一種面向大規模光學器件生產的數據采集系統

一種面向大規模光學器件生產的數據采集系統

何曉紅，阮于華*

(安徽大學 物理與材料科學學院，合肥 230601)

摘要：為了在大規模生產光器件時進行光路熔接和測試相關數據的采集與記錄，利用熔接機的通訊功能及LabWindows/CVI軟件開發平臺，開發了一種數據采集系統。該系統實現了熔接機數據采集、上位機工藝流程控制、生產相關數據電子報表生成、光器件相關數據數據庫存儲訪問等功能。結果表明，該系統可以穩定工作。這對解決人工記錄數據帶來的效率低下、差錯率高等問題是有幫助的。

關鍵詞：光學器件；數據采集系統；軟件設計；軟件模塊

*通訊聯系人。E-mail:yuhua.r@163.com

引言

隨著光通信和光纖傳感產業的迅速發展，國內的光通信產業也隨之發展，光纖器件和光電子設備的市場需求迅速增加。光纖器件生產中光路熔接是一種基礎技術，而光纖熔接點的相關數據的采集與記錄工作日益成為光路生產與記錄的生產瓶頸，是制約各器件商和設備商的生產效率和質量控制能力的重要因素之一。作者基于這方面的原因，結合光路熔接的控制要點，綜合考慮未來光通信產業即將進一步迅猛發展的趨勢，設計了一種熔接機數據采集系統。

1系統簡介

本數據采集系統[1-2]的原理是利用熔接機現有的串口通信功能和視頻輸出功能，結合光器件光路熔接和測試需求來開發數據采集系統。其原理方框圖[3]如圖1所示。

利用熔接機自身包含的視頻輸出口和串行通訊口，上位機軟件采用的串口通訊協議通過通訊模塊控制和獲取熔接機數據信息；上位機通過網絡與數據庫服務器或者工藝指令信息機器完成記錄數據在服務器上的存儲訪問或者接收和反饋給管理人員通過工藝指令機器發出的指令信息。上位機軟件的各種功能通過各個軟件子模塊來完成，各軟件模塊通過上位機軟件設置的全球變量進行數據交換或實現模塊間數據通信。圖1中各模塊的主要功能分別為:熔接工藝控制模塊是根據光路熔接記錄需求確定光路熔接的工藝步驟并完成相關數據的采集記錄; 時時信息反饋模塊是完成于工藝指令機器上管理人員的信息交流與反饋，同時將熔接機串口發出的原始信息顯示給上位機操作人員; 熔接機同步模塊是熔接機同步仿真界面; 通訊模塊完成上位機與FSU995/975的數據通信功能; 數據庫訪問模塊是完成上位機對數據庫服務器的訪問，實現所需數據的記錄與修改; 報表生成模塊是光路熔接的相關工藝數據的電子報表，分別為直接通過打印機打印輸出和電子檔EXECL格式兩種; 熔接機保養模塊是完成熔接機日常或周期保養的提醒與數據記錄; 特權操作模塊是在熔接機出現故障時，通過特權模塊進行人工操作各軟件功能; 熔接指令模塊是完成上位機對向熔接機發出指令的軟件協議封裝，同時為上位機軟件的其它模塊提供對熔接機反饋信息解封裝后的通用信息; 幫助說明模塊是為上位機用戶提供簡明扼要的使用教程。其中熔接工藝控制模塊、時時信息反饋模塊、熔接機同步模塊、通訊模塊是主模塊，主模塊指軟件初始運行時，直接在軟件窗口界面展現在用戶面前的前臺模塊，是完成本軟件功能的基本模塊。而數據庫訪問模塊、報表生成模塊、熔接機保養模塊、特權操作模塊、熔接指令模塊、幫助說明模塊均是子模塊，子模塊需要通過下拉菜單訪問或隱含在軟件源代碼中，是完成本軟件功能的高級模塊。

Fig.1　Block diagram of data acquisition system of a welding machine

2熔接機數據采集系統的開發與調試應用

2.1　硬件拓撲結構

基于以上原理，在硬件架構上采用了基于以太網的網絡拓撲形式,如圖2所示。

Fig.2Hardware topology of the data acquisition system of the welding machine

2.2　軟件設計

把數據采集系統軟件的主要組成部分為數據庫軟件、上位機軟件、工藝指令機器軟件三部分。

2.2.1數據庫軟件[4]數據庫軟件采用Windows2003 操作系統平臺和Microsoft SQL 2000數據庫軟件完成數據庫服務器的搭建。

2.2.2上位機軟件上位機軟件主要由10個軟件模塊組成，各模塊間彼此獨立又相互聯系。各個軟件模塊獨立完成相應的軟件功能，模塊間通過全球變量傳遞數據。這使得各個軟件模塊可以單獨升級而在最大程度上減小對其它軟件模塊功能的影響。很大程度上降低了軟件升級維護和推廣應用的難度。軟件間數據的交換采用變量定義區的全球變量池來實現，軟件設計時各個軟件只需定義好與模塊自身相關的輸入輸出后，將其放入變量池中即可開始正常工作，在各個功能模塊執行順序不是非常嚴格的情況下顯得尤為方便。

本上位機軟件采用美國國家儀器公司的LabWindows/CVI軟件平臺開發[5-6]。LabWindows/CVI的C程序員是一個軟件開發環境。LabWindows/CVI中提供了強大的函數庫和一套全面的軟件工具，包括數據采集、分析和顯示等方面的應用，LabWindows/CVI將ANSI C的強大功能和靈活性相結合，非常易于構建虛擬儀器系統。所以本文中采用其進行交互式開發數據采集和儀器控制應用系統[7-10]。

本上位機軟件的主界面如圖3所示。

Fig.3　Data acquisition system of the welding machine

軟件啟動后，數據采集系統主界面主要包含熔接機同步模塊、通訊模塊、熔接工藝控制模塊和時時信息反饋模塊4個部分。

熔接機同步模塊完全模擬了FSU995/975[11]的人機對話界面，同時熔接機同步模塊采用選項卡形式，預留了多種光纖熔接機型號，為軟件后續適應熔接機設備的更新換代或軟件的深度開發預留了極大的拓展空間。

通訊模塊為上位機和熔接機之間的串口通信方式，提供了所有參量的調整方式，在串口數不大于8、比特率不大于56kbit/s的情況下，本軟件的通訊模塊提供了一種串口通信萬能接口的方式，為配合熔接機同步模塊適應多廠家多品牌的熔接機預留了極大的靈活性。

熔接工藝控制模塊根據光路生產中實際工藝控制和產品記錄的實際需求，能夠記錄所需的數據。其中，光器件及其各種原材料的型號和序列號、操作人員的信息由操作員人工錄入；各熔接點的光纖切割角度值、熔接估計損耗值、熔接熱像圖等由軟件從熔接機直接讀取；各熔接點的熔接先后順序、返工次數、所需采用的熔接程序、熔接損耗合格與否由熔接工藝控制模塊控制或判斷。

時時信息反饋模塊接收管理人員通過工藝指令信息機器發出的相關指令，并將其顯示在左側文本框中提示熔接操作員，右側的文本框則顯示熔接機反饋的所有原始信息，用于記錄熔接機的工作狀態，并為設備管理人員提供信息參考。

本上位機的另外6個子模塊直接隱含在軟件代碼中或者須通過軟件界面菜單欄的下拉菜單進行訪問。

對于報表生成模塊，在文件下拉菜單下對應為生成PDF格式報表或者EXECL表格形式的報表兩種方式，點選相應的菜單選項后，具體的軟件操作都將在后臺完成，生成的報表或表格將直接調用PDF文檔查看軟件或者MS Word軟件直接打開呈現給操作者。同樣執行方式的還有熔接機保養模塊。

熔接指令模塊和幫助說明模塊分別通過congfig和help下拉菜單訪問，熔接指令模塊提供了熔接機命令的批處理方式，為熔接數據采集和控制的自動化提供模塊化的選擇方案。

幫助說明模塊則為操作人員提供了簡易快速的軟件操作說明。

特權操作模塊是本軟件中的一個特殊模塊，在本軟件主界面熔接工藝控制模塊中的兩個笑臉中間，設置了特權操作的入口，在右鍵雙擊笑臉中間位置，會彈出密碼輸出窗口，輸入正確后，原熔接工藝控制主界面中的各個數據和記錄顯示口都將轉變為顯示和輸入雙向口，允許操作員手動修改顯示窗口的數據，這為生產工序在設備或軟件出現臨時故障的時候提供了有效的應對方式。

2.2.3工藝指令機數軟件工藝指令信息機器則直接采用網絡公開的TCP/IP調試助手軟件完成相應的通訊功能。

由于本數據采集系統的各個軟件模塊功能相對獨立，所以各軟件總體上采用了相互獨立的編程模式[11-12]，如圖4所示。

Fig.4　Block diagram of the software module source code

3調試應用

圖5為將本數據采集系統應用于光路生產線，經本數據采集系統生成打印的與產品相關的數據采集樣表之一。

Fig.5　Sample chart of report generation of data acquisition system

4結論

通過對大規模生產光器件光路熔接和測試需求的合理分析，并將其細化分解，對應于本數據采集系統各軟件模塊部分，經過系統化的軟硬件設計與編程，提供了一套有效的熔接數據采集方案，將該方案應用于光路生產線,實現了高效率、簡潔、實時的數據采集。

參考文獻

[1]ZHAO Y L,ZHOU J T,XIANG Y.Design of laser marker digital

control systems based on DSP[J].Laser Technology,2012,36(6):724-726(in Chinese).

[2]HE X,ZHANG B,ZHOU K.Automatic acquiring and analyzing system of laserspot based on virtual instruments[J]. Laser Technology,2012,36(2):244-246(in Chinese).

[3]LI M Z. Design and realization of data acquisition and monitoring system based on LabWindows/CVI[D].Wuhan：Wuhan University of Technology，2009：29-30(in Chinese).

[4]ZHENG A Q，QI F，GU Y H. SQL serverp practical course[M].Beijing：Electronic Industry Press，2002:27-161(in Chinese).

[5]NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATE HEADQUARTERS.LabWindows/CVI getting started with LabWindows/CVI[EB/OL].(2004-12-06)[2013-06-10].http://digital.ni.com/manuals.nsf/websearch/E07142D24C9D1EDE86257B5B005EE91D.

[6]NATIONAL INSTRUMENTS CORPORATE HEADQUARTERS.LabWindows/CVI release notes，version[EB/OL].(2004-12-06)[2013-06-10].http://www.ni.com/pdf/manuals/373552j.pdf.

[7]SONG Y F.LabWindows/CVI gradually in-depth and development instance[M].Beijing：Mechanical Industry Press，2003:1-139(in Chinese).

[8]ZHANG F Y.LabWindows/CVI development portal and prestige[M].Beijing：Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press，2001：317-335(in Chinese).

[9]ZHU Z R，CAI Z M，GUO Y. Data acquisition system based on LabWindows/CVI[J].Electronic Measurement Technology，2007,30(1):105-118(in Chinese).

[10]DOU Y Y.The data acquisition and control system based on LabWindows/CVI and MATLAB[D].Zhuzhou：Hunan University of Technology，2009：46-47(in Chinese).

[11]ZHOU J R, LIU H T. The use of ericsson FSU 975 optical fiber welding machine.China Cable Television,2002(1):54-55(in Chinese).

[12]TAN H Q. C program design[M]. Beijing：Tsinghua University Press, 1991:143-200(in Chinese).

Data acquisition system used in large-scale optical device production

HEXiaohong,RUANYuhua

(School of Physics and Materials Science, Anhui University, Hefei 230601, China)

Abstract：In order to meet the needs of data acquisition and recording of optical path fusing and testing in large-scale optical device production, a data acquisition system was developed based on communication function of welding machine and LabWindows/CVI software development platform. The system has the functions of fusing machine data collection, computer process control, production data electronic report generation and optical device data access and storage. The test results show that the system is stable. It is useful for improving the efficiency and decreasing the error of handmade data recording.

Key words:optical devices；data acquisition system；software design；software module

收稿日期：2014-01-22；收到修改稿日期：2014-02-28

作者簡介：何曉紅(1988-)，女，碩士研究生，現主要從事光纖通信與光纖傳感的研究。

中圖分類號：TN249

文獻標志碼：A

doi:10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.01.011

文章編號：1001-3806(2015)01-0057-04