电路在线维修远程监控系统设计

　　摘 要：针对电子产品的故障维修问题，设计了基于TCP/IP协议的C/S（客户机/服务器）结构模式电路在线维修远程监控系统。利用电路板故障检测卡和虚拟仪器技术监测电子产品线路，将电路的波形、数据和监控视频等信号采集到计算机上，经处理后通过网络发送给远程的客户端，客户端接收到信号后进行反馈和发送远程控制命令，从而实现电路在线维修远程监控的目的。为电子线路远程维修提供了一种切实可行的方法，可有效降低监控系统运营成本。

　　1 引 言

　　涉密电子设备由于自身构成的复杂性和应用的局限性，其产品用户和维修技术人员、维修设备很可能处于两个或者多个城市，仪器一旦出现故障而得不到及时解决将会给用户造成很大的经济损失。因此如何能够即时有效地解决仪器的故障问题，保障设备的正常运行，降低故障延误时间，减少经济损失已成为设备用户关心的问题之一，故而硬件设备的在线维修远程监控技术已经成为研究的热点之一。

　　目前故障检测与诊断方法主要有：1）基于信号处理的方法。这是一种传统的故障诊断技术，通常利用信号模型直接分析可测信号，提取方差、均值、幅值、相位、散度、频谱等特征值，从而识别和评价机器设备所处的状态。2）基于解析模型的方法。这种方法要求得到较为的系统模型，解决了基于信号处理方法所不能解决的越来越复杂的工业实际需要，但在实际工程中往往难以建立系统的模型或模型不，这就限制了这种诊断方法在实际中的使用范围。3）基于知识的诊断方法。这种方法不需要对象的模型，因此得到了迅速发展。

　　本文将信号处理的方法和基于知识的诊断方法相结合，避免了抽取对象数学模型的难点，将就Intel 9xx系列主板的维修设计了一种基于虚拟仪器和TCP/IP协议的C/S通信结构模式在线维修远程监控系统的软、硬件实现方案。

　　2 系统的总体设计

　　本系统由4个模块组成，模块结构示意图，如图1所示。

　　系统检测与数据采集模块：它是整个系统的关键部分。其具体任务是：通过PCI插槽监测被维修的电路板的信息，根据监测数据分析得出故障类型；采集被维修电路板的相关数据；将检测分析结果和采集的数据传送给作为服务器的工控机。

　　数据采集设置与控制单元模块：它是整个系统的部分。该模块实现系统对数据采集模块硬件部分的各种设置操作，包括输入通道的选择、采样频率的设置、增益调整、采样点数的设置等；分析系统监测与数据采集模块上传的数据并决定是否启动报警；判断是否向终端发送数据；收到远程终端的连接和控制请求后调用相应应答模块。

　　用户接口模块：操作友好的主控界面，包括多功能数字示波器、高清视频显示器、直观清晰的文本显示器，以及形式多样的数据管理单元与报警指示灯等。

　　通信模块：分别负责连接请求和数据通信。利用Winsock技术，采用面向对象的、模块化的设计，实现了C/S模式的远程监控机和本地机之间的远程通信。本地机作为服务器负责实时采集、发送和上传数据；远程监控机作为客户机，远程控制本地机的数据采集以及数据上传，如果发现异常，可及时报警，从而达到了远程监控的目的。

　　3 硬件方案总体设计

　　硬件部分即系统监测与数据采集系统模块，主要包括主板故障检测卡、多功能数据采集卡、68pinI/O接线盒、电缆与服务器PC部分。

　　先将主板故障检测卡安装到待检测的电路主板上，使被检测的电路主板处于通电运行状态，通过主板故障检测卡将监测的主板信息转化为数字信号，系统再通过多功能数据采集卡实时采集该数字信号和被监测主板设备上各模块和元器件的运行情况数据，然后通过软件将采集到的所有数据以及操作者的操作信息处理后，通过网络打包发送给客户端，再通过软件将数据解包处理成技术工程师容易辨识的信息，这样技术工程师就可以通过网络远程监控设备的运行状况。一旦设备出现故障，系统就启动报警，技术工程师根据接收到的数据判断具体故障，利用系统平台进行人工协同故障诊断，使设备及时得到维修。系统硬件部分工作流程示意图，如图2所示。

　　4 软件方案设计

　　根据用户要求，本设计选择相较于B/S（浏览器/服务器）模式，交互性更强、安全性更高、可以灵活解决突发问题、有完整应用程序的C/S（客户机/服务器）模式来设计系统。C/S模式是指2个逻辑（一般为物理的）系统（客户机和服务器）及其应用程序逻辑组件之间复杂关系的协同。该模式即是将一个系统应用分为2个部分：客户端和服务器端。

　　本系统是基于LabVIEW 平台开发，利用其已发布的TCP VI及相关函数实现TCP通信。此前，需要在通信的PC正确安装TCP/IP协议簇，同时保证通信所需的源端口/目标端口的开放。

　　4.1 设计流程图

　　本系统的基本原理是：客户端用户连接到网络上，通过远程访问的客户程序发送客户身份验证信息和与远程机连接的请求，远程主机的服务器端程序验证客户身份，如果验证通过，客户端就与服务器建立连接，客户端开始接收并处理数据，同时向服务器发送连接成功反馈。

　　在本设计中，服务器端主要是负责响应客户端的服务请求，通过多功能数据采集卡对被维修的电路主板信息进行采集，并通过相应网络传输协议将数据进行传输，同时本地实时显示和保存。客户端则主要是负责向服务端发出网络连接及数据监控的请求，把从服务端传送过来的数据进行接收、分析，并在本地实时显示和保存。由此实现通过网络及相关协议远程监控。服务器端和客户端的运行流程图如图3和图4所示。

　　4.2 软件模块的设计

　　本系统设计中，数据采集是通过硬件实现的，系统通过调用LabVIEW 函数库中DAQ助手从多功能数据采集卡上获得数据，然后对这些数据进行分类、编码、打包发送和本地显示。

　　4.2.1 视频图像采集模块

　　在Windows中，许多应用程序并不是一个完整的可执行文件，它们被分割成一些相对独立的动态链接库，即DLL文件，放置于系统中。当执行某一个程序时，相应的DLL文件就会被调用。一个应用程序可有多个DLL文件，一个DLL文件也可能被几个应用程序所共用，这样的DLL文件被称为共享DLL文件。通过使用DLL,程序可以实现模块化，由相对独立的组件组成，也可以更为容易地将更新应用于各个模块，而不会影响该程序的其他部分。

　　Nivissvc.dll是由C语言代码在VC++环境中集成，而后形成的后缀为dll的文件。在LabVIEW 中调用它可以完成AVI格式视频的创建、帧写入、视频保存等功能。

　　本系统中调用“视觉获取”控件实现视频图像的采集，调用封装了Nivissvc.dll文件的子VI实现视频的创建、帧写入和本地保存。

　　4.2.2 数据发送模块

　　数据的发送可以直接调用LabVIEW 函数库中编写完整且已封装好的TCP系列子VI中的TCP监听、TCP写、TCP关闭连接等子VI.

　　由于数采卡和摄像头是在不间断地采集信息，加上要发送文件的内容、报警信号、控制信号、即时文字信息等数据，容易因为发送的数据太多而造成堵塞，数据包解码混乱等故障。因此，本系统采用队列方式发送信息。并且把不同的信息分别打上“标签”,先发送“标签”再发送监控数据，客户端接收到数据包后先解码“标签”,再解码相应的监控数据，这样就避免了数据混乱和堵塞。图5为该模块的工作示意图。

　　4.2.3 数据接收模块

　　数据的接收也直接调用LabVIEW 函数库中编写完整且已封装好的TCP系列子VI中的TCP 开启连接、TCP读、TCP关闭连接等子VI来实现数据的接收、显示和保存。图6为该模块的工作示意图。

　　5 系统功能调试

　　系统主要通信程序框图，如图7所示，服务器端各个模块运行测试界面分别如图8所示，客户端界面与服务器端界面相仿。

　　经测试，该系统整体功能运行良好，监测波形数据准确，监控画面清晰，数据保存及时、有条理，用户界面友好。

　　6 结 论

　　本文提出的电路在线维修远程监控系统将分散的电子设备维修过程通过网络来整合，实现了远程故障诊断和维修监控的目的，具有灵活性、高效性等优点。该系统的推广应用不仅能使用户的涉密电子设备得到及时有效的技术服务与技术支持，也能使设备的生产厂家降低技术服务的成本，提高服务的档次与水平。