基于虛擬儀器的電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　1.前吾

　　近年來隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種電器設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電磁輻射作為一個(gè)重要的干擾和污染因素已越來越引起人們的高度重視，研究表明電磁輻射不但對(duì)人們的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生影響而且嚴(yán)重地危害了人們的健康。為了有效地防治電磁輻射帶來的危害，促進(jìn)生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行，就必須對(duì)可能產(chǎn)生電磁污染一些主要的上作崗位、生產(chǎn)生活場所進(jìn)行電磁輻射監(jiān)測(cè)，以便能即時(shí)了解這些場所的污染情況并作出及時(shí)處理，為查找輻射污染源，提出防止輻射污染的有效措施提供較為可靠的事實(shí)依據(jù)。

　　由于電磁輻射監(jiān)測(cè)多為長時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所以要求監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有靈活可靠、開發(fā)周期短易維護(hù)、更重要的是測(cè)試的實(shí)時(shí)性高，且擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能以便對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理。基于此我們開發(fā)了一套基于虛擬儀器的電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器相比，該系統(tǒng)在智能化、靈活性、可拓展性、性價(jià)比、實(shí)用性等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　2.電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及其功能

　　電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過可轉(zhuǎn)換的天線組和監(jiān)測(cè)接收機(jī)能夠在控制中心對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的O一3GH z頻段進(jìn)行無線電信號(hào)的識(shí)別、監(jiān)聽、測(cè)量和相關(guān)數(shù)據(jù)處理。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要作用就是對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地進(jìn)行搜索、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、分析、定位，按照監(jiān)測(cè)人員預(yù)先設(shè)定，實(shí)時(shí)給出所測(cè)電磁輻射情況的監(jiān)測(cè)報(bào)告。同時(shí)，通過對(duì)無線電臺(tái)站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還能為無線電頻率的科學(xué)規(guī)劃和指配提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

　　電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由一套覆蓋O一3GHz的天線組通過程控天線轉(zhuǎn)換裝置與測(cè)控計(jì)算機(jī)以及ESMB接收機(jī)等連接在一起的測(cè)試系統(tǒng)。本系統(tǒng)的硬件主要包括：測(cè)控計(jì)算機(jī)，GPIB接口卡及連接電纜、。RS-232網(wǎng)卡及網(wǎng)線、RS-232GPIB轉(zhuǎn)換器、ESMB接收機(jī)、測(cè)試天線、天線切換器、打印機(jī)等組成。

　　其結(jié)構(gòu)圖1所示。

　　2.1 測(cè)量接收機(jī)

　　ESMB是監(jiān)測(cè)與測(cè)試接收機(jī)，可廣泛地應(yīng)用于符合ITU-R建議的無線電監(jiān)測(cè)、無線電調(diào)研和信號(hào)偵測(cè)任務(wù)。ESMB設(shè)計(jì)緊湊、機(jī)體堅(jiān)固、重量輕，是固定站和移動(dòng)站的通用設(shè)備。

　　(1)頻率和頻偏的測(cè)量

　　(2)場強(qiáng)的測(cè)量

　　(3)調(diào)制度的測(cè)量

　　(4)頻譜占用度的測(cè)量

　　(5)帶寬的測(cè)量

　　(6)解調(diào)、監(jiān)聽發(fā)射機(jī)的音頻信號(hào)(CW，AM，SSB和FM);

　　(7)信號(hào)識(shí)別

　　2.2 測(cè)試天線

　　由于所要測(cè)量的頻率范圍為H z至3GH z，本設(shè)計(jì)采用了不同型號(hào)的四種天線，其測(cè)量范圍分別為， 環(huán)天線100H z～30MH z， 雙錐天線20-300MHz，對(duì)數(shù)周期天線200MHz～1.3GHz和喇叭天線1.3GHz一3GHz，可以覆蓋整個(gè)測(cè)試頻段。

　　2.3 天線切換裝置

　　在電磁輻射監(jiān)測(cè)過程中，由于系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)Hz至3GHz全頻段不斷掃描，因此測(cè)量天線和EMI接收機(jī)之間接入需用GPIB控制的天線切換裝置對(duì)接收天線的輸入信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)切換。在選擇天線切換裝置時(shí)，要考慮天線切換裝置所適用的頻率范圍和裝置所能，承受的功率。另外在接收天線和天線切換裝置之間添加一個(gè)適當(dāng)增益的放大器以避免輻射電平在連接線纜中因衰減過大而淹沒在噪聲電平造成測(cè)量的誤差。

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　　2.4 控制總線

　　總線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的關(guān)鍵。目前較常用的總線形式有GPIB總線，VXI總線，PXI，以及目前發(fā)展迅速的LXI總線，其中GPIB總線接口是目前最常用、最成熟的智能儀器的接口，其結(jié)構(gòu)和命令都較簡單，適合于精度要求高，但對(duì)傳輸速率要求不高的場合，因此在控制總線設(shè)計(jì)上采用GPIB總線結(jié)構(gòu)組建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　2.5 測(cè)控計(jì)算機(jī)

　　在本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中測(cè)控計(jì)算機(jī)起著主導(dǎo)作用，它一方面通過GPIB總線控制測(cè)試的整體進(jìn)程，控制測(cè)量設(shè)備按監(jiān)測(cè)人員設(shè)定的步驟運(yùn)行，另一方面對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，并將其顯示在軟件的揲作界面上。

　　3.電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件

　　電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件基丁VB的程序開發(fā)語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟什總體分為監(jiān)測(cè)界面模塊、電磁輻射數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、儀器驅(qū)動(dòng)四大模塊。軟件的流程圖如下圖2所示：

　　3.1 監(jiān)測(cè)界面模塊

　　本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的界而模塊主要由VB編輯設(shè)計(jì)，其要有讓監(jiān)測(cè)人員選定監(jiān)測(cè)頻段、極限值等監(jiān)測(cè)參數(shù)的功能，開具備簡單的圖形顯示和數(shù)據(jù)處理，最后還要有查看分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及預(yù)覽和打印檢測(cè)報(bào)告等功能。在圖形顯示方面我們選用NI公司的用于虛擬儀器設(shè)計(jì)的XYGraph控件(如下圖示)，此控件能出色的完成數(shù)據(jù)圖形特別是波形的顯示和操作。

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　　3.2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊

　　設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊以面向?qū)ο蟮腣isua1 Basic作為程序設(shè)計(jì)語言，利用Windows的DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫)技術(shù)，通過不同的IEEE488接口功能調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)接收機(jī)和天線切換裝置的控制。本系統(tǒng)所用N1488.2提供的支持VB的動(dòng)態(tài)連接庫函數(shù)為gpib-32.d11，然后在VB輻射下將gpib-32.dll庫裝入應(yīng)用程序。

　　支持VB編程語言的常見功能函數(shù)有：

　　ibfind：查找gpib卡 ibdev：查找連接在gpib卡

　　上的設(shè)備

　　ibsta：查詢狀態(tài)字，主要用來察看錯(cuò)誤信息。

　　ibclr：設(shè)備清零

　　ibwrt：向設(shè)備中寫入字符串，來控制儀表動(dòng)作

　　ibrd：從設(shè)備中讀出字符串，一般用來獲取儀表讀數(shù)

　　在VB下使用DLL函數(shù)時(shí)，首先要在全局模塊(擴(kuò)展名為BAS)中用Declare語句聲明要使用的函，其次還要熟悉被控設(shè)備的程控指令，在編寫控制代碼時(shí)需要將程控指令寫成字符形式。以下為示例程序

　　Ca 11 ibdev(0，3一設(shè)備地址，0，1 3，l，0，dev一變量)打開儀表設(shè)備

　　Ca ll ibc1r(dev)’設(shè)備清零

　　str="CF 14MH z" 。被控設(shè)備的程控指令

　　Ca11 ibwrt(dev，str)’向儀表設(shè)備中寫命令

　　Ca11 ibrd(d e v，st r) ’從儀表設(shè)備中讀數(shù)

　　在設(shè)計(jì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)還須注意，對(duì)測(cè)量接收機(jī)與天線轉(zhuǎn)化裝置的控制以GPIB地址區(qū)分開來，盡量做到同步進(jìn)行，對(duì)測(cè)量接收機(jī)采集數(shù)據(jù)的讀取要放到最后進(jìn)行，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

　　3.3 數(shù)據(jù)處理模塊

　　根據(jù)測(cè)量天線、測(cè)試電纜在不同頻率的不同表現(xiàn)以及放大器的增益，在系統(tǒng)軟件的測(cè)試數(shù)據(jù)處理過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)接收機(jī)讀數(shù)進(jìn)行處理，實(shí)際電磁輻射的功率為各項(xiàng)疊加之和，為;

　　S=R—Ga+Lc十AF

　　其中S為實(shí)際接收到的電磁輻射的功率dBm，R為接收機(jī)讀數(shù)dBm，Ga為放大器增益dB，Lc為測(cè)試線纜損耗dB，AF為天線因子m-1。

　　在進(jìn)行電磁輻射監(jiān)測(cè)時(shí)，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理得出實(shí)際電磁輻射數(shù)據(jù)，先將此數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲(chǔ)的極限值數(shù)據(jù)相對(duì)比，如果所測(cè)數(shù)據(jù)超過極限值，軟件自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警程序。熱后將此數(shù)據(jù)中某一頻點(diǎn)輻射數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的對(duì)應(yīng)的背景數(shù)據(jù)對(duì)比，若屬于背景信號(hào)，則自動(dòng)比較下一頻點(diǎn)，若屬于新信號(hào)則查找新信號(hào)庫中是否有這一頻點(diǎn)信息，有則在記錄中更新此信號(hào)掃描信息，如沒有則生成新的信號(hào)記錄。

　　3.4 數(shù)據(jù)庫模塊

　　電磁輻射的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)將會(huì)產(chǎn)生大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最終處理直接影響到最終的監(jiān)測(cè)效果。同時(shí)在設(shè)計(jì)上考慮到系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的拓展功能，即用戶通過客戶端遠(yuǎn)程訪問監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，這些在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫模塊都應(yīng)給予充分考慮。

　　測(cè)試系統(tǒng)使用Acess 2000的*.mdb文件形式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)程序使用VB的ADO技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，ADO的中文含義是ACTIVE X數(shù)據(jù)對(duì)象，是以ACTIVEx技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)存取方法#集中了RDO和ADO的優(yōu)點(diǎn)，是專門為開發(fā)Client/server應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)的.它使得客戶端應(yīng)用程序能夠通過任何OLE DB提供者來訪問和操作數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。與OLE數(shù)據(jù)庫提供的底層訪問方法相比ADO提供了更為高級(jí)的訪問機(jī)制。還由于ADO是基于組件對(duì)象模型COM的訪問技術(shù).所以用ADO產(chǎn)生的應(yīng)用程序占用內(nèi)存少，因此，是目前數(shù)據(jù)存取的主要發(fā)展方向.

　　PubliCrS AS New ADODB.Recordset1定義rs為Recordset對(duì)象

　　Publiccn AS New ADODR.Connection’一定義cn為Connection對(duì)象

　　cn.ConnectionString=”provider=microsoft.jet.01edb.4.0;Per_siSt securitY info=false;data source=“主表路徑”’建立數(shù)據(jù)連接

　　Cn.Open’建立數(shù)據(jù)

　　SQL="Select*from主表名"

　　rs.CursorLocation=adUseClient’定義訪問類型

　　rs.Open SQL，cn，adOpenKeyset，adLOCkPessimistiC’打開數(shù)據(jù)表

　　rs.movefirSt

　　rs.AddNEW’添加一條記錄

　　rs.Fie1dS(“字段名”)=value’給當(dāng)前記錄的字段賦值

　　rs.Updata’記錄更新

　　注意到在對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理中還將涉及到數(shù)據(jù)查詢功能，因此在數(shù)據(jù)庫的操作中需要用到SQL語言中的查詢以及模糊查詢?nèi)纾骸眘elect*from主表名where字段=查詢值(或字段like查詢值)”。

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　　4.總結(jié)

　　本電磁輻射自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過軟、硬件系統(tǒng)開發(fā)和集成，使用動(dòng)態(tài)連接庫實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀器的摔制，實(shí)際測(cè)試結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求;軟件操作簡便，簡化了測(cè)試人員的工作程序，降低了工作強(qiáng)度;運(yùn)用此系統(tǒng)可以建立電磁輻射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，有利于存儲(chǔ)、查詢和處理;本測(cè)試系統(tǒng)基于VB語言的開發(fā)以及模塊化的設(shè)計(jì)思路，更便丁日后的系統(tǒng)維護(hù)。隨著電磁輻射的不斷惡化以及人們對(duì)電磁輻射的要求不斷提高，本測(cè)試系統(tǒng)將在以后實(shí)踐中擁有更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。