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物联网智能示波器研讨与设计

木马童年 2019-2-13 12:15 8 0

wulianwangzhinengshiboqiyan讨yushe计作者未知 摘 yaoshiboqizai工业he教学领域应yong广泛使yong方shi均weizaixian场观ceboxingbingceshitongdaogongneng相dui单yi在很多局mian一方mian测试renyuanbu能长shijian靠 ...

wulianwangzhinengshiboqiyan讨yushe计作者未知 摘 yaoshiboqizai工业he教学领域应yong广泛使yong方shi均weizaixian场观ceboxingbingceshitongdaogongneng相dui单yi在很多局mian一方mian测试renyuanbu能长shijian靠近shebei;另一方面在zuo产品测试shixuyao长shijian观察boxing扰乱测试renyuanzheng常作息;zai者在xian场测试huo产品kai发测试时捕捉debo形xu要he不在xian场deji能人员jinxing波形fen析沟tongwang往对照麻烦针对目前shi波qi存在deshang述wenti文zhongti出了一种物lian网zhi能shi波qigaishi波qi集cheng了4G移dong网luoWiFi蓝ya、youxian网luojiekou、内置开guandianyuan输出、mai克风jiekou、耳ji接kou、wen湿度chuan感器接kou、hong外测wen接kou、Mini USB、普tongUSB等丰富接kou并配套shou机App与电脑配套软jian能goushi现shou机或PC机远cheng调试shi并观察记录波形shi现远程对讲bianyujin行ji能jiaoliu此外,该shi波器she计了2luCAN接kou,能goulian接电梯等zhu板进行shujucai集,并将诊断fen析degu障显示dao示波器屏幕,tong时能够通guoshou机或PC机远程查看故障情况,做dao故障分析与波形分析有xiao联合,快速高效地解决各种技能问题

关键词:物联网智能示波器;远程调试观测;远程对讲;远程智能诊断

zhong图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:295-1302(201711-00-04

0 引 言

示波器在工业测liang、教育教学等领域应yong广泛。针对示波器,相关技能人员对qi进行了诸多研讨,包括示波器的应用,二次开发yi及为示波器配bei的安卓系tong和实时操作系统等[1-3]。对yu示波器的应用,现场测试人员一ban在现场捕捉波形hou进行分析,ruguo需要远方的工程师共分析波形时,普遍做法是将波形进行存chu(存储到示波器或U盘),然后通过电脑远程将静态图片发送给远方配合分析的工程师。但此举无法让远方的分析人员看到现场的实时波形,qie通过先存储后发送图片的方式很难在第一时间对波形进行共享与分析,也很难实现清晰的技能jiaoliu。

此外,对于某些需要现场长时间记录波形或存在不符合人员在shebei附近长qi停liu的qiangfu射环境的情况,使用chuan统的示波器很难做到远li示波器的tong时实时huoqu波形。虽然有些示波器具备长期存储功能,然er从存储的da量波形中找到需要的数ju对照麻烦。再者,在测试人员使用示波器时,如果需要da建一ge小的运行pingtai进行测试,往往需要另外再找一个合适的开关电源作为系统的供电电源,使得搭建平台的过程变得繁琐,尤其在现场时,额外的开关电源往往不容易寻找且携带不便。

dang然,有些现场可能不但仅需要捕获波形,往往还需要测量温度、湿度等其他参数,在这种情况下,一般需要携带多个设备分bian测量,给测量人员带来诸多不便。

针对传统示波器存在的诸多问题,联合目前物联网的发zhan情况,ben文提出了一种物联网智能示波器设计方案。该智能示波器将4G核xin板作为主kong单元,集cheng了双通道WiFi、4G网络、触摸屏接口以及以太网接口,可实现无线或有线网络数据传输并驱dong触摸屏进行操作显示,从er通过设计软件实现对示波器的远程调试、观测与对讲功能,方便技能jiaoliu。同时,集成了内置开关电源输出、mai克风接口、耳机接口、温湿度传感器接口、红外测温接口、Mini USB、普通USB等丰富的接口功能,并配套手机App与电脑配套软件,在bao证传统示波器功能的ji础shang,发挥物联网的优势,方便用户省时地操作示波器,极da地提高现场解决问题的效率。当某个身在现场的工程师需要和远在世jie各地的相关人员进行技能交流时,只需在手机上装载一个App或在电脑上装载一个配套软件,便能够通过网络进行实时波形传送与同步的yu音、文字xin息等技能交流。

1 物联网智能示波器设计

1.1 基本结构设计

物联网智能示波器最初必须具备传统示波器的suo有功能,本文基于现场使用方便考虑,将占用空间且分布密集的操作面板更改为触摸屏,通过触摸屏能够进行相关参数的设置并配备安卓系统,使得操作jie面更人性hua。在本文的设计中,原来密集的操作面板留出的空间bei赋予了更jia方便实用的功能。

物联网智能示波器包含了25个主要部件,分辨为通道1~4、温湿度传感器接口、红外测温接口、示波器xiao准gua钩、外壳地挂钩、Mini USB、USB、耳机接口、麦克风、辅助调节旋钮、CAN1、CAN2、开关电源、市电输入、网口、4G网络主天线、4G网络辅天线、WiFi天线、蓝牙天线、触摸显示屏、扬声器及内置锂电池。

图1suo示为物联网智能示波器的基本结构示意图。

1.2 功能分析

1.2.1 基本信号测试通道

该智能示波器配置了4路基本信号测试通道,分辨为图1所示的1-通道1、2-通道2、3-通道3、4-通道4,这与目前普通示波器基本信号测试通道的配置数量和配置方法相同。不同之处在于本文设计的示波器可通过USB口外接的测试通道kuo展板进行通道数扩展。此外,4个通道的实时波形能够通过有线或无线网络传送到云平台并最后发送到手机或PC机进行实时显示或sheng成报biao。

1.2.2 传感器接口

本示波器设计了温湿度传感器和红外测温传感器接口,分辨为图2所示的5-温湿度传感器接口、6-红外测温接口。其中5-厥度传感器接口兼容普通探头传感器和数字输出传感器,在接口设计时将两者做成一个接口以方便使用。6-红外测温接口提供标准的红外测温探头接口,该设计主要考虑在很多工业现场,操作人员无法近距离接近待测物体进行测量的情况。上述两种传感器的实时结果和测试曲线可通过23-触摸显示屏进行设置显示并实现测试显示,浮动窗口的任意位置拖拽。

1.2.3 校准

本示波器保留7-示波器校准挂钩,用于示波器的校准。8-外壳地挂钩一方面为示波器校准探头,接地,另一方面在通过USB扩展通道时为扩展板提供参考地平面。

1.2.4 USB接口

USB接口包含9-Mini USB和10-USB两种接口。其中Mini USB接口能够与手机hulian实现有线方式的通信,示波器的显示jie面能够显示在手机上,并能够通过手机操作示波器。此外,Mini USB口也能够作为示波器程序升级使用。10-USB接口具备以下三个功能:   (1)作为手机充电接口;

(2)接U盘存储当前波形截图;

(3)作为扩展通道的数据通信口。

10-USB接口的功能能够通过触摸显示屏进行选ze。

1.2.5 音频接口

音频接口包括耳机接口、麦克风和扬声器三个主要局部。麦克风接口用于音频输入,当进行远程语音通话时需要此接口;扬声器一方面作为语音通话时的发声部件,另一方面能够作为报警部件,是显示锂电池的电量、超过测量范围的报警装置;耳机接口是当现场环境对照嘈杂,麦克风和扬声器无法获得良好音频交互效果时使用的配置。

1.2.6 电源接口

电源接口一方面为市电输入,如图1中市电输入所示。另一方面该示波器集成了zhi流开关电源输出接口,如图1中开关电源所示,可提供常用的24 V、5 V双路直流电输出,测试人员在进行系统测试时无需再添加额外的开关电源。

1.2.7 CAN接口

本示波器提供了两个CAN接口,用于采集电梯或其他设备具备CAN通信接口的信息。示波器采集到相关信息后能够通^显示屏显示出相应的诸如故障、运行zhuang态等信息。同时该信息能够通过有线或无线网络在监控设备或手机App长进行实时显示与存储。

1.2.8 以太网口

本示波器集成了以太网接口,能够通过该接口连接以太网并将数据汇总到云平台。远程监控设备或手机等智能设备能够实时监控有效数据并将示波器的显示界面实时显示到监控设备或手机App界面中。音频通话数据也能够通过该以太网接口传送到云平台并通过云平台转接到相应的监控与智能手持设备中。

1.2.9 无线网络接口

本示波器的无线网络接口包含4G无线功能、WiFi功能以及蓝牙功能。这三种无线网络接口可分辨用于实现远程与近距离的手持智能设备与示波器之间的实时通信。

其中4G模块可通过移动通讯网络建立示波器、云平台和手持智能设备之间的数据交互与语音对讲交流。云平台能够远程监控示波器的运行状态并作为示波器与手持智能设备之间的交互媒介。通过云平台授quan,位于世界各地的远duan手持设备能够实时观测现场示波器的显示界面并远程操作示波器,从而获取有效的采集信息。此外,通过4G模块,远duan手持设备的持有人员能够和现场测试人员通过智能设备的App进行实时语音通话,实现更为高效便捷的技能交流,从而快而准地解决现场问题。

本示波器集成了WiFi模块功能。该WiFi模块一方面能够连接本地的无线路由,实现与云平台和远程手持智能设备之间的数据交互,另一方面,当本地不具备无线路由连接条件时,可与手持智能设备之间建立链接,zu成局域网,在100 m距离范围内实现示波器与手持智能设备之间的数据交互。WiFi模块的近距离应用能够方便现场测试人员与被测设备之间保持一个平安的距离,且不会花费任何一个设备的数据流量。在同一个较空旷的环境下,测试人员能够通过手持智能设备以一ding的距离监控或调节示波器,当需要长时间观测时,测试人员能够边观测边处li其他事务,大大节省了测试监控时间并提高了事务效率。

本示波器集成了蓝牙模块功能。该模块主要用于实现更近距离(小于10 m)的手持智能设备与示波器之间的数据交互。当被测设备具有较强的辐射或容易对人身平安产生威胁时,测试人员能够与被测设备保持一个相对平安的距离。持有手持智能设备的测试人员可在一个相对平安的位置对示波器的波形进行监控、存储或对示波器进行操作。

1.2.10 人机交互与云平台管li

人机交互主要涉及触摸屏显示界面、智能zhong端App以及云平台管理三局部。触摸屏显示界面主要用于显示各通道波形以及相关的菜单项,通道、功能的选择及波形查看均可在触摸显示屏长进行,极大地简化了传统示波器诸多操作按键。

对于每一台物联网智能示波器,其本身都能够设ding一个专有的ID号,通过该ID号,智能终端App以及云平台能够对该设备进行实时监控与实时操作,并实现云存储。处于远端的智能终端持有者,da开App后能够选择指定的设备并打开操控界面,进入界面后能够通过网络在智能终端实时观察到现场的波形测试情况。智能终端持有者一方面能够观察现场的实时波形,另一方面还能够通过App和处于现场的测试人员进行语音对讲,进行最为直接有效的技能交流。此外,智能终端设备的持有者能够在App上设定其App编号并同步到云平台,处于现场的测试人员能够输入(或者事先录入)指定的App编号,实现现场人员对指定远程技能人员的远程呼叫,远程技能人员持有的智能终端App会显示被呼叫提示,从而建立远程波形传送与实时语音对讲系统。在进行技能交流的过程中,智能终端持有者通过现场人员的授权操作,能够在线对示波器进行调节操作,以获取最jia显示波形并选择波形存储,将现场波形存储到远程智能终端设备上。

诸多物联网智能示波器能够在统一的云平台长进行管理、监控,设置交互。办公室的事务人员在PC机上打开指定的云平台网页,进入云平台管理界面。所有登记的设备均可在平台长进行监控管理并选择一个或几个设备进行实时技能交流。此外,对于每台示波器,云平台能够选择是否生成长期数据报biao,一旦被选择,该台示波器打开后会自动将波形数据传送到云端,最后由云平台生产数据报表用于记录长时间事务下的波形采集情况。

1.2.11 内置锂电池

内置锂电池主要实现以下两方面的功能:

(1)当示波器掉电时保存当前状态数据并备份到云平台;

(2)保持示波器网络功能正常,此时仍可实现远程对讲。

示波器供电正常情况下,锂电池处于被充电状态直至充电完毕。

1.2.12 辅助调节

辅助调节旋钮用于显示波形的微调,以解决触摸屏操作不方便的问题,和触摸屏相互配合,实现波形的高精度微调。   1.3 核心硬件设计

图2所示为物联网智能示波器的核心硬件框图。核心硬件主要包含物联模zu和核心处理模组两局部。核心处理模组为常规示波器模组,包含了示波器核心处理器和采集模块,主要完成示波器的常规功能。物联模组为本智能示波器的物联核心,其包含了一个高度集成化的4G核心板,集成了WiFi、蓝牙、4G网络、音频、触摸屏驱动、以太网、USB等丰富接口,其SPI接口能够方便地进行SPI转CAN通信的扩展。该物联模组以4G核心板为平台,可以以较小的体积实现物联网智能示波器的丰富功能。

物联模组和核心处理模组之间选取高速总线进行通信,两者之间能够快速、稳定地进行数据交互。物联模组是远程平台、远程智能设备与核心处理模组之间的媒介,通过该模组的嵌入使得示波器变得更加智能与方便。

1.4 物联系统分析

图3所示为物联网智能示波器的物联系统框图。分布在各现场的物联网智能示波器1-N通过无线或有线网络与云平台互联,云平台将获取的每台设备的数据进行总结处理后与远程智能终端进行数据交互。该系统架构不局限于本文设计的物联网智能示波器,对于所有的工业测量设备、仪器仪表都将是一个较为新颖的发展方向。物联网智能示波器作为测量领域的智能硬件,其将云平台大数据的处理能力与智能终端进行有效联合,使得技能沟通更为便捷。

2 软件流程

2.1 云平台zhu册流程

图4所示为物联网智能示波器的云平台注册流程。最初,通过云平台注册示波器的设备号,每台设备的设备号wei一;其次,测试示波器与云平台的连接情况,此处以心跳包的形式进行检测;再次,技能工程师被授权注册登录账号;最终,技能工程师在其智能终端设备上安装App并完成首次App登录。

2.2 物联网智能示波器与远程技能人员交互流程

图5所示为物联网智能示波器c远程技能人员交互流程。最初启动示波器,示波器启动后会自动建立与云平台的网络连接。之后示波器会从云平台自动更新已注册的工程师列表。现场测试波形人员能够查询到已注册且在线的工程师列表,并可选择在线工程师进行网络呼叫。远程在线工程师接收到呼叫后选择接通,便建立了两者之间的交互。交互一旦建立成功,云平台会获取现场示波器的实时界面,并将其发送到远程工程师的手机或PC机上,同时两端还能够进行语音技能交流。

2.3 远程技能人员与现场物联网智能示波器交互流程

图6所示为远程技能人员与现场远程物联网智能示波器交互流程。该流程包括被动和主动两种方式。对于被动方式,远程技能人员收到来自现场示波器的呼叫后会在手机或PC上得到振ling提示。远程技能人员接通后便会与远程示波器建立连接,随后示波器的实时波形便会被传送到远程技能人员的手机或PC上。同时,语音通话机制也会建立,测试时便能够同时进行语音技能交流。对于主动方式,远程技能人员能够通过手机或PC等智能终端主动呼叫现场的示波器。远程技能人员能够通过智能终端查询在线示波器情况,随后选择相应的在线示波器进行呼叫请求。此时,现场的物联网示波器会振铃提示,当其接通后便能够进行实时的示波器界面传送与语音技能交流。

3 结 语

本文设计了一种物联网智能示波器,其集成的物联模组可以极大改善测量设备与人之间的交互。丰富的物联网接口与触摸屏的设计改变了人们对传统示波器的认识。云平台与大数据处理的快速发展为该智能示波器和持有智能终端的人员提供了强大的数据媒介。该智能示波器的设计思绪能够推广到工业测量、建筑测绘等诸多领域,为测量设备物联网的发展zhuang大提供技能参考。

参考文献

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