劉乃強(qiáng) 鄭賓 王舒 王浩圣 侯雁偉

(1.中北大學(xué) 太原 030051;2.中國(guó)兵器工業(yè)第二〇八研究所 北京 102202)

0 引言

輕武器殺傷效應(yīng)是評(píng)價(jià)輕武器系統(tǒng)火力打擊能力的主要指標(biāo)。因此，殺傷效應(yīng)是指導(dǎo)殺傷元設(shè)計(jì)和輕武器研制的重要依據(jù)［1］。在輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試過(guò)程中，需要對(duì)多達(dá)58 路的采集通道進(jìn)行實(shí)時(shí)高速采集。在測(cè)試之前，需要根據(jù)具體的測(cè)試情況，設(shè)置傳感器參數(shù)、硬件接口位置、輕武器型號(hào)和殺傷元類型等信息。測(cè)試過(guò)程中，需要對(duì)本次測(cè)試的殺傷元速度和傳感器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。如果采用傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法，所有的信息都需要被預(yù)先定義在代碼中，一旦需要改變傳感器參數(shù)或更換硬件接口位置都需要對(duì)程序做相應(yīng)的改動(dòng)，不利于軟件的使用。因此，傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)，其通用性、易用性及可拓展性都較差。而數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以使計(jì)算機(jī)更高效、更安全的組織和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在測(cè)試之前和測(cè)試過(guò)程中，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，將極大的提高軟件的易用性和可擴(kuò)展性。本文針對(duì)輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試需要，將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用于測(cè)試軟件，設(shè)計(jì)了基于Labwindows/CVI的測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用表明，該測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的管理，提高了測(cè)試系統(tǒng)的易用性，確保了測(cè)試過(guò)程的高效、安全。

1 系統(tǒng)組成

輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。彈丸發(fā)射后，測(cè)速靶向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。傳感器輸出的電壓信號(hào)和測(cè)速靶產(chǎn)生的脈沖信號(hào)將由高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集。應(yīng)變片與高速采集卡內(nèi)置橋路組成1/4 電橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變片產(chǎn)生的阻值變化的測(cè)量，這些數(shù)據(jù)被用于評(píng)價(jià)殺傷元對(duì)靶標(biāo)沖擊過(guò)程中產(chǎn)生的殺傷效應(yīng)［2］。

圖1 輕武器殺傷測(cè)試系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的概念

數(shù)據(jù)庫(kù)是指長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的“倉(cāng)庫(kù)”。當(dāng)需要查閱信息時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)給定的條件以毫秒量級(jí)速度進(jìn)行掃描查找，在瞬間找到符合要求的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)獨(dú)立于使用它的應(yīng)用程序，當(dāng)數(shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)方式和結(jié)構(gòu)改變時(shí)，用戶應(yīng)用程序可以不變。這種優(yōu)勢(shì)有利于在數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)修改時(shí)保持應(yīng)用程序穩(wěn)定性，減少應(yīng)用程序開發(fā)與維護(hù)的工作量［3］。

現(xiàn)有的Labwindows/CVI主要提供兩種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)方式，分別是利用NI公司SQL Toolkit 數(shù)據(jù)庫(kù)接口工具包和利用ActiveX 功能調(diào)用Microsoft ADO對(duì)象。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用第一種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)方式實(shí)現(xiàn)了輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理。

2.2 利用SQL Toolkit 訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)

在使用SQL Toolkit 工具包時(shí)，CVI通過(guò)ODBC(open database connectivity)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)。ODBC 提供了一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)編程接口，可以訪問(wèn)任何具有ODBC 驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)際需求，選用了易于操作，界面友好的Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫(kù)。

實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)連接，首先要指定數(shù)據(jù)源的路徑，代碼主體如下:

在獲得數(shù)據(jù)源所在路徑后，就可以通過(guò)調(diào)用cvi_db.fp 庫(kù)文件提供的DBConnect 函數(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接。

在與數(shù)據(jù)源建立連接后，指定數(shù)據(jù)表由DBActivateSQL 函數(shù)查詢并儲(chǔ)存在句柄中，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)表的讀寫操作。DBActivateSQL 函數(shù)原型為:

int DBActivateSQL(int connectionHandle，char SQLStatement);

如果已經(jīng)與數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)表成功連接，下面就要對(duì)數(shù)據(jù)表中相應(yīng)字段進(jìn)行綁定。將數(shù)據(jù)表中的字段綁定至指定變量后，就可以通過(guò)對(duì)變量的讀寫實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的變更。例如:

DBBindColDouble(hstat，4，＆minLevel，＆num-Stat);該函數(shù)就是將指定數(shù)據(jù)表中的第四列浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)與變量minLevel 綁定。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作結(jié)束后，還可以調(diào)用DBDeActivateSQL 函數(shù)斷開與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，釋放相應(yīng)的資源。完整的數(shù)據(jù)庫(kù)操作流程如圖2所示［4］。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)操作流程

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在輕武器殺傷測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

軟件系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境選用以ANSIC 為核心的Labwindows/CVI開發(fā)平臺(tái)，將C 語(yǔ)言的模塊化優(yōu)勢(shì)與面向測(cè)試儀器的編程工具相結(jié)合，運(yùn)用它可以方便地構(gòu)建虛擬儀器。得益于模塊化，靈活性強(qiáng)的C語(yǔ)言核心，它將測(cè)試任務(wù)中需要的數(shù)據(jù)采集、分析與表達(dá)模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。此外，它還可與NI公司的板卡無(wú)縫結(jié)合，無(wú)需關(guān)注底層驅(qū)動(dòng)，只需利用豐富的函數(shù)庫(kù)即可保證數(shù)據(jù)采集快速和準(zhǔn)確［5］。

在編寫輕武器殺傷測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，結(jié)合SQL Toolkit 工具包充分利用了Labwindows/CVI的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。按照軟件的功能需要，在讀取測(cè)速靶參數(shù)、通道列表、傳感器列表和保存測(cè)試記錄時(shí)讀寫Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件。在更改通道配置、傳感器型號(hào)和查看測(cè)試記錄時(shí)直接對(duì)Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件進(jìn)行操作，避免了面向代碼的程序修改。既增強(qiáng)了軟件的安全性又降低了對(duì)測(cè)試人員的編程能力要求，使科研人員更關(guān)注于測(cè)試本身。按照數(shù)據(jù)庫(kù)用途，此數(shù)據(jù)庫(kù)文件包含4 個(gè)數(shù)據(jù)表。測(cè)試系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 測(cè)試軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)讀寫結(jié)構(gòu)圖

2.3.1 保存測(cè)試記錄

利用Labwindows/CVI數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，每次測(cè)試后在測(cè)試記錄數(shù)據(jù)表內(nèi)保存測(cè)試說(shuō)明和子彈速度，便于測(cè)試人員查看測(cè)試歷史及測(cè)速數(shù)據(jù)。由于輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試記錄項(xiàng)目較多，因此使用DBImmediateSQL 函數(shù)直接對(duì)指定數(shù)據(jù)表執(zhí)行操作。下面給出該部分程序:

2.3.2 讀取測(cè)速靶參數(shù)

因不同靶場(chǎng)常配備不同型號(hào)的測(cè)速靶，在輕武器殺傷測(cè)試系統(tǒng)啟動(dòng)后，要求首先選擇測(cè)速靶型號(hào)［6］。程序自動(dòng)讀取測(cè)速靶數(shù)據(jù)表，將所有測(cè)速靶編號(hào)列入備選框中。作出選擇后，自動(dòng)讀取對(duì)應(yīng)參數(shù)。當(dāng)測(cè)試條件改變，需要更改測(cè)速靶參數(shù)時(shí)，在Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表中修改即可，無(wú)需面對(duì)代碼。功能主體函數(shù)如下:

2.3.3 讀取傳感器列表

傳感器是輕武器殺傷測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，彈著點(diǎn)附近的傳感器極易因?yàn)樯鋼粑恢闷?、防護(hù)材料擊穿等原因而損壞，因此在測(cè)試過(guò)程中需要更換傳感器。由此常帶來(lái)靈敏度系數(shù)、信號(hào)量程等參數(shù)發(fā)生改變，這就需要在程序中執(zhí)行相應(yīng)的更改［7］。利用數(shù)據(jù)庫(kù)文件較高的獨(dú)立性，修改對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表即可完成傳感器參數(shù)的更改。下面給出代碼主體:

2.3.4 讀取通道列表

為準(zhǔn)確評(píng)估殺傷元對(duì)目標(biāo)的殺傷效應(yīng)，仿人體靶標(biāo)各部位共部署了58 路傳感器與應(yīng)變片。系統(tǒng)啟動(dòng)后，軟件自動(dòng)載入“通道列表”數(shù)據(jù)表，將所有通道定義填充在界面table 控件中提供選擇［8］。當(dāng)高速數(shù)據(jù)采集卡接線方式發(fā)生變化時(shí)，直接修改數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)內(nèi)容即可。下面給出該部分程序主體:

使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)后，輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的假人測(cè)試配置界面如圖4所示。若不使用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，而是將讀取通道配置、傳感器參數(shù)、測(cè)速靶列表以及保存測(cè)試記錄等功能都整合在程序代碼中，則在測(cè)試過(guò)程中，一旦需要批量更改通道配置或更改傳感器部署就需要面向代碼更改對(duì)應(yīng)變量。由于C 語(yǔ)言代碼往往變量繁多且關(guān)聯(lián)緊密，大規(guī)模更改代碼會(huì)影響整個(gè)程序的穩(wěn)定性［9］。該程序利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將測(cè)試中可能發(fā)生更改的大量配置數(shù)據(jù)保存在獨(dú)立的Access 數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有配置數(shù)據(jù)的添加，讀寫?yīng)毩⒂谲浖绦虼a。

圖4 假人測(cè)試通道配置界面

3 結(jié)論

運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于Labwindows/CVI的輕武器殺傷效應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)軟件。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試驗(yàn)證，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集［10］。當(dāng)測(cè)試中使用的硬件設(shè)備發(fā)生變化時(shí)，只需要通過(guò)更改數(shù)據(jù)庫(kù)文件即可實(shí)現(xiàn)軟件中的同步修改，提高了軟件的易用性和可擴(kuò)展性。除此以外，測(cè)試軟件代碼數(shù)量少于2 萬(wàn)行，遠(yuǎn)低于同規(guī)模、同功能測(cè)試軟件，一定程度上降低了出錯(cuò)概率，提高了軟件的執(zhí)行效率。該測(cè)試軟件現(xiàn)已成功應(yīng)用到某研究所輕武器終點(diǎn)殺傷效應(yīng)一體化測(cè)試平臺(tái)中，并且明顯提高了測(cè)試效率。

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