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(lái)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(lái)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(lái)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(chǎng)所進(jìn)行電磁輻射監(jiān)測(cè)，以便能即時(shí)了解這些場(chǎng)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(zhǎng)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(kāi)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(kù)功能以便對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理。基于此我們開(kāi)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?xún)r(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(guò)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(wú)線電信號(hào)的識(shí)別、監(jiān)聽(tīng)、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(guò)對(duì)無(wú)線電臺(tái)站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還能為無(wú)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(guò)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(wú)線電監(jiān)測(cè)、無(wú)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(chǎng)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(tīng)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(guò)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(guò)大而淹沒(méi)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(jiǎn)單，適合于精度要求高，但對(duì)傳輸速率要求不高的場(chǎng)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(guò)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(kāi)發(fā)語(yǔ)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(kāi)具備簡(jiǎn)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(yǔ)言，利用Windows的DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))技術(shù)，通過(guò)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(kù)函數(shù)為gpib-32.d11，然后在VB輻射下將gpib-32.dll庫(kù)裝入應(yīng)用程序。

　　支持VB編程語(yǔ)言的常見(jiàn)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(xún)狀態(tài)字，主要用來(lái)察看錯(cuò)誤信息。

　　ibclr：設(shè)備清零

　　ibwrt：向設(shè)備中寫(xiě)入字符串，來(lái)控制儀表動(dòng)作

　　ibrd：從設(shè)備中讀出字符串，一般用來(lái)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(yǔ)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(xiě)控制代碼時(shí)需要將程控指令寫(xiě)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(kāi)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(xiě)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(kāi)來(lái)，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(guò)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(guò)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(kù)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(guò)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(kù)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(kù)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(méi)有則生成新的信號(hào)記錄。

　　3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)通過(guò)客戶(hù)端遠(yuǎn)程訪問(wèn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)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(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，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(zhuān)門(mén)為開(kāi)發(fā)Client/server應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)的.它使得客戶(hù)端應(yīng)用程序能夠通過(guò)任何OLE DB提供者來(lái)訪問(wèn)和操作數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)。與OLE數(shù)據(jù)庫(kù)提供的底層訪問(wèn)方法相比ADO提供了更為高級(jí)的訪問(wèn)機(jī)制。還由于ADO是基于組件對(duì)象模型COM的訪問(wèn)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(wèn)類(lèi)型

　　rs.Open SQL，cn，adOpenKeyset，adLOCkPessimistiC’打開(kāi)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(xún)功能，因此在數(shù)據(jù)庫(kù)的操作中需要用到SQL語(yǔ)言中的查詢(xún)以及模糊查詢(xún)?nèi)纾骸眘elect*from主表名where字段=查詢(xún)值(或字段like查詢(xún)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(guò)軟、硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和集成，使用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)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(jiǎn)便，簡(jiǎn)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(kù)，有利于存儲(chǔ)、查詢(xún)和處理;本測(cè)試系統(tǒng)基于VB語(yǔ)言的開(kāi)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。