS(Direct Digital Frequency Synthesis)及微处理器控制技术,研制出了多功能接地电阻测量装置。该装置基于变频测量原理控制电源按设定的频率点输出交流信号,并经电流极注入接地网(频率范围30～70 Hz),在对电压极、电流极的测量值进行数字滤波及离散傅里叶变换DFT(Discrete Fourier Transform)后,依据获得的电压、电流同相分量计算出接地网接地阻抗及阻性分量。型式试验及现场测量结果表明,该装置操作方便、性能稳定,有效地消除了工频干扰以及谐波干扰,测量数据准确可靠,符合《接地装置特性参数测量导则》对接地网接地电阻测量的要求,适合接地网接地阻抗、土壤电阻率、导通电阻的测量。

关键词：接地网,接地电阻测量装置,变频测量,数字滤波,离散傅里叶变换

0 引言

发变电站接地网接地电阻值是发变电站接地系统的重要技术指标,它是确认接地系统的有效性、安全性以及鉴定系统是否符合设计要求的重要参数,也是检验接地网在电力系统发生故障时,能否发挥其安全保障作用的重要措施[1]。目前的测量方法有工频大电流法[2,3]、倒相法以及异频法[4],前者在外界工频干扰严重时测量误差大,且设备笨重、危险性高;倒相法要求试验、干扰信号均为理想的工频正弦波,倒相前后干扰信号不变,且忽略了谐波及其他高次杂波的干扰,因此测量效果不理想[1,5];异频法因其测试电流小且试验信号频率偏离工频干扰,易通过信号处理消除外界干扰,系统测量精度高[6]。本文以多功能接地电阻测量装置的研究为背景,介绍了变频测量的原理及系统总体设计方案,并基于数字滤波及离散傅里叶变换DFT(Discrete Fourier Transform)解决了噪声和谐波干扰问题,提高了测量精度。

1 变频测量原理

1.1 变频测量方法

变频测量方法及等效电路如图1所示。

为了便于表达,分别用 RG、RC、RL 表示接地网等效电阻、电流极等效电阻、引线等效电阻,u′(t)表示因系统不平衡电流流过接地网而产生的干扰电压,假设变频电源输出电流为 is(t)=I0 sin(2 πft+α),在接地等效电阻上产生电压 uG(t)=is(t)RG=I0RG×sin(2πft+α),并设干扰信号频率为 f0、f1、…、fN,则在接地网上形成的干扰电压为 $u^{'} (t) = \sum_{i = 0}^{Ν} U^{'}_{m i} \times \sin (2 π f_{i} t + β_{i}) ‚ U^{'}$ mi、βi 分别是频率为 fi 谐波的幅值与初始相位,则实际测量到的电压信号 u(t)和电流信号 i(t)分别为

u(t)=uG(t)+u′(t)=I0RGsin

$\begin{array}{l} (2 π f t + α) + \\ \sum_{i = 0}^{Ν} U^{'}_{m i} \sin (2 π f_{i} t + β_{i}) \\ i (t) = Ι_{0} \sin (2 π f t + α) + \frac{u^{'} (t)}{R_{G} + R_{C} + R_{L}} \end{array}$

由此可见,传感器采集的是干扰信号与有效信号叠加后的值,在初始相位未知的情况下很难进行区别,因此提出了变频测量法即通过调整电源输出频率以规避干扰频谱(f≠fi)的测量方法。

1.2 数字滤波原理

由上述分析可知,接地网中的零序电流以及其他杂波对接地电阻的测量精度影响较大,采用传统的模拟滤波方式很难实现设计目标。因此,系统运用小波变换多分辨率特性对采样信号进行数字滤波,即利用低通滤波器 hn 和高通滤波器 gn,将信号在时间和频率不同的尺度上分解为低频分量和高频分量,以提取所需信号的特征。

设采样频率为 fs,则信号 f(t) 经过 hn 滤波器后将得到介于[0,fs/4]的低频分量——近似部分,信号经过 gn 滤波器后将得到介于[fs/4,fs/2]的高频分量——细节部分。再对近似部分进行低通和高通滤波,则可以得到尺度2上的近似部分和细节部分,如此往复直至设定的分解截止频率[7,8,9]。Mallat 分解算法如下:

$\begin{array}{l} c_{j + 1} (n) = \sum_{k} h (k - 2 n) c_{j} (k) \\ d_{j + 1} (n) = \sum_{k} g (k - 2 n) c_{j} (k) \end{array}$

重构是分解的逆过程,其算法如下:

$\begin{array}{l} c_{j} (n) = \sum_{k} \bar{h} (k - 2 n) c_{j + 1} (k) + \\ \sum_{k} \bar{g} (k - 2 n) d_{j + 1} (k) \end{array}$

其中,cj(n)、dj(n)分别是尺度 j 上的近似部分、细节部分,k 为滤波器长度,当 j=0时 c0(n)即为原始采样信号。h(k-2n)、g(k-2n)分别为低通、高通分解滤波器参数, $\bar{h} (k - 2 n)$ 、 $\bar{g} (k - 2 n)$ 分别为低通、高通重构滤波器参数。

根据规范要求(测量频率宜在40～60 Hz)[10],本系统设置最高信号采样频率为2 400 Hz,由香农定理可知,信号最高频率为1 200 Hz,利用 Mallat 算法选用 db40小波对原始采样数据即离散电压序列 fU(i)和电流序列 fI(i)(i=0,ΔT,2ΔT,…,(N-1)ΔT)进行5尺度分解,滤除大于75 Hz 的信号(即第 1～4 层的细节部分对应的小波系数置0)和小于37.5 Hz 的信号(即第 5 层的近似部分对应的小波系数置0)并进行重构即可以获得频率范围为37.5～75 Hz 的离散电压序列 fU(n)和电流序列 fI(n)(n=0,ΔT,2ΔT,…,(N-1)ΔT)。

1.3 接地电阻计算

在数字滤波的基础上,对离散序列 fU(n)、fI(n)分别进行 DFT 即可获得电压、电流的频谱函数[10]:

$\begin{array}{l} F_{U} (k) = \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{U} (n) e^{- j \frac{2 π}{Ν} k n} = \\ \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{U} (n) [\cos (\frac{2 π}{Ν} k n) + j s i n (- \frac{2 π}{Ν} k n)] \end{array}$

$\begin{array}{l} F_{Ι} (k) = \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{Ι} (n) e^{- j \frac{2 π}{Ν} k n} = \\ \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{Ι} (n) [\cos (\frac{2 π}{Ν} k n) + j s i n (- \frac{2 π}{Ν} k n)] \end{array}$

其中,k=0,1,2,…,N-1,令k=1得电压、电流的基波频谱函数:

$\begin{array}{l} F_{U} (1) = \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{U} (n) e^{- j \frac{2 π}{Ν} n} = a_{U} + j b_{U} \\ F_{Ι} (1) = \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{Ι} (n) e^{- j \frac{2 π}{Ν} n} = a_{Ι} + j b_{Ι} \\ a_{U} = \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{U} (n) \cos (\frac{2 π}{Ν} n), b_{U} = - \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{U} (n) \sin (\frac{2 π}{Ν} n) \\ a_{Ι} = \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{Ι} (n) \cos (\frac{2 π}{Ν} n), b_{Ι} = - \sum_{n = 0}^{Ν - 1} f_{Ι} (n) \sin (\frac{2 π}{Ν} n) \end{array}$

由电压、电流基波频谱函数即可获得电压与电流相位差:

$Δ φ = φ_{U} - φ_{Ι} = \arctan (\frac{a_{Ι} b_{U} - a_{U} b_{Ι}}{a_{U} a_{Ι} + b_{U} b_{Ι}})$

电压极电压、电流极电流有效值:

$U = \sqrt{(a_{U}^{2} + b_{U}^{2}) / 2}, Ι = \sqrt{(a_{Ι}^{2} + b_{Ι}^{2}) / 2}$

接地阻抗和接地电阻分别为

|Z|=U/I, R=|Z|cosΔφ

2 接地电阻测量装置

2.1 硬件系统设计

根据国家电力行业标准(交流电气装置的接地技术规程 DL/T621-1997),接地装置工频特性参数测量导则 DL/T475-2006的规定,即“使用异频电流法测量大型接地装置的工频特性参数,试验电流宜在3～20A,频率宜在40～60 Hz 范围,异于工频又尽量接近工频” [11],考虑到实际应用中的具体情况,多功能接地电阻测量装置提供了地网接地电阻、土壤电阻率、接地装置连通电阻等测量功能,其总体框图如图2所示。

该系统由中央处理器 CPU、信号检测与转换模块、调频调压 SPWM 模块、IPM 驱动电路、AC-DC 整流电路、DC-AC 逆变电路、低通滤波回路、隔离变压器、键盘电路、LCD显示与智能微型打印机、电源监控与复位电路组成。其中,由 CPU 负责扫描键盘信号,采集信号检测与转换模块反馈的电压极电压、电流极注入电流及低通滤波器2的输出电压,用于接地电阻计算与显示,实施系统软件保护等;此外,微处理器根据选定的频率点依次扫描(如44 Hz、46 Hz、54 Hz、56 Hz 4个频点)[12],通过自动或手动模式控制 SPWM 模块按固定电压步进值和时间间隔输出定频调压脉冲驱动信号,以驱动 DC-AC 逆变电路输出相应频率和幅值的交流信号,该信号经低通滤波器2及隔离变压器施加到被测接地回路,直至预设定的电流等级,并记录此时各频率等级的电流极电流、电压极电压,以便最终计算50 Hz 所对应的接地电阻(含电流极、电压极引线间互感,当两引线间相距200 m 以上分开布置时,可有效减小引线间互感对接地电阻测量值的影响[13])。整机变频电源频率输出范围30～70 Hz,最大输出电流10 A,接地电阻测量范围1 mΩ～99 Ω,测量精度达1级。本文限于篇幅,仅给出系统总体框架结构,DC-AC 逆变电路、调频调压 SPWM、IPM 驱动等模块可参见文献[14,15]。

2.2 软件系统设计

在硬件平台确定的基础上,软件是决定系统功能强弱的关键。在本次设计中,本着充分发挥硬件潜力、构造完善功能的原则,采用结构化软件设计方法,按功能将程序划分成初始化模块、自检模块、默认参数设置模块、系统运行参数设置模块、接地电阻测量模块、土壤电阻率测量模块、连通电阻测量模块、显示与打印模块、键盘扫描模块(自动/手动运行、上/下、确认、返回键以及频率和电压调节键)、中断处理(外部事件触发中断、定时器中断和软计数器中断)、数据处理等模块。本文限于篇幅,仅给出系统主程序框图如图3所示。

3 结语

多功能接地电阻测量装置基于变频测量原理,通过注入较小的电流实施测量,降低了大电流测量的危险性,减轻了设备重量,此外由于在系统中引入了数字滤波及离散傅里叶变换技术,有效地消除了接地网噪声和谐波干扰,从而大幅提高了测量精度。该系统自试运行以来,表明系统设计合理,性能稳定可靠,达到了预定的技术指标,且非常适合现场测试。

矿井测量信息系统的组成与功能篇2

【关键词】矿井；地质测量；信息系统

0.前言

信息系统有数据的采集、管理、分析和表达等功能：一般包括企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统、交通运输信息系统和空间信息系统等。地理信息系统（GIS）是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的一种特定的空间信息系统。处理空间数据和图形图像是GIS的最大特点。地理信息系统的技术方法是矿区多层空间，以及资源和环境等动态时空信息的存储、处理、复合、分析与评价的有力手段。在此基础上，开发适用于矿区条件的矿区资源环境信息系统，可以为矿产资源的合理开发、环境影响与生态效应、自然过程与社会经济问题的分析评价或预测预报等提供信息载体和有效的技术手段。矿井地质测量工作为矿井生产建设提供完备的地质信息、几何数据和图形信息，矿井地质测量空间信息是整个矿区资源环境空间信息的主要来源。

1.矿井地质测量信息系统的特点

1.1基础性

矿井地质测量信息是矿井地面与井下规划设计、矿井生产指挥调度、矿井通风安全等方面的基础信息源。

1.2三维性

矿井空间是包括地面、井下及上覆岩层的多层立体空间，它具有复杂的内部结构，如起伏的地形，矿床中的褶皱、断层构造，井下巷道的空间交错等。

1.3动态性

矿区开发和生产作业的地理空间地点时刻处在变动之中，地下巷道、采场和矿床贮存状况不断变化。这就要求地质测量信息系统能不断地扩充、更新和完善，能及时反映新揭示的地质现象，准确表达井下巷道和采场的空间位置。

1.4不确定性

由于地下矿藏赋存状况和地质构造的复杂性、不稳定性，并且受勘探技术手段和勘探工程量的限制，因此对矿体及其围岩地质特征的描述往往带有一定的推断性质，对开采对象不完全了解，因而，生产作业和管理工作完全按原定计划执行很难做到。

2.矿井地质测量信息系统的基本组成

矿井地质测量信息系统是在国内外通用GIS软件的基础上，根据矿井地质测量的空间数据特点和矿井生产建设的需要，进一步扩展和再开发出的专用软件。与通用GIS软件一样，矿井地质测量信息系统的主要组成。

2.1数据输入与格式转换

该系统能够实现常用GIS数据格式间的转换，能够支持多种形式的数据输入，如文本、数字、矢量和网格图形数据的输入，将现有的井田区域地质地形图、煤层底板等高线图、采掘工程图等图件以及野外测量数据、地质编录资料和采矿数据等转换成计算机兼容的数字形式。

该系统不仅要包括通用的图形处理功能，而且还要具备图像处理功能，以实现GIS和遥感的完全结合。在图形编辑系统中设计属性数据的输入功能可以直接参照图形数据，实现图形数据与属性数据的联接。

2.2数字高程（地面）模型模块

数字高程（地面）模型是一种特殊的数据模型，在矿产资源开发中，诸如地面地形图、煤层底板等高线图以及采掘工程图中，不能再把高程当作属性，而应该用真三维的方法研究，因此，应把它设计成一个单独的模块。

2.3空间数据管理系统

它是GIS软件工具的核心部分，统一管理属性和空间数据，具有初始化、输入、更新、删除、检索、变换、量测、维护等功能，并为其他模块提供基本图形图像支持工具和接口。

2.4空间数据分析系统

空间数据的处理、分析是GIS软件的又一重要内容空间数据分析，可分为3个层次：简单的空间搜索、空间叠加，空间格局的关系及其描述和空间模拟。

2.5专家系统工具

该系统工具以人工智能为基础，它具有组织和使用知识及不充分、不准确数据，模仿专家的思维、推理，进行分析和解决问题的能力。它对于处理井下复杂的、不确定的地质现象，进行地质推断、地质预报等具有重要意义。

2.6数据显示、输出系统

数据输出和表示是关于数据显示和向用户报告分析结果的方法问题，数据可能以图形、图像、文本、表格等各种形式表示。

3.矿井地质测量信息系统的主要功能

3.1数据的采集与输入功能

矿井地质测量信息系统的数据主要来自于矿井地质数据、测量数据和采矿信息数据。例如地质勘探资料、井下开拓掘进揭露的地质资料、野外和井下测量数据、现有的图形资料等。不论形式怎么多样化，它大体可分为：一是地理基础数据或空间数据，如地形、井下巷道、工作面的位置，矿床的贮存状态及地质构造的位置等；二是属性数据或描述数据，如煤质、顶底板岩性、生产统计数据等。

野外和井下测量数据、属性数据等可通过键盘、电子数据记录器等输入；现有图纸资料可通过数字化仪或扫描仪输入。

3.2图形处理功能

图形处理是GIS的重要特色。它应能完成图形的输入、编辑、建立拓扑关系、图形修饰、分层显示、输出等主要任务。对于信息系统来说，它应具备以下功能：

（1）制图功能。根据矿井地质测量资料建立矿井地面、煤层底板的数字高程模型，经图形的编辑、修饰生成各类矿图。

（2）矿图动态修改功能。根据井下采掘工程的进展情况，及时填绘采掘工程图、井上下对照图等矿山测量图；根据采掘过程中新揭露的地质资料补充修正煤层底板等高线图、地质水平切面图、勘探线剖面图地质图等矿井地质图，以保证矿图的准确性。

（3）根据基本矿图和地质测量数据，生成断面图、主体图及其他专业图纸。

（4）实现属性数据与图形的互访。如某个位置的煤质、剩余煤厚，或不可采厚度所圈定的不可采块段范围。

（5）图形显示、输出功能。

3.3地质测量数据库管理功能

地质测量数据库是地质测量信息系统的核心部分，它应具备如下功能：

（1）数据库的建立与维护。根据地质测量的原始数据、计算成果、应用模型等分别建立原始资料库、成果库、图例库、模型库等。数据库建立后，需要维护，以确保其安全和效率。

（2）数据库的操作。应能从数据库中检索出满足条件的数据，可以向数据库中插入新数据，可以修改、删除数据库中的数据。

（3）通讯功能。可以向上级主管部门或其他有关部门发送数据库中的数据或图形，也可以接收到其他数据库中的数据，实现信息的共享。

3.4数据处理与空间分析功能

（1）根据数据库的资料进行设计。如控制网优化设计、贯通测量预计、开采沉陷预计、煤柱设计等。

（2）进行数值计算。如地面控制网平差、井下导线的平差计算、各级储量的计算、资源损失量计算、开采沉陷观测资料的分析计算等。

（3）根据地质测量数据库提供的信息，利用智能专家系统工具，对矿井地质现象进行推断。诸如工作面前方地质构造预测，煤层顶底板岩石稳定性预报，综采工作面小断层预报等。

4.结束语

矿井地质测量信息系统是矿区资源环境信息系统的基础。矿井地质测量信息系统就是以采集、存贮、管理和描述矿井范围内有关矿井地质和测量数据的空间信息系统，是矿区资源环境信息系统的基础和核心子系统。 [科]

【参考文献】

[1]田佩俊等.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1988.

DSP多功能电子测量设备设计篇3

1 传统电子测量仪器的缺点

传统电子测量设备有以下不足:

测量参数单一。传统的电子测量设备测量功能不多, 只具备单个参数测量要求, 例如频谱仪能够观察到信号在不同频率的状态, 但无法得到在时间范围上看到信号的变化情况, 无法满足多个参数测量要求。

抗干扰能力弱。传统电子测量设备一般采用模拟信号进行采样和处理, 模拟信号在受到外界噪声的干扰后, 容易产生失真或杂波, 这些干扰信号消除比较困难, 会导致测量的信息不准确, 无法得到高精度的测量数据。而数字信号是不连续的, 并以0和1编码表示数据, 不容易受到噪声的干扰, 当数字信号受到干扰产生误码后, 也能够通过编码规则来还原或消除误码的影响。

价格昂贵。传统电子测量设备如果需要满足高精度以及多项数据测量的要求, 使得传统电子测量设备的体积较大, 成本较高。集成电路在今年得到快速发展, 其精度高价格低廉, 采用DSP设计的电子测量设备能够很好地在满足功能和性能的需求上降低成本, 方便设备的普及和推广。

2 DSP电子测量设备电路设计

本设计采用模块化设计理念进行电子测量设备的设计, 能够很方便地进行功能的维护和拓展, 每个模块通过接口的方式进行数据通信, 其主要结构分为信号源模块、数字信号处理模块、数据显示模块、主控模块。图1所示为电子测量设备的硬件结构框图。

从图1中可以看出, 数字信号处理模块是整个系统的核心单元, 它主要由性能卓越的DSP和CPLD芯片组成, 能够将采样的数字信号进行快速以及复杂化处理, 实时地得出高精度的测量数据;主控模块起着统一调度的作用, 协调各模块间的工作, 例如从信号源模块中获取原始数据, 然后将数据传输给数据处理模块进行转换处理, 并将最终的结果通过数据显示模块展现出来;信号源模块主要用于原始数据的采集, 其包含了滤波电路和数据转换电路, 将信号通过滤波、放大、AD转换等方式得出数字信号, 再交由数据处理模块进行处理;数据显示模块主要提供人机交互界面, 让操作员可以通过显示模块来设置测量参数以及获得测量得出的数据。

整个电子测量设备的架构就是通过主控+功能模块的方式构成, 通过各个功能模块的相互协作, 完成整个电子测量的过程, 其具有分辨率高、响应速度快等优点, 并能满足在时域和频域同时测量的要求。在进行电路设计时, 通过将模拟地和数字地的有效分割, 减少了各功能模块之间的干扰, 系统稳定性大大提高。

3 DSP电子测量设备软件设计

图2所示为整个DSP电子测量设备的软件流程图。

从图2可以看出, 软件功能主要分为以下三个部分:

采样程序。当程序启动时, 信号源不断地有原始模拟信号输入, 采样程序通过设定合适的采样频率以及采样精度, 将模拟信号用AD转换的方式转换成高精度的数字数据, 并保存两到三个波形周期的数据以提供给后续模块进行处理。

数据处理程序。主控器将采样程序中保存的采样数据源源不断地传送给数据处理模块, 在该模块中, 通过调用均值计算、FFT转换、波形重建等复杂的数据处理算法, 来完成波形的整体构建, 并得出与信号相关的数值, 比如有效值、均值、频率、幅值等。

显示程序。电子测量设备最终的目的就是反馈给操作人员想要得到的数据信息, 当数据处理程序完成对原始数据的计算和处理后, 显示程序就调用字符提取以及波形显示程序来完成测量数据的展示, 操作人员也可以通过屏幕来设定相应的测量参数以改变数据处理程序中的算法或参数选项, 来满足不同功能需求。

整个软件处理过程在测量阶段是不断触发的, DSP模块的高性能能够保证在数据输入的同时完成对数据的复杂处理, 让测量数据能够实时地展示, 且测量的精度也达到令人满意的程度。

4 结语

本文通过数字信号处理与测量技术的有效融合, 设计了基于DSP的多功能电子测量设备, 采用了模块化设计理念, 将信号采样、数据分析、显示等以模块的方式进行设计, 方便后续的开发拓展。

摘要：信息技术是新世纪发展的主要方向, 测量技术也逐渐向智能化方向发展。多功能电子测量设备改善了传统电子测量设备测量项目少、测量周期长的缺点, 能够满足多项参数测量、高速信号处理的要求。本文首先指出了传统电子测量设备存在的不足之处, 然后阐述了DSP的工作原理, 将信号处理和测量算法有效结合, 设计出具有高精度、多功能的电子测量系统。

关键词：DSP,多功能,电子测量,设计

参考文献

多功能测量篇4

国内软件行业的蓬勃发展促使行业各方迫切需要在软件规模测量方面达成统一认识。在软件规模测量方面,国际标准化组织(ISO) 已经采纳了多种软件规模测量方法作为标准,为了保证国内软件行业的健康发展,迫切需要借鉴国际标准并结合我们自己的实践,尽快建立起软件规模测量方面的国家或行业标准。

软件规模测量属于项目度量的范畴。项目度量是针对软件开发项目的特定测量活动,目的在于测量项目规模、项目成本、项目进度、顾客满意度等,辅助项目管理进行项目控制。软件规模测量是估算软件项目工作量、编制成本预算、策划合理项目进度的基础。有效的软件规模测量是成功项目的核心要素:基于有效的软件规模测量可以策划合理的项目计划,并有助于有效的管理项目。规模测量的要点在于:由开发现场的项目成员进行估算;灵活运用实际开发作业数据;杜绝盲目迎合顾客需求的“交期逆推法”。软件规模测量有助于软件开发团队准确把握开发时间、费用分布以及缺陷密度等。

Mk II功能点分析方法作为一种主流的功能规模测量方法,已经在各行业得到广泛应用,并已经形成ISO/IEC 20968:2002 Software Engineering - Mk II Function Point Analysis - Counting Practices Manual ( 软件工程Mk II功能点分析计数实践指南)。为满足行业发展需要有必要尽快引入此标准,指导国内软件规模测量方面的国家或行业标准的制修订。

在行业标准《软件工程功能规模测量Mk II功能点分析方法》( 以下简称“本标准”) 的编制过程中,主要以现有国标及国际权威文献为参考,并结合国内软件功能规模测量的发展现状,非等效采用了国际标准ISO/IEC 20968:2002 ;并通过研读相关国内外参考文献,听取各方专家意见,对原标准内容进行了大量的修改完善,重新编排章节,使最终完成的行业标准结构清晰,核心内容突出,更加具有实施可操作性。

2 主要内容

本标准对ISO/IEC 20968:2002 进行了非等效采用,重点阐述应用程序功能规模测量方法,以及围绕此方法所涉及的概念和方法,并结合示例对常见的应用程序功能规模计数场景进行了详细阐述。本行业标准可以独立使用,并可用于各种类型的软件项目开发。本标准主要内容包括:

Mk II功能点分析方法的使用规则。一共六条,分别涉及到规模测量的边界、规模的确定、以及作为规模测量基础的逻辑事务的组成部分、触发条件、计量规则等,特别对需求变更时的逻辑事务增减对总体规模的影响做出了明确规定,对逻辑事务各组成部分的规模计数,以及总规模计数都给出了明确、可执行的规则。为了统一规模计数结果的汇报形式,对使用了Mk II规模计数方法的规模计数结果的汇报做出了明确的格式定义。这些规则是Mk II方法总的指导原则,具有重要的意义,为Mk II方法的测量计数过程设定了必须遵守的规则。

测量计数过程。Mk II方法将测量计数过程分成八个步骤,从第一步“确定计数的视角和目的”到第八步“计算调整后的规模”,对每个步骤都进行了明确规定,使整个计数过程更加具有可执行性。进行规模测量时,只需要按照步骤要求即可逐步完成规模计数工作,使Mk II方法具有很强的可操作性。

测量计数过程详细阐述。虽然Mk II功能规模测量计数过程有清晰明确的步骤,但是规模计数的实际情况复杂,因此在标准的关键章节“Mk II功能点计数”中,对每个计数步骤中可能出现的各种情况进行了详细说明,并给出了可参考的详细的实际案例计数实践。这一章节是本标准的重点内容,在实际执行中具有很高的参考价值。

计数特别应用场景说明。在对规模测量计数过程进行了详细阐述的基础上,对一些特别的应用场景进行了说明,包括:GUI界面计数、应用组合的近似规模测量、规模测量的变更、应用程序包计数等。因为GUI界面计数在规模测量中是一个难点,也是一个不能回避的环节,本标准对GUI界面的计数给出了非常详尽的解释说明,并结合具体实际的GUI规模计数案例。

功能点分析计数记录表格模板定义。为了进一步提高本标准的可操作性,在标准的附录部分提供了需求分析功能规模计数的表格模板,在实际项目中可以直接使用该表格模板进行功能需求分析和规模测量计数,有利于Mk II方法的操作实施。

3 与ISO/IEC 20968:2002 的主要差异

在本标准的编制过程中,召开了多次专家研讨会,并面向国内高等院校、IT企业及软件评测中心等单位广泛征求意见,使标准更加符合我国软件规模测量的实际情况,为企业更好地使用软件规模测量方法提供帮助。

在综合各方专家意见、研读国际相关标准文本及重要参考文献,并与国内相关标准进行比较分析的基础上,我们发现原ISO/IEC 20968:2002 内容过于庞杂,虽然对于Mk II方法的原则和测量步骤的定义清晰合理,但作为一份手册类的标准穿插其中的实际案例太多,使得标准的方法性提炼有所缺失,导致标准阐述核心方法论的文体结构略显混乱。

针对这一主要问题,标准起草组对原标准的结构进行了较大修改。重新编排后的标准内容更加突出重点、结构清晰。以Mk II方法核心的六大原则、八个步骤以及围绕逻辑事务组件开展规模测量计数的核心内容开始,重点突出,提纲挈领;这些核心内容的实际案例的详细阐述紧跟其后,使得抽象的理论阐述与实际规模测量活动相结合;理论框架和实例阐述通过合理编排与章节目录相对应,为开展规模分析计数工作的查阅和理解提供了便利,大大提升了本标准实施的可操作性。

本标准修改的主要差异如下:

(1) 为和我国同类标准名称一致,将原ISO/IEC20968:2002 的名称改为《软件工程功能规模测量Mk II功能点分析方法》。

(2) 原国际标准第7~9 章中将功能规模测量结果用于项目开发绩效评估的内容,由于并非功能规模测量的核心内容,因此未被纳入到所编制的行业标准中,并删除相关章节内容。

(3) 对原国际标准中的第4 章中Mk II功能点分析方法执行过程的详细描述进行了适应性的修改和方法性的概括和提炼,使其对Mk II功能点分析方法的执行过程更具有指导性。将原标准中附录I“技术复杂度调整系数”,以及第6 章“计算调整后的规模”的内容补充到调整后的第7 章中,并将原标准4.2 和4.3 两节合并为一节,使第7 章的子章节编号与第6章中给出的计数步骤一一对应,使标准内容结构更加清晰规整。

(4) 对于原国际标准中第5 章及附录II的内容,虽然不是功能测量方法的核心,但是因为对于Mk II功能点分析方法的执行具有很强的指导性,因此这些内容也进行了修改完善并纳入所编制的行业标准中。

(5)将原国际标准中关于Mk II功能点分析方法的适用范围等的说明,纳入所编制标准的范围部分进行了描述。

上述涉及的标准差异对照表见表1。

4结语

多功能测量篇5

一、工业测量系统的定向解算

工业测量系统的定向解算, 即是通过对定向观测值进行平差计算, 解算出各测站的空间位置及其姿态角 (称为测站参数) 。上述测站参数需要在一个统一的坐标系下来表述, 在工业测量系统中称该统一坐标系为“测量坐标系”, 其定义由软件设计人员自由定义或依据实际情况定义, 其X O Y平面一般为第一台仪器的度盘平面, 将其称为“水平面”, 它是否真正水平取决于第一台仪器是否严格水平。测站参数包括位置参数Xi, Yi, Zi和姿态参数Rxi, Ryi, Rzi, 实际上每一个测站形成了一个坐标系, 称“测站坐标系”, 一般定义为:原点为该台仪器的三轴中心, X轴正向为该仪器的零度盘方向在其度盘平面上的投影, Z轴为该仪器的竖轴方向, 向上为正向, 按右手规则确定Y轴。因此, 定向解算的目的实际上是求解各测站坐标系与测量坐标系的关系, 包括平移参数 (仪器位置参数) 和旋转参数 (姿态参数) 。旋转参数R xi, R yi反映了每台仪器度盘平面相对于“水平面”的倾斜状况。

二、补偿功能开或关与测站参数解算的关系

一般情况下通过脚螺旋整平仪器的办法不可能使仪器严格水平。由于仪器都带有电子补偿功能, 因此当仪器倾斜在一定范围内 (一般小于3′) 且打开了仪器的电子补偿功能时, 可以通过电子补偿得到仪器在水平状态下的水平角和垂直角, 此时相当于仪器是严格水平时测得的水平角和垂直角。

因此, 当打开各台仪器的电子补偿功能时, 认为仪器是严格水平的, 在定向解算过程中应固定旋转参数Rxi, Ryi为零, 也即强制仪器水平, 用带有条件的参数平差进行解算。相反关闭各台仪器的电子补偿功能时, 定向解算中则不应强制仪器水平。

当多台仪器中有部分仪器打开或关闭补偿功能时, 由前面测量坐标系X O Y平面的定义, 其他仪器是否“水平”实际上是相对于第一台仪器而言的, 因此第一台仪器补偿功能是否打开很重要。如果第一台仪器补偿功能打开, 也即第一台仪器严格水平, 则其他某台仪器补偿功能打开时, 解算中应强制该台仪器水平, 相反某台仪器补偿功能关闭时, 解算中应不强制该台仪器水平。如果第一台仪器补偿功能关闭, 也即第一台仪器未严格水平, 则无论其他某台仪器补偿功能是否打开, 解算中都不应强制该台仪器水平。

综上所述, 从定向解算是否要求强制仪器水平的角度来看, 如果要强制仪器水平, 则必须打开第一台仪器和所强制仪器的补偿功能。如果不要求强制仪器水平, 则建议关闭仪器的补偿功能, 仪器的倾斜参数可以通过定向观测和解算来准确求得。

三、不同测量条件下补偿功能的开或关

当仪器的补偿功能打开时, 经补偿改正后的角度

因此当补偿功能打开时, 角度测量误差除电子度盘传感器测量误差外, 还包含垂直轴倾斜测量误差, 尤其在俯仰角很大的情况下 (在工业测量中常常遇到) , 该项误差影响更明显;而补偿功能关闭时, 则不包含垂直轴倾斜测量误差。所以关闭补偿功能有利于提高角度测量精度 (当然此时的水平角和天顶距是以度盘平面为基准的, 不以水平面为基准) , 而仪器倾斜参数通过定向观测和解算求得。

在进行实际测量中, 如果测量环境较好, 如没有振动、没有较大环境条件变化, 在较长的测量时间内仪器处于稳定状态 (仪器倾斜姿态不发生变化) , 建议关闭仪器的补偿功能。但当测量条件较差, 如有振动或仪器不均匀受热等因素, 经过较长测量时间, 仪器的倾斜状态将会发生变化, 此时建议打开仪器的补偿功能, 可以通过电子补偿, 始终保持仪器的水平状态。

四、实验数据

我们在实验室内测量环境稳定的条件下进行了三组数据测试实验 (实验中采用三台仪器构成系统) 。第一组实验, 仪器未整平 (倾斜量约30秒) , 补偿功能关闭;第二组实验, 仪器未整平 (倾斜状态与第一组同) , 补偿功能打开;第三组实验, 仪器精确整平 (倾斜量小于2秒) , 补偿功能打开;三组实验中, 仪器未搬动位置。每组实验定向完成后, 分别测量了五个点 (三组实验中该五点完全相同) 和四个基准尺位置 (三组实验中该四个位置基本相同) , 表1、2为误差统计结果。表1分别对三组实验中所测量的五个点的点位误差进行统计。

从表1误差比较可以看出, 当补偿功能打开时, 无论仪器是否精确整平, 测量的点位误差相当, 而补偿功能关闭时, 点位误差略小于补偿功能打开的情况。因此, 在稳定的测量环境下, 关闭补偿功能有利于提高测量精度。

对于测量的四个基准尺位置, 每一个位置测量了基准尺的两个端点, 可以计算该两端点的空间距离, 同时基准尺长度是已知的, 表2列出了各组实验中, 计算的空间距离与已知基准尺长度的差值 (绝对值) , 该差值的大小一定程度上也反映了点测量误差。

上表2数据也表明, 补偿功能关闭时, 点测量精度较高。

综上所述, 当测量环境稳定的情况下, 关闭补偿功能有利于提高测量精度, 建议关闭仪器的补偿功能。而在不很稳定的测量条件下, 建议打开仪器的补偿功能, 可以始终保持仪器输出水平状态下的角度观测值。而在定向解算中, 需要正确处理好强制仪器水平与补偿功能开或关的关系, 从而保证高精度地获取测量结果。

参考文献

多功能测量篇6

在煤矿安全监测监控系统中, 为了实现对管道气体流量和管道负压等的监测, 压力检测是非常关键和必要的[1,2,3]。目前, 采用4-20m A电流信号传输在煤矿中应用具有很大优势, 电流信号抗干扰能力强, 能够远距离传输。因此, 文中采用了以1210为测压传感头、XTR105为信号调理电路, 设计了多通道压力测量系统, 同时为了方便其他传感器信号的传输, 设计中还加入了分站功能, 可以从外部引入频率信号, 对信号进行处理后显示并向上位机传输。该设计具有功能强, 电路设计简单, 成本低, 可靠性高, 易于实现的多种优点。

1 1210压力传感器和XTR105特性简介

权衡设计要求、成本、开发难易程度等各种因素, 最后选取美国MEAS的1210压力传感器作为压力探头, 选用XTR105实现电压电流信号转换。本设计中需要测量三种压力信号, 分别为:0~10k Pa的差压信号, -100~0k Pa的负压信号, 0~200k Pa的绝压信号。为此选用了三种1210传感器, 分别为:1210A-002D-3S, 1210A-015D-3S, 1210A-030A-3S。

XTR105是一片拥有两路精确电流源的4~20m A双线电流转换器, 它为测量放大器和单片集成电路上的电流输出电路提供完整的电流激励[4]。

2 系统设计

在参考了1210和XTR105数据手册的基础上[5,8], 借助典型电路, 综合设计要求, 讨论并设计了带有电源反电压保护的基于XTR105的变送电路, 及由LPC1227控制AD7705进行A/D转换与液晶显示的多通道压力测量系统。因此, 整个电路可分成测量变送电路、A/D转换电路、频率输入隔离电路、数据通信电路、单片机控制电路和显示电路6个模块。系统结构图如图1所示。

2.1 测量变送模块

系统中测量变送模块有三个, 电路基本一致。文中仅列出差压部分电路如图2所示, 该模块主要功能是将压力信号转换为4~20m A电流信号。压力传感器首先将采集到的压力信号转换为0~100m V的电压信号, 然后通过运放AD8572将该电压信号放大, 输入到XTR105将该电压信号转换为电流信号。为了达到精度要求在XTR105外围电路中接入了三极管TIP3055, 以将外部电源电流与消耗严格地分开, 从而降低XTR105的内部功耗及发热, 减少热漂移以提高电路性能[6,7]。该模块正常工作之前需要进行调零和进行放大倍数的调整。在差压为零时调整变阻器R33的阻值大小, 使OUT输出为4m A;调整输入差压为10k Pa时, 调整变阻器R20的阻值大小, 使OUT输出为20m A。绝压和负压的调整与差压调整类似, 此处不进行详述。调整之后系统就会根据压力值的不同而输出4~20m A电流信号。

(1) 本设计的变送模块4~20m A电流输出主要由R33调0电阻和R20调满度电阻决定, 输入输出关系如下式:

Io=4m A+VIN (40/R20)

式中VIN为VIN+和VIN-两端的输入电压。R20为XTR105的接入电阻。

(2) Rz调零电阻:本设计RZ=R33+R35, 通过测量它与压力传感器之间的电位差进行调零, RZ为压力传感器下限电阻值大小, 调节RZ使XTR105在常温下, 压力传感器在压力为零时输出4m A。经测量此电阻值约为80。

(3) RZ调满度电阻:本设计RZ=R20, 该电阻是用来设置增益, 根据压力传感器的数值大小设置器件的放大增益。计算得出的值约为70欧姆。

(4) D1, D2, D3, D4为二极管, 可避免电源反接而造成的破坏, 反接时会产生1.4V的电压而对电路起到保护作用。C7, C11, C12起到消噪作用[8,9,10]。

2.2 A/D转换与控制模块

本设计采用LPC1227作为主控芯片, 采用16位AD芯片AD7705。由于AD7705只有两个通道所以在设计时还需要占用主控芯片本身的1个AD转换通道, AD转换的具体分配为, 10k Pa的差压占用AD7705的通道1, 管道负压占用AD7705的通道2.本设计对绝压的精度要求不是特别高, 所以绝压占用了主控芯片的1路AD。本设计把A/D转换处理得到的数据, 由LPC1227控制最终在液晶屏上显示三个压力值。AD7705与主控制芯片LPC1227的连接图如图3所示。

针对本设计中遇到问题, 在使用AD7705时需要注意以下几个问题[11,12,13]。

(1) 时序注意要点:数字接口迷失的时候可以通过ADIN输入持续32个脉冲周期 (DCLK) 以上的高电平将复位AD7705的数字接口, 复位之后要等待500us以上才能访问AD7705芯片, 否则AD7705会出现端口迷失。

(2) 初始化:如果AD7705复位引脚直连VCC, 最好在初始化程序中加入初始化序列, 不然ready信号不会输出。

(3) 输入范围:如果AD7705采集单端信号, 则输入必须在0到VDD之间, 而不可以超出或为负, 如果一个输入为负, 则另一个输入会有灌入电流的现象, 芯片无法正常运行。

(4) 布局布线:数字地与模拟地的隔离, 走线和走线长短一定要保证, 否则容易出现转换结果的偏差。

2.3 显示电路

显示电路有PCF8566液晶驱动模块和LCD屏组成, 主控芯片通过I2C总线形式控制液晶驱动模块, 来实现数据的显示功能。电路如图4所示。

2.4 频率输入及隔离电路

外部频率输入电路如图5所示。频率输入范围200-1000Hz, 峰峰值8V。输入的频率信号通过光耦隔离后传给主控芯片, 通过主控芯片的捕获功能来实现频率信号的采集。

2.5 数据通信电路

主控芯片与上位机的数据交换通过RS485总线来实现。电平转换芯片采用MAX3082.具体电路如图6所示。

3 实验结果分析

3.1 压力数据采集测试

本实验采用如图4所示的压力产生装置, 产生不同的负压和绝压;利用图5产生微差压。负压表量程为-0.1~0MPa, 精度等级为0.25级;正压表量程为0~0.25MPa, 精度等级为0.5;差压表量程为0~40k Pa, 精度等级为0.25级。通过本系统测量压力值。实验结果如表1所示。由表1可以得出, 该测量系统的误差在±1% (F.S) 以内, 精度较高, 可以适用于精度要求高测量不同类型压力的场合。

3.2 频率数据采集测试

本文采用数字信号发生器来模拟频率信号, 产生200-1000Hz的方波, 输入到系统中, 分别模拟0-10%的瓦斯浓度和0-1000ppm的一氧化碳浓度。由测量结果可以看出浓度数据的精度在±1% (F.S) 以内, 精度符合设计要求。

4 结论

多功能测量篇7

随着南方电网的飞速发展, 信息系统逐步实行网省两级集中部署、网省地县多级应用的模式, 对高速宽带、安全可靠、全方位覆盖的综合数据网支撑平台提出了较高的要求。然而, 网省地三级综合数据网监控系统分散、孤立, 若出现地区供电局用户访问公司总部数据中心的综合数据网通道故障, 将涉及网、省、地三级通信运行技术人员协调处理, 现有网络监控与故障分析手段无法适应信息业务的全新应用模式。因此, 需要开发一种具有故障分析功能, 并面向信息业务网省两级集中部署、多级应用模式的网络测量系统。

目前, 业界对数据网络运行状态的评估主要是通过设备厂家提供的简单网络管理协议 (Simple Network Management Protocol, SNMP) 接口实现[1]。但是通过SNMP接口采集的网络状态信息无法了解到用户对各个业务的实际使用情况, 并存在实时性不强、不能快速发现故障、不能反映出数据业务的运行状态、无法准确定位故障、无法测量端到端的服务质量等缺点。网络测量技术可以作为监控、理解和认识网络行为表现和性能特征的重要手段, 不仅可以对影响网络的性能指标 (如时延、丢包率以及错误率) 进行监测[2], 同时还可在此基础上分析用户对业务的使用情况, 进而为优化和规划网络以提高网络的服务质量提供依据[3,4]。

传统的网络测量系统大多数是针对单协议进行测量, 仅能显示最终测量结果, 缺少对中间测试过程的分析, 无法进行故障定位。本次开发的网络测量系统可支持多协议关联测量, 通过模拟真实用户的访问流程, 解析出用户访问中的协议交互过程, 如访问一个Web网页所产生的流程有域名系统 (Domain Name System, DNS) 查询、TCP的连接、HTTP请求等, 系统会根据每次协议交互环节分析出时延、访问状态和失败原因等, 及时反映网络质量和快速进行故障定位。

1 网络测量技术原理

网络测量技术按照是否发送报文进行分类, 可分为被动测量技术和主动测量技术[5]。被动测量不发送报文, 而是根据具体情况选取正在通信的报文作为承载报文, 即在正常的通信过程中实现了网络时延的测量, 其原理是通过捕获承载报文的信息, 被动地实现网络时延的测量。主动测量是主动发送承载报文, 根据返回的反馈报文推断网络对这些数据包状态的影响, 由此获得网络的状态信息。被动测量难以了解端到端的性能, 也难以获取全局性能视图, 并且测量时需要多方的协作, 因此测量范围受限。此外, 被动测量实现复杂度较高, 并且需要查看用户数据包, 给用户信息的保密和安全带来一定威胁。考虑到电网业务的安全性和可靠性, 采用主动测量技术进行系统的开发。

主动测量技术又分为网络层测量和应用层测量, 网络层测量是通过向目标服务器、网络设备、PC客户端等设备发送Internet控制报文协议 (Internet Control Message Protocol, ICMP) 报文, 从而达到了解网络层时延、丢包率等指标的目的。应用层测量是通过模拟终端与目标服务器业务交互流程, 对业务系统状态进行测试和评估。

2 系统功能与系统软件结构设计

2.1 系统功能

本次开发的具有故障分析功能的网络测量系统具有支持网络层测量和业务层网络测量、支持对丢包率、时延、抖动等指标进行分析及告警、支持对网络测量结果进行趋势分析、提供北向接口将分析数据和告警发送给第三方管理系统等功能。结合网络层测量和应用层测量结果可以了解被测网络和业务性能, 并完成故障的定位和排查。系统功能如下:基于网络层测量包括传输时延测试、丢包率测试、路由逐跳显示、故障节点分析等功能;基于应用层测量包括TCP、HTTP、DNS、文件传输协议 (File Transfer Protocol, FTP) 、SMTP等协议的交互时延、响应失败率及失败原因分析等功能。

2.2 系统软件结构设计

系统软件结构如图1所示。

系统由测量服务端和测量客户端组成, 管理员通过访问入口进入测量服务端程序, 通过任务配置模块进行详细测量任务的配置, 任务配置完成后转发给管理测试模块。管理测试模块根据测量客户端的标识实现任务下发, 测量客户端程序根据下发任务分配给网络层和应用层测量模块, 并将其测量数据包转发给协议分析模块。协议分析模块将分析的结果值上传至数据存储模块, 故障告警模块读取存储的结果值实现告警阈值检测。故障告警模块和数据存储模块可提供对外访问接口。

3 系统架构

3.1 系统组成

主动网络测量系统通过采集数据网的性能指标, 综合分析评估网络感知质量, 从而为宽带互联网的高效运行维护提供有力数据依据, 形成统一的感知监测平台。本系统采用的组件包括网络测量管理服务器和网络测量客户端。

南方电网综合数据网分为网、省、地3级架构。考虑到南网通信网络结构和管理现状, 网络测量系统的服务器接入南网主干综合数据网管理平台, 南网主干综合数据网、省级综合数据网和地区级综合数据网的远程网络测量点部署网络测量客户端。网络测量客户端定期上传测量结果至服务器, 管理服务器对网络测量数据实时处理和呈现。系统网络结构示意如图2所示。

南方电网综合数据网业务主要包括财务管理系统、人力资源管理、办公自动化 (OA) 、企业网站等业务, 分别归属不同的业务虚拟专用网络 (Virtual Private Network, VPN) 。网络测量客户端可以同时连接到网、省、地三级综合数据网的不同VPN中访问相应的服务器系统。该网络测量客户端的测试端口对应各个VPN分别配置网口, 其管理端口则连接到全局路由中, 以实现测试数据传递至服务器。

3.2 网络层故障分析网络测量流程

网络层故障分析通过测量数据包访问目标所采取的路径, 利用IP生存时间字段和ICMP错误消息自动分析从网络中源节点至目标节点的路由上的故障节点, 并将结果发送给数据库服务器。

网络测量系统可以设置测试任务, 定时向目标进行ICMP测试。当网络出现异常时, 启用故障分析流程, 主动定位故障并发出告警。详细分析流程如下。

1) 网络测量客户端向应用服务器发起ICMP请求时, 在固定请求次数内, 网络测量对象没有响应时, 网络测量客户端初步判断网络不可达, 将进入下一个测试流程。

2) 网络测量客户端向应用服务器发起traceroute命令, 网络测量客户端会对每一跳路由进行ICMP请求, 当某一段路由无响应时, 将该段路由的IP提示出来, 并发出告警。

3) 应用服务器通过故障分析进程对数据库中的数据进行深度分析, 并将结果输出至显示界面, 实现对网络层故障的分析。

故障分析网络层测量流程如图3所示。

网络层测量结果如图4所示, 网络层拨测目的节点IP地址为11.2.2.10, 当网络层测量失败时, 故障分析进程定位到最后一跳可达IP地址为11.2.2.1, 测量服务端程序的故障告警模块分析异常后主动发出告警。

3.3 应用层故障分析网络测量流程

应用层交互过程一般分为3个阶段。首先客户端通过DNS服务器将URL中的域名解析为IP地址, 获得IP地址后需要通过与系统服务器的3次握手建立TCP连接, 当建立TCP连接后客户端向系统服务器发出HTTP请求, Web服务器收到HTTP请求后, 会回应一个HTTP应答, 完成应用层的交互。通过采集每个阶段的网络测量时延等指标, 并将网络测量结果发送给数据库服务器, 可以分析应用层的故障原因。故障分析应用层测量流程如图5所示。

故障分析应用层测量分析包括以下过程。

1) 网络测量客户端向DNS服务器查询目标域名对应的IP地址, 并判断是否查询成功。如果查询失败, 将失败原因上送至数据库服务器;如果查询成功, 将时延数据上送至数据库服务器, 并进入下一过程。

2) 网络测量客户端向目标业务主机发起TCP连接, 并判断是否连接成功。如果连接失败, 将失败原因上送至数据库服务器;如果连接成功, 将时延数据上送至数据库服务器, 并进入下一过程。

3) 网络测量客户端向目标业务主机发起HTTP请求, 并判断是否请求成功。如果请求失败, 将失败原因上送至数据库服务器;如果请求成功, 将时延数据上送至数据库服务器。

4) 应用服务器通过故障分析进程对数据库中的数据进行深度分析, 并将结果输出至显示界面, 实现对应用层故障的分析。

应用层测量结果如图6所示, 应用层拨测目的地址为www.c.test.com, 当应用层测量失败时, 可以获得DNS, TCP, HTTP的状态, 故障告警模块分析故障环节及相关错误原因, 主动发出告警。

4 结语

当该网络测量系统完成部署实施后, 可以实时掌握网络运行质量和评估业务的端到端质量, 实现对网络和业务系统故障的分析, 为大规模多层复杂数据网络的运维管理和故障分析处理提供了有效手段。此外, 网络测量服务器可以将数据和告警信息传送到第三方管理平台, 实现与其他流量数据源的信息关联和管理。

参考文献

[1]周福伟, 武文忠, 段海新, 等.基于校园网的网络测量系统设计与实现[J].微型机与应用, 2010 (10) :77–79.

[2]黎文伟, 王俊峰, 谢高岗, 等.基于包对采样的IP网络时延变化测量方法[J].计算机研究与发展, 2004, 41 (3) :1353–1360.

[3]林宇, 程时端, 邬海涛, 等.IP网端到端性能测量技术研究的进展[J].电子学报, 2003, 31 (8) :1227–1233.LIN Yu, CHENG Shi-duan, WU Hai-tao, et al.The achievement of end-to-end performance measurement technologies in IP networks[J].ACTA Electronica Sinica, 2003, 31 (8) :1227–1233.

[4]杨峰, 杨萃元, 王恺, 等.基于TCP/IP的网络带宽测量方法及工具[J].计算机工程, 2003, 29 (18) :43–45.YANG Feng, YANG Xin-yuan, WANG Kai, et al.TCP/IP-based network bandwidth measurement methodology and tool[J].Computer Engineering, 2003, 29 (18) :43–45.

多功能测量篇8

容栅传感器具有结构简单、体积小、造价低、功耗低、适应力强、精度高等优点。但传统的容栅传感器构成的数显卡尺只能通过液晶屏读取数据, 而通过人工读取数据速度较慢, 而且测量的数据不便保存和处理。笔者将容栅传感器的输出信号通过接口电路送入单片机处理, 将单片机处理后得到的数据通过串口发送到蓝牙模块, 再通过蓝牙模块发射到电脑或手机等蓝牙接收端, 以此构成容栅传感器智能测量系统。此系统可以进行自动测量, 方便的实时观察测量数据, 对数据进行加工和处理, 并可方便的保存在手机、电脑、平板电脑等智能终端机上。既保证了容栅测量系统体积小、重量轻、携带方便的优点, 又使扩展了容栅测量系统的功能。

1. 容栅传感器

1.1 容栅传感器的结构和工作原理

容栅传感器由定尺和动尺组成, 在定尺和动尺上分别印有金属栅状极片。动尺和定尺的栅极相对放置, 中间填充电解质, 形成了多组并联的电容, 也即容栅, 容栅数显卡尺的定尺和动尺的结构如图1所示。

在发射极加上频率和相位程周期变化的激励电压时, 根据电容原理, 在反射极上会感应相同的电压。当动栅移动时, 反射极上会产生随位移变化的感应信号, 接受极上也会产生随反射极变化而变化的感应信号, 这一信号经过处理, 就可以得到动尺的位移变化量。

1.2 容栅传感器的输出信号分析

容栅传感器有4个接口, 分别是电源、地、同步时钟信号及数据信号。传感器输出信号有快速和慢速两种形式, 快速输出时输出周期为20ms, 慢速输出时周期为250ms。每个输出周期中输出的测量数据有2组, 第一组送出的数据DATA1为基准零位数据, 第二组送出的数据DATA2是相对零位数据, 数据为23位。高电平为0 V, 低电平为-1.5 V。容栅传感器输出信号波形如图2所示。2 4 b it为一帧数据, 采用二进制编码, 低位在前, 高位在后, 最后一位为符号位。该数据乘以0.00248, 即可得到以mm为单位的实际测量长度。

容栅传感器输出的信号采用了非标准同步串行通信协议, 在连接单片机时需要进行电平转换。

2. 接口电路硬件

51单片机采用TTL电平, 而容栅传感器输出电平为1.5 V, 需要进行电平转换。

本系统采用了LM393比较器来实现此功能如图3所示, 转换电平能够通过电位器方便的调节。容栅传感器输出的C L K和DATA信号分别加入LM3 9 3两个比较器的输入;基准电压取1 V。由比较器的工作特性可知:当输入信号电压<基准电压, 输出端为低电平;当输入信号电压>基准电压, 输出端为高电平, 约为5 V。通过此方式即完成了输入信号的电平转换。

转换后的CLK信号送至51单片机的中断口INT1, 转换后的DATA信号送至74HC164的B端, 经过74HC164进行串并转换, 转换后的8路并行数据经锁存器74HC573送至单片机的P1.0至P 1.7端。

蓝牙模块选用HC-60模块, 该模块采用CSR主流蓝牙芯片, 蓝牙V2.0协议标准。串口模块工作电压3.3V, 波特率为1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200用户可设置。工作电流:配对中20~30mA, 配对后8mA。可以与蓝牙笔记本电脑、智能手机、PD A等设备进行无线连接。

该模块的1脚, UART_TXD, 为TTL/CMOS电平, 串口发送脚;2脚UART_RXD, 为TTL/COMS电平, 串口接收脚;1 1脚复位引脚, 为低电平复位, 可以悬空;1 2脚V C C, 典型值3.3 V, 可以工作于3.1~4.2 V之间, 由于与单片机的供电电压+5 V不同, 所以需要进行电平转换;1 3脚, 2 2脚为接地。

3.软件系统

该系统主程序如图4所示为分为初始化, 中断服务, 数据转换, 数据传送及部分。中断服务程序采用单片机C0计数, 满8位打开锁存器, P0口读取数据, 关闭锁存器。重复3遍后读到24bit数据, 计数器采用常数自动载入的方式计数。程序的编写中要注意:读取数据后到重新计数时间不能超过1个卡尺的CLK时间。卡尺是3字节原码输出, 因此要将其转换为8421码。转换后的数据必须再和常数0.00248相乘才是实际显示的数字。得到的结果以非压缩8 42 1码形式存放在指定的寄存器中, 供后续显示子程序读取。

4. 结语

笔者介绍了一套通过单片机采集容栅传感器数据并通过蓝牙发送到接收端的系统。利用该系统结合蓝牙接收端的程序, 可以对测量结果进行实时显示和自动保存。该系统扩展了容栅传感器的应用范围。本系统结构简单, 成本低廉, 运行稳定, 具有一定的实用价值和广泛的应用前景。

参考文献

[1]杨绍鹏.容栅尺和单片机的接口研究[J].计量与测试技术, 2009, 36～12

[2]李玲.容栅数显尺与智能手机的无线连接[J].工具技术, 2009, 43

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