基于虚拟仪器的电磁辐射自动监测系统

1．前言 近年来随着科学技术和经济的不断发展，各种电器设备的广泛应用，电磁辐射作为一个重要的干扰和污染因素已越来越引起人们的高度重视，研究表明电磁辐射不但对人们的生产活动产生影响而且严重地危害了人们的健康。为了有效地防治电磁辐射带来的危害，促进生产生活的正常进行，就必须对可能产生电磁污染一些主要的上作岗位、生产生活场所进行电磁辐射监测，以便能即时了解这些场所的污染情况并作出及时处理，为查找辐射污染源，提出防止辐射污染的有效措施提供较为可靠的事实依据。 由于电磁辐射监测多为长时间的实时监测，所以要求监测系统具有灵活可靠、开发周期短易维护、更重要的是测试的实时性高，且拥有强大的数据库功能以便对测试数据的处理。基于此我们开发了一套基于虚拟仪器的电磁辐射自动监测系统，与传统电磁环境监测仪器相比，该系统在智能化、灵活性、可拓展性、性价比、实用性等方面具有明显的优势。 2．电磁辐射自动监测系统的组成及其功能 电磁辐射自动监测系统通过可转换的天线组和监测接收机能够在控制中心对监测区域内的O一3GH z频段进行无线电信号的识别、监听、测量和相关数据处理。本监测系统的主要作用就是对监测信号快速、准确、实时地进行搜索、测量、统计、分析、定位，按照监测人员预先设定，实时给出所测电磁辐射情况的监测报告。同时，通过对无线电台站进行实时监测，还能为无线电频率的科学规划和指配提供可靠的技术依据。 电磁辐射自动监测系统是由一套覆盖O一3GHz的天线组通过程控天线转换装置与测控计算机以及ESMB接收机等连接在一起的测试系统。本系统的硬件主要包括：测控计算机，GPIB接口卡及连接电缆、。RS-232网卡及网线、RS-232＼GPIB转换器、ESMB接收机、测试天线、天线切换器、打印机等组成。 其结构图1所示。 2．1 测量接收机 ESMB是监测与测试接收机，可广泛地应用于符合ITU-R建议的无线电监测、无线电调研和信号侦测任务。ESMB设计紧凑、机体坚固、重量轻，是固定站和移动站的通用设备。 (1)频率和频偏的测量 (2)场强的测量 (3)调制度的测量 (4)频谱占用度的测量 (5)带宽的测量 (6)解调、监听发射机的音频信号(CW，AM，SSB和FM)； (7)信号识别 2．2 测试天线 由于所要测量的频率范围为H z至3GH z，本设计采用了不同型号的四种天线，其测量范围分别为， 环天线100H z～30MH z， 双锥天线20-300MHz，对数周期天线200MHz～1．3GHz和喇叭天线1．3GHz一3GHz，可以覆盖整个测试频段。 2．3 天线切换装置 在电磁辐射监测过程中，由于系统要实现对Hz至3GHz全频段不断扫描，因此测量天线和EMI接收机之间接入需用GPIB控制的天线切换装置对接收天线的输入信号进行自动切换。在选择天线切换装置时，要考虑天线切换装置所适用的频率范围和装置所能，承受的功率。另外在接收天线和天线切换装置之间添加一个适当增益的放大器以避免辐射电平在连接线缆中因衰减过大而淹没在噪声电平造成测量的误差。 2．4 控制总线 总线技术是实现自动测试的关键。目前较常用的总线形式有GPIB总线，VXI总线，PXI，以及目前发展迅速的LXI总线，其中GPIB总线接口是目前最常用、最成熟的智能仪器的接口，其结构和命令都较简单，适合于精度要求高，但对传输速率要求不高的场合，因此在控制总线设计上采用GPIB总线结构组建监测系统。 2．5 测控计算机 在本监测系统中测控计算机起着主导作用，它一方面通过GPIB总线控制测试的整体进程，控制测量设备按监测人员设定的步骤运行，另一方面对测试结果进行存储和处理，并将其显示在软件的揲作界面上。 3．电磁辐射自动监测系统的软件 电磁辐射自动监测系统的软件基丁VB的程序开发语言进行设计，软什总体分为监测界面模块、电磁辐射数据存储、数据处理、仪器驱动四大模块。软件的流程图如下图2所示： 3．1 监测界面模块 本监测系统的界而模块主要由VB编辑设计，其要有让监测人员选定监测频段、极限值等监测参数的功能，开具备简单的图形显示和数据处理，最后还要有查看分析监测数据以及预览和打印检测报告等功能。在图形显示方面我们选用NI公司的用于虚拟仪器设计的XYGraph控件(如下图示)，此控件能出色的完成数据图形特别是波形的显示和操作。 3．2 设备驱动模块 设备驱动模块以面向对象的Visua1 Basic作为程序设计语言，利用Windows的DLL(动态链接库)技术，通过不同的IEEE488接口功能调用，实现对接收机和天线切换装置的控制。本系统所用N1488．2提供的支持VB的动态连接库函数为gpib－32．d11，然后在VB辐射下将gpib－32．dll库装入应用程序。 支持VB编程语言的常见功能函数有： ibfind：查找gpib卡 ibdev：查找连接在gpib卡 上的设备 ibsta：查询状态字，主要用来察看错误信息。 ibclr：设备清零 ibwrt：向设备中写入字符串，来控制仪表动作 ibrd：从设备中读出字符串，一般用来获取仪表读数 在VB下使用DLL函数时，首先要在全局模块(扩展名为BAS)中用Declare语句声明要使用的函，其次还要熟悉被控设备的程控指令，在编写控制代码时需要将程控指令写成字符形式。以下为示例程序 Ca 11 ibdev(0，3一设备地址，0，1 3，l，0，dev一变量)打开仪表设备 Ca ll ibc1r(dev)’设备清零 str=＂CF 14MH z＂ 。被控设备的程控指令 Ca11 ibwrt(dev，str)’向仪表设备中写命令 Ca11 ibrd(d e v，st r) ’从仪表设备中读数 在设计设备驱动模块时还须注意，对测量接收机与天线转化装置的控制以GPIB地址区分开来，尽量做到同步进行，对测量接收机采集数据的读取要放到最后进行，以保证数据的准确性。 3．3 数据处理模块 根据测量天线、测试电缆在不同频率的不同表现以及放大器的增益，在系统软件的测试数据处理过程中应根据实际情况对接收机读数进行处理，实际电磁辐射的功率为各项叠加之和，为； S=R—Ga+Lc十AF 其中S为实际接收到的电磁辐射的功率dBm，R为接收机读数dBm，Ga为放大器增益dB，Lc为测试线缆损耗dB，AF为天线因子m-1。 在进行电磁辐射监测时，检测到的数据经过处理得出实际电磁辐射数据，先将此数据与数据库中预先存储的极限值数据相对比，如果所测数据超过极限值，软件自动启动报警程序。热后将此数据中某一频点辐射数据与数据库中的对应的背景数据对比，若属于背景信号，则自动比较下一频点，若属于新信号则查找新信号库中是否有这一频点信息，有则在记录中更新此信号扫描信息，如没有则生成新的信号记录。 3．4 数据库模块 电磁辐射的实时监测将会产生大量的监测数据，对监测数据的最终处理直接影响到最终的监测效果。同时在设计上考虑到系统远程监测的拓展功能，即用户通过客户端远程访问监测数据库系统来实现，这些在监测数据库模块都应给予充分考虑。 测试系统使用Acess 2000的*．mdb文件形式来存储数据。监测程序使用VB的ADO技术对数据库进行访问，ADO的中文含义是ACTIVE X数据对象，是以ACTIVEx技术为基础的数据存取方法#集中了RDO和ADO的优点，是专门为开发Client／server应用程序而设计的．它使得客户端应用程序能够通过任何OLE DB提供者来访问和操作数据库服务器中的数据。与OLE数据库提供的底层访问方法相比ADO提供了更为高级的访问机制。还由于ADO是基于组件对象模型COM的访问技术．所以用ADO产生的应用程序占用内存少，因此，是目前数据存取的主要发展方向． PubliCrS AS New ADODB．Recordset1定义rs为Recordset对象 Publiccn AS New ADODR．Connection’一定义cn为Connection对象 cn．ConnectionString=”provider=microsoft.jet．01edb．4.0；Per_siSt securitY info=false；data source=“主表路径”’建立数据连接 Cn．Open’建立数据 SQL=＂Select*from主表名＂ rs．CursorLocation=adUseClient’定义访问类型 rs．Open SQL，cn，adOpenKeyset，adLOCkPessimistiC’打开数据表 rs．movefirSt rs．AddNEW’添加一条记录 rs．Fie1dS(“字段名”)=value’给当前记录的字段赋值 rs．Updata’记录更新 注意到在对监测数据的处理中还将涉及到数据查询功能，因此在数据库的操作中需要用到SQL语言中的查询以及模糊查询如：”select*from主表名where字段=查询值(或字段like查询值)”。 4．总结 本电磁辐射自动监测系统，经过软、硬件系统开发和集成，使用动态连接库实现了对仪器的摔制，实际测试结果达到设计要求；软件操作简便，简化了测试人员的工作程序，降低了工作强度；运用此系统可以建立电磁辐射监测数据库，有利于存储、查询和处理；本测试系统基于VB语言的开发以及模块化的设计思路，更便于日后的系统维护。随着电磁辐射的不断恶化以及人们对电磁辐射的要求不断提高，本测试系统将在以后实践中拥有更广泛的应用和发展前景。