一種用于管道內檢測器的智能型交互軟件設計

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)了一種應用于管道內檢測器的智能型人機交互軟件。本軟件基于面向過程思想，設計了不同工作模式，可良好服務于檢測器自產品出廠測試、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、產品定期質檢維修等全壽命周期過程。軟件前臺遵循便捷、大眾邏輯型界面設計原則，最大程度降低軟件操作復雜度；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，建立當天的數(shù)據(jù)管理架構并完成數(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，解放了生產力。另外以動態(tài)鏈接庫方法內嵌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用。

關鍵詞：管道檢測；人機交互軟件；智能型；自動化；工程應用

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

1 軟件總體設計

1.1 前臺界面設計

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

1.2 后臺程序設計

對應1.1小結軟件界面設計，以及模塊化設計原則，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，內含默認用戶名及默認登錄密碼。啟動軟件，首先進入登錄界面，輸入以上用戶名及密碼，匹配成功后自動進入軟件主控界面，提示軟件啟動成功。點擊“開關”，系統(tǒng)首選進行通信自檢，點擊“設備停止”，可根據(jù)需求選擇測試或工作模式，然后軟件進行通信、數(shù)據(jù)解析、存儲等。操作完畢，可進行USB數(shù)據(jù)讀取、回放、Matlab數(shù)據(jù)分析等[2]。

2 軟件詳細設計

2.1 端口自動識別

采用RS232人機接口。為提高軟件智能性及工作效率，設計端口自動識別功能。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]，工作人員直接點擊“開關”對軟件進行一鍵傻瓜式啟動，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設計[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；然后在文件夾內根據(jù)當天日期“年-月-日”建立子文件夾；其次在子文件夾內，整個檢測器當天采樣數(shù)據(jù)、日志操作等，均按照軟件開關啟動、關閉時間保存為“*.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，均設計為“幀頭-指令類型-指令內容-校驗位”模式。所有指令通信均設計握手協(xié)議，即PC終端向下位機發(fā)送指令后，等待下位機回傳握手指令，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，設計乒乓工作機制，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，數(shù)據(jù)通信線程基于乒乓機制將n幀（n為整數(shù)，根據(jù)實際需求設計）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)從兩個緩存內讀出并處理。交替工作機制，提高線程并行工作能力，提高大處理處理實時性，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)鏈接庫模式內嵌Matlab算法，充分利用Matlab強大的數(shù)學處理工具，實現(xiàn)軟件負責處理算法設計[5]。且交互類軟件設計人員與Matlab算法設計人員可分工并行工作，提高工作效率。如圖7所示。

3 軟件工程應用

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

4 結語

基于面向過程思想，本文提出了一種應用于管道檢測器的智能型人機交互軟件設計，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、產品周期質檢等全生命周期需求，大大提高了工作效率，解放了生產力，間接產生了很大的經濟效益，在工程中得到了成功應用。

參考文獻

[1]（美）拉斯基（Jef Raskin）.人機界面[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]王坤.高清晰度油氣管道腐蝕檢測器數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設計[J].天然氣工業(yè)，2007，27（1）：108-110.

[3]王小科，王軍.C#開發(fā)實戰(zhàn)1200例[M].北京：清華大學出版社，2011.

[4]陳明.數(shù)據(jù)結構與算法（C語言版）[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[5]趙忠海，張洪文，劉秀峰.基于C#與MATLAB混合編程實現(xiàn)變形預測分析，測繪與空間地理信息，2012，35（5）：122-124.