基于VEE与Nport的控温仪状态参数远程监控系统设计

张景川，谢吉慧，朱 熙，马 昆，裴一飞

（北京卫星环境工程研究所，北京 100094）

0 引言

航天器真空热试验是航天器研制过程中耗资最大且必不可少的试验项目。温度测量与控制技术是航天器真空热试验中的关键技术，其测控速度与精度直接影响航天器热设计的正确性和星上仪器设备考核的正确性[1-3]。控温仪作为重要控温设备被广泛应用在航天器真空热试验过程中。

现阶段在真空热环境试验研究室中，控温仪受楼宇建设、电气走线、网络布线、空间环境模拟器布放影响分散于各个房间且与真空热试验总控间分离（处于不同楼层）。航天器真空热试验过程中，试验人员需要穿梭于不同房间进行手动记录并设定控温仪状态参数（当前温度、设定控温阈值），如何对控温仪进行统一管理，在总控间实现对仪器状态参数的远程自动监控，成为真空热试验亟需解决的问题。

为了减轻试验人员劳动强度，特别是在夜间手动记录与设定控温仪状态参数的辛苦程度，避免人为操作失误导致的数据失真与控温风险，本文基于VEE图形化编程语言与Nport串口服务器，设计了控温仪状态参数远程监控系统，实现了控温仪状态参数的远程读取、曲线表示及自动保存，试验人员在总控间即可对控温仪控温阈值进行远程设定，极大地降低了试验人员的工作量，有利于数据管理和维护，提高了真空热试验的测控速度与精度。

1 组网方案

系统的硬件构成决定了网络的拓扑结构，也是软件实现的硬件基础。控温系统的仪器设备为SHIMADEN公司的SR-23控温仪、MOXA公司的Nport-5610串口服务器、Cisco交换机、监控主机和主/备服务器。

SR-23控温仪提供RS-232串口与计算机通信。但这种传统的串口方式只能实现设备与计算机的点对点通信，而且数据的传输距离较短（电线长度小于15 m）。为了解决RS-232传输距离受限与无法实现单机多路RS-232串口通信的问题，同时充分利用实验室现有的网络布线，本文采用 MOXA公司的 Nport-5610串口服务器作为通信协议转换模块进行组网。系统网络拓扑结构见图1。

Nport-5610串口服务器在结构上设有两类通信端口：一类是标准的RS-232串行端口，端口数为8个，远程的控温仪通过串行控制总线接入此类端口；另一类是RJ45以太网口，串口服务器通过STP网线接入交换机[4-5]。Nport-5610将RS-232协议转换为TCP/IP协议，让8路RS-232串口设备立即成为具备网络接口的组网仪器，与监控主机和主/备服务器组成星形局域网，实现控温仪状态参数的远程数据采集、存储及实时监视。

图1 系统网络拓扑结构Fig. 1 The network topology of system

2 软件设计

控温仪状态参数远程监控系统是综合利用计算机技术、网络技术和图形化编程技术的人机交互系统，该系统有自动采集当前温度数据、存储管理温度数据、图形化显示温度数据及远程设定控温阈值等功能。

软件是测控系统的核心，也是测控系统成败的关键。系统采用了软件分层结构设计，逐层调用，保证了数据传输和接收的可靠性，方便程序编写者对程序进行结构管理，并使软件具有可查性。根据实现功能的不同，系统软件分为管理层、执行层和接口层3个层次（见图2）。

1）管理层履行系统的管理功能，主要包括任务调度、总线通信、故障报警等。

2）执行层执行管理层决策，主要功能为确保采集数据的正确解析和完整存储，确保写入数据的正确输出操作。

3）接口层提供一些关于Nport-5610与控温仪硬件初始化设置、驱动以及输入/输出的接口函数，包括所有硬件的底层驱动和初始化设定。

图2 系统软件分层模型Fig. 2 The layering model of system software

系统通过功能需求分析与合理的软件架构设计大大减少了开发的时间，提高了效率，保证了程序的健壮性。图3为系统的基本软件流程图。

图3 系统软件流程图Fig. 3 The flow chart of system software

本文利用AGILENT公司的VEE图形化编程语言开发了系统软件。VEE是基于图形式开发、调试和运行程序的集成化环境，其基本编程单元是一系列的功能控件，这些功能控件可以在VEE的主菜单下进行选取，然后用鼠标将其拖动到工作区适当位置，最终通过一定顺序的连线完成一个程序的编写。

VEE具有以下特点及优势：便捷、灵活的图形化操作界面和直观明了的流程图式的编程，灵活的程序调试手段，减少了编程人员的工作量，也降低了对编程人员的要求；支持多种接口和协议，包括GPIB、RS-232、VXI和TCP/IP等；可以与其他语言如C/C++、Visual Basic、MATLAB等交互使用；强大的数据分析和处理能力；支持众多测试平台；可以实现网络连接与快速数据交换；实现测试数据与标准的Excel数据库及Word文件的无缝连接[6-7]。因此，本文利用VEE图形化编程语言开发了系统软件。

3 试验应用

系统在某型号航天器真空热试验过程中得到了成功应用。系统自动读取控温仪的温度数据并以时间为横坐标绘制温度曲线，同时以文本形式存储到本地主机，并备份到服务器，确保数据存储的安全性。

试验人员可以在总控间监控主机上远程实时监控布放在各处的控温仪的当前温度值，并按照试验大纲要求远程设定控温阈值。系统监控界面如图4所示。

图4 控温仪状态参数远程实时监控Fig. 4 Remote real-time monitoring of the state parameters of the temperature controller

4 结束语

1)本文设计了基于VEE与Nport的控温仪状态参数远程监控系统，利用VEE图形化语言开发系统软件，与传统的文本语言相比，VEE语言具有直观的前面板，节省了约80%的软件开发时间，体现了“软件即仪器”的虚拟仪器思想，降低了系统软件开发的人力成本，缩短了软件开发周期。

2)该系统利用Nport串口服务器进行组网，使传统的RS-232串口仪器转换为基于TCP/IP协议的网络设备，解决了RS-232接口传输距离受限的问题，并且当实验室增加新的监测仪器时，无须额外购买电脑，只要用Nport串口服务器即可实现仪器的入网连接，解决了单机多路RS-232串口通信问题。这种组网方式，对仪器布放位置没有任何限制，有利于对分散布放的仪器进行集中管理，节省了组网时间，降低了组网的硬件成本。

3)该系统在某型号航天器真空热试验过程中，成功实现了对控温仪状态参数的远程读取、写入以及存储，降低了测试人员的劳动强度，减少了人为错误，实现了测试过程的自动化和网络化。

（References）

[1]范含林, 文耀普. 航天器热平衡试验技术综述[J]. 航天器环境工程, 2007, 24(2): 63-68 Fan Hanlin, Wen Yaopu. Research on the thermal balance test for spacecraft[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2007, 24(2): 63-68

[2]王铸. 某航天小卫星的真空热试验[J]. 航天器环境工程, 2005, 22(2): 97-99 Wang Zhu. The vacuum thermal test of a small satellite[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2005,22(2): 97-99

[3]刘畅, 王奕荣. 真空热试验测控软件系统架构设计[J].航天器环境工程, 2010, 27(3): 324-327 Liu Chang, Wang Yirong. The software architecture design of measurement and control system in vacuum thermal tests[J]. Spacecraft Environment Engineering,2010, 27(3): 324-327

[4]许建凤, 田建创, 方蕾. 基于串口服务器的 PLC 网络控制系统[J]. 浙江工业大学学报, 2008, 36(2): 195-196 Xu Jianfeng, Tian Jianchuang, Fang Lei. PLC network control system based on serial device server[J]. Journal of Zhejiang University of Technology, 2008, 36(2):195-196

[5]Moxa Technologies Co Ltd. NPort 5600 series user's manual[G], 2007

[6]程剑锋, 范明. 基于Agilent VEE的机车信号测试平台开发[J]. 仪器仪表学报, 2006, 27(z1): 281-282 Cheng Jianfeng, Fan Ming. Design of train signal testing platform based on Agilent VEE[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2006, 27(z1): 281-282

[7]唐智, 李景文, 周荫清. 基于Agilent VEE的频率调制测试方法[J]. 仪器仪表学报, 2006, 27(z2): 1176-1177 Tang Zhi, Li Jingwen, Zhou Yinqing. Testing method for frequency modulation based on Agilent VEE[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2006, 27(z2): 1176-1177