基于虛擬儀器的電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)

　　1.前吾

　　近年來隨著科學技術和經濟的不斷發(fā)展，各種電器設備的廣泛應用，電磁輻射作為一個重要的干擾和污染因素已越來越引起人們的高度重視，研究表明電磁輻射不但對人們的生產活動產生影響而且嚴重地危害了人們的健康。為了有效地防治電磁輻射帶來的危害，促進生產生活的正常進行，就必須對可能產生電磁污染一些主要的上作崗位、生產生活場所進行電磁輻射監(jiān)測，以便能即時了解這些場所的污染情況并作出及時處理，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依據。

　　由于電磁輻射監(jiān)測多為長時間的實時監(jiān)測，所以要求監(jiān)測系統(tǒng)具有靈活可靠、開發(fā)周期短易維護、更重要的是測試的實時性高，且擁有強大的數據庫功能以便對測試數據的處理。基于此我們開發(fā)了一套基于虛擬儀器的電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)，與傳統(tǒng)電磁環(huán)境監(jiān)測儀器相比，該系統(tǒng)在智能化、靈活性、可拓展性、性價比、實用性等方面具有明顯的優(yōu)勢。

　　2.電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)的組成及其功能

　　電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)通過可轉換的天線組和監(jiān)測接收機能夠在控制中心對監(jiān)測區(qū)域內的O一3GH z頻段進行無線電信號的識別、監(jiān)聽、測量和相關數據處理。本監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用就是對監(jiān)測信號快速、準確、實時地進行搜索、測量、統(tǒng)計、分析、定位，按照監(jiān)測人員預先設定，實時給出所測電磁輻射情況的監(jiān)測報告。同時，通過對無線電臺站進行實時監(jiān)測，還能為無線電頻率的科學規(guī)劃和指配提供可靠的技術依據。

　　電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)是由一套覆蓋O一3GHz的天線組通過程控天線轉換裝置與測控計算機以及ESMB接收機等連接在一起的測試系統(tǒng)。本系統(tǒng)的硬件主要包括：測控計算機，GPIB接口卡及連接電纜、。RS-232網卡及網線、RS-232GPIB轉換器、ESMB接收機、測試天線、天線切換器、打印機等組成。

　　其結構圖1所示。

　　2.1 測量接收機

　　ESMB是監(jiān)測與測試接收機，可廣泛地應用于符合ITU-R建議的無線電監(jiān)測、無線電調研和信號偵測任務。ESMB設計緊湊、機體堅固、重量輕，是固定站和移動站的通用設備。

　　(1)頻率和頻偏的測量

　　(2)場強的測量

　　(3)調制度的測量

　　(4)頻譜占用度的測量

　　(5)帶寬的測量

　　(6)解調、監(jiān)聽發(fā)射機的音頻信號(CW，AM，SSB和FM);

　　(7)信號識別

　　2.2 測試天線

　　由于所要測量的頻率范圍為H z至3GH z，本設計采用了不同型號的四種天線，其測量范圍分別為， 環(huán)天線100H z～30MH z， 雙錐天線20-300MHz，對數周期天線200MHz～1.3GHz和喇叭天線1.3GHz一3GHz，可以覆蓋整個測試頻段。

　　2.3 天線切換裝置

　　在電磁輻射監(jiān)測過程中，由于系統(tǒng)要實現(xiàn)對Hz至3GHz全頻段不斷掃描，因此測量天線和EMI接收機之間接入需用GPIB控制的天線切換裝置對接收天線的輸入信號進行自動切換。在選擇天線切換裝置時，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適當增益的放大器以避免輻射電平在連接線纜中因衰減過大而淹沒在噪聲電平造成測量的誤差。

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　　2.4 控制總線

　　總線技術是實現(xiàn)自動測試的關鍵。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，其結構和命令都較簡單，適合于精度要求高，但對傳輸速率要求不高的場合，因此在控制總線設計上采用GPIB總線結構組建監(jiān)測系統(tǒng)。

　　2.5 測控計算機

　　在本監(jiān)測系統(tǒng)中測控計算機起著主導作用，它一方面通過GPIB總線控制測試的整體進程，控制測量設備按監(jiān)測人員設定的步驟運行，另一方面對測試結果進行存儲和處理，并將其顯示在軟件的揲作界面上。

　　3.電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)的軟件

　　電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)的軟件基丁VB的程序開發(fā)語言進行設計，軟什總體分為監(jiān)測界面模塊、電磁輻射數據存儲、數據處理、儀器驅動四大模塊。軟件的流程圖如下圖2所示：

　　3.1 監(jiān)測界面模塊

　　本監(jiān)測系統(tǒng)的界而模塊主要由VB編輯設計，其要有讓監(jiān)測人員選定監(jiān)測頻段、極限值等監(jiān)測參數的功能，開具備簡單的圖形顯示和數據處理，最后還要有查看分析監(jiān)測數據以及預覽和打印檢測報告等功能。在圖形顯示方面我們選用NI公司的用于虛擬儀器設計的XYGraph控件(如下圖示)，此控件能出色的完成數據圖形特別是波形的顯示和操作。

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　　3.2 設備驅動模塊

　　設備驅動模塊以面向對象的Visua1 Basic作為程序設計語言，利用Windows的DLL(動態(tài)鏈接庫)技術，通過不同的IEEE488接口功能調用，實現(xiàn)對接收機和天線切換裝置的控制。本系統(tǒng)所用N1488.2提供的支持VB的動態(tài)連接庫函數為gpib-32.d11，然后在VB輻射下將gpib-32.dll庫裝入應用程序。

　　支持VB編程語言的常見功能函數有：

　　ibfind：查找gpib卡 ibdev：查找連接在gpib卡

　　上的設備

　　ibsta：查詢狀態(tài)字，主要用來察看錯誤信息。

　　ibclr：設備清零

　　ibwrt：向設備中寫入字符串，來控制儀表動作

　　ibrd：從設備中讀出字符串，一般用來獲取儀表讀數

　　在VB下使用DLL函數時，首先要在全局模塊(擴展名為BAS)中用Declare語句聲明要使用的函，其次還要熟悉被控設備的程控指令，在編寫控制代碼時需要將程控指令寫成字符形式。以下為示例程序

　　Ca 11 ibdev(0，3一設備地址，0，1 3，l，0，dev一變量)打開儀表設備

　　Ca ll ibc1r(dev)’設備清零

　　str="CF 14MH z" 。被控設備的程控指令

　　Ca11 ibwrt(dev，str)’向儀表設備中寫命令

　　Ca11 ibrd(d e v，st r) ’從儀表設備中讀數

　　在設計設備驅動模塊時還須注意，對測量接收機與天線轉化裝置的控制以GPIB地址區(qū)分開來，盡量做到同步進行，對測量接收機采集數據的讀取要放到最后進行，以保證數據的準確性。

　　3.3 數據處理模塊

　　根據測量天線、測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)軟件的測試數據處理過程中應根據實際情況對接收機讀數進行處理，實際電磁輻射的功率為各項疊加之和，為;

　　S=R—Ga+Lc十AF

　　其中S為實際接收到的電磁輻射的功率dBm，R為接收機讀數dBm，Ga為放大器增益dB，Lc為測試線纜損耗dB，AF為天線因子m-1。

　　在進行電磁輻射監(jiān)測時，檢測到的數據經過處理得出實際電磁輻射數據，先將此數據與數據庫中預先存儲的極限值數據相對比，如果所測數據超過極限值，軟件自動啟動報警程序。熱后將此數據中某一頻點輻射數據與數據庫中的對應的背景數據對比，若屬于背景信號，則自動比較下一頻點，若屬于新信號則查找新信號庫中是否有這一頻點信息，有則在記錄中更新此信號掃描信息，如沒有則生成新的信號記錄。

　　3.4 數據庫模塊

　　電磁輻射的實時監(jiān)測將會產生大量的監(jiān)測數據，對監(jiān)測數據的最終處理直接影響到最終的監(jiān)測效果。同時在設計上考慮到系統(tǒng)遠程監(jiān)測的拓展功能，即用戶通過客戶端遠程訪問監(jiān)測數據庫系統(tǒng)來實現(xiàn)，這些在監(jiān)測數據庫模塊都應給予充分考慮。

　　測試系統(tǒng)使用Acess 2000的*.mdb文件形式來存儲數據。監(jiān)測程序使用VB的ADO技術對數據庫進行訪問，ADO的中文含義是ACTIVE X數據對象，是以ACTIVEx技術為基礎的數據存取方法#集中了RDO和ADO的優(yōu)點，是專門為開發(fā)Client/server應用程序而設計的.它使得客戶端應用程序能夠通過任何OLE DB提供者來訪問和操作數據庫服務器中的數據。與OLE數據庫提供的底層訪問方法相比ADO提供了更為高級的訪問機制。還由于ADO是基于組件對象模型COM的訪問技術.所以用ADO產生的應用程序占用內存少，因此，是目前數據存取的主要發(fā)展方向.

　　PubliCrS AS New ADODB.Recordset1定義rs為Recordset對象

　　Publiccn AS New ADODR.Connection’一定義cn為Connection對象

　　cn.ConnectionString=”provider=microsoft.jet.01edb.4.0;Per_siSt securitY info=false;data source=“主表路徑”’建立數據連接

　　Cn.Open’建立數據

　　SQL="Select*from主表名"

　　rs.CursorLocation=adUseClient’定義訪問類型

　　rs.Open SQL，cn，adOpenKeyset，adLOCkPessimistiC’打開數據表

　　rs.movefirSt

　　rs.AddNEW’添加一條記錄

　　rs.Fie1dS(“字段名”)=value’給當前記錄的字段賦值

　　rs.Updata’記錄更新

　　注意到在對監(jiān)測數據的處理中還將涉及到數據查詢功能，因此在數據庫的操作中需要用到SQL語言中的查詢以及模糊查詢如：”select*from主表名where字段=查詢值(或字段like查詢值)”。

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　　4.總結

　　本電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)，經過軟、硬件系統(tǒng)開發(fā)和集成，使用動態(tài)連接庫實現(xiàn)了對儀器的摔制，實際測試結果達到設計要求;軟件操作簡便，簡化了測試人員的工作程序，降低了工作強度;運用此系統(tǒng)可以建立電磁輻射監(jiān)測數據庫，有利于存儲、查詢和處理;本測試系統(tǒng)基于VB語言的開發(fā)以及模塊化的設計思路，更便丁日后的系統(tǒng)維護。隨著電磁輻射的不斷惡化以及人們對電磁輻射的要求不斷提高，本測試系統(tǒng)將在以后實踐中擁有更廣泛的應用和發(fā)展前景。