唐建華 王懷江 李志華 鄭莉 劉瑩瑩

摘 要：本文采用C#、NI、Matlab多語言混合編程，開發(fā)了一種應(yīng)用于管道內(nèi)檢測器的智能型人機(jī)交互軟件。本軟件基于面向過程思想，設(shè)計(jì)了不同工作模式，可良好服務(wù)于檢測器自產(chǎn)品出廠測試、管道檢測前自檢測試、管道檢測、檢測數(shù)據(jù)讀取與離線分析、產(chǎn)品定期質(zhì)檢維修等全壽命周期過程。軟件前臺遵循便捷、大眾邏輯型界面設(shè)計(jì)原則，最大程度降低軟件操作復(fù)雜度；后臺采用自動化數(shù)據(jù)管理，每一步交互操作均具備自動記錄日志功能，不同數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)類型及操作時間自動分類，建立當(dāng)天的數(shù)據(jù)管理架構(gòu)并完成數(shù)據(jù)管理，所有數(shù)據(jù)均支持后續(xù)人工二次查詢分析功能，具備很大的智能性，解放了生產(chǎn)力。另外以動態(tài)鏈接庫方法內(nèi)嵌Matlab算法，可自動分析讀取數(shù)據(jù)，大大提高了軟件工作效率，在工程中得到了成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：管道檢測；人機(jī)交互軟件；智能型；自動化；工程應(yīng)用

中圖分類號：TE973.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0025-03

1 軟件總體設(shè)計(jì)

1.1 前臺界面設(shè)計(jì)

基于面向過程思想，便捷、大眾邏輯型設(shè)計(jì)原則[1]，軟件界面主要設(shè)計(jì)了軟件登錄與軟件主控管理兩部分。登錄界面如圖1所示；主控界面左側(cè)設(shè)計(jì)采樣數(shù)據(jù)曲線動態(tài)顯示功能，中間設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時顯示功能，右側(cè)為人機(jī)交互操作功能，如圖2所示。界面設(shè)計(jì)清晰，且符合大眾常規(guī)操作邏輯。

1.2 后臺程序設(shè)計(jì)

對應(yīng)1.1小結(jié)軟件界面設(shè)計(jì)，以及模塊化設(shè)計(jì)原則，軟件后臺亦包含軟件登錄與軟件主控管理兩部分，程序總體架構(gòu)如圖3所示。

軟件安裝完畢，程序控制安裝根目錄下自動創(chuàng)建“User_Info/UserData.txt”用戶管理文件，內(nèi)含默認(rèn)用戶名及默認(rèn)登錄密碼。啟動軟件，首先進(jìn)入登錄界面，輸入以上用戶名及密碼，匹配成功后自動進(jìn)入軟件主控界面，提示軟件啟動成功。點(diǎn)擊“開關(guān)”，系統(tǒng)首選進(jìn)行通信自檢，點(diǎn)擊“設(shè)備停止”，可根據(jù)需求選擇測試或工作模式，然后軟件進(jìn)行通信、數(shù)據(jù)解析、存儲等。操作完畢，可進(jìn)行USB數(shù)據(jù)讀取、回放、Matlab數(shù)據(jù)分析等[2]。

2 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 端口自動識別

采用RS232人機(jī)接口。為提高軟件智能性及工作效率，設(shè)計(jì)端口自動識別功能。即PC終端與檢測器物理連接后，啟動軟件，自動讀取COM口并顯示[3]，工作人員直接點(diǎn)擊“開關(guān)”對軟件進(jìn)行一鍵傻瓜式啟動，如圖4所示。

2.2 后臺數(shù)據(jù)管理

采用樹形層次型文件管理架構(gòu)設(shè)計(jì)[4]。軟件每次啟動后，首先根據(jù)數(shù)據(jù)類型檢索根目錄下是否存在PC檢測數(shù)據(jù)及USB數(shù)據(jù)文件夾，有則保持，無則建立；然后在文件夾內(nèi)根據(jù)當(dāng)天日期“年-月-日”建立子文件夾；其次在子文件夾內(nèi)，整個檢測器當(dāng)天采樣數(shù)據(jù)、日志操作等，均按照軟件開關(guān)啟動、關(guān)閉時間保存為“*.Dat”文件，便于數(shù)據(jù)管理及查詢。如圖5所示。

2.3 高可靠性通信

所有指令，均設(shè)計(jì)為“幀頭-指令類型-指令內(nèi)容-校驗(yàn)位”模式。所有指令通信均設(shè)計(jì)握手協(xié)議，即PC終端向下位機(jī)發(fā)送指令后，等待下位機(jī)回傳握手指令，收到回傳指令后判定通信成功，否則再次發(fā)送指令，連續(xù)發(fā)送3次指令若均無握手回傳，則判斷通信失敗。

2.4 大數(shù)據(jù)處理

針對大數(shù)據(jù)快速通信，為提高軟件數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)計(jì)乒乓工作機(jī)制，如圖6所示。

開辟兩個靜態(tài)緩存，采樣數(shù)據(jù)首先至串口緩存內(nèi)，數(shù)據(jù)通信線程基于乒乓機(jī)制將n幀（n為整數(shù)，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)）采樣數(shù)據(jù)乒乓交替放入緩存1、2；數(shù)據(jù)處理線程交替將數(shù)據(jù)從兩個緩存內(nèi)讀出并處理。交替工作機(jī)制，提高線程并行工作能力，提高大處理處理實(shí)時性，同時亦保證數(shù)據(jù)完整性、可靠性。

2.5 多語言混合編程

NI搭建前臺界面，C#搭建后臺主程序，以.dll動態(tài)鏈接庫模式內(nèi)嵌Matlab算法，充分利用Matlab強(qiáng)大的數(shù)學(xué)處理工具，實(shí)現(xiàn)軟件負(fù)責(zé)處理算法設(shè)計(jì)[5]。且交互類軟件設(shè)計(jì)人員與Matlab算法設(shè)計(jì)人員可分工并行工作，提高工作效率。如圖7所示。

3 軟件工程應(yīng)用

本軟件已成功應(yīng)用于中海油集團(tuán)12英寸管道超聲內(nèi)檢測器上，2017～2018年初進(jìn)行了40余次內(nèi)場環(huán)路試驗(yàn)，2018年4月在渤海油田海上平臺間進(jìn)行了9公里真實(shí)海管超聲波內(nèi)檢測作業(yè)，軟件及整機(jī)使用效果良好，如圖8所示。

4 結(jié)語

基于面向過程思想，本文提出了一種應(yīng)用于管道檢測器的智能型人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)，解決了檢測器自出廠測試、管道檢測前測試、管道檢測、數(shù)據(jù)讀取分析、產(chǎn)品周期質(zhì)檢等全生命周期需求，大大提高了工作效率，解放了生產(chǎn)力，間接產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益，在工程中得到了成功應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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