某航空發動機試驗臺數據回放軟件設計

陳利 吳玉葉 羅丹 譚雨晨

摘要：針對某航空發動機試驗臺改造升級后，原有數據回放軟件不支持新數據庫、回放功能需擴展的需求，設計一款多功能數據回放軟件，軟件支持SQL Server數據庫數據表打開、數據回放、圖形化顯示、參數分析等功能。應用表明，軟件界面友好，人機交互能力強，通用性好，可推廣到其他試驗臺。

關鍵詞：航空發動機;數據回放;圖形化顯示

0? ? 引言

航空發動機試驗過程中，需通過數據采集系統采集、記錄試驗中轉速、功率、溫度、壓力、振動等數據[1]。某發動機試驗臺原采用基于VXI總線的數據采集系統，數據庫使用Access。在精細化測試需求牽引下，發動機上需要測量的參數多達上千點，原數據采集系統已不能滿足需求。經試驗臺改造升級，數據采集系統改造成基于LXI總線的分布式數據采集系統，數據存儲改用SQL Server數據庫。因此，原數據回放軟件不能滿足需求，表現在以下幾個方面：

（1）不支持SQL Server數據庫的數據讀取;

（2）軟件功能單一，僅能從Access數據庫中讀取數據，傳輸到數據顯示軟件;

（3）不能在回放界面上繪制多個參數的曲線進行對比、分析;

（4）軟件沒有采用組件的方式進行設計，未提供標準接口，不易集成到新開發的數據采集處理軟件中。

針對上述情況，設計一套多功能數據回放軟件，軟件具備友好的人機操作界面，支持SQL Server數據庫數據表打開，具備數據回放、圖形化顯示、參數分析等功能。

1? ? 需求分析

數據回放主要是試驗后讀取存儲在數據庫中的試驗數據，并傳輸到數據顯示軟件，進行數字、曲線、虛擬儀表等多樣化顯示，方便現場試驗人員重新觀看試驗過程，根據試驗人員提出的回放要求，軟件主要功能需求如下：

（1）軟件可自由選擇某個數據庫、某張數據表，可快速定位數據回放起始點;

（2）具備暫停回放、繼續回放、更改回放速率等功能，能按照設定速率將回放數據傳輸到數據顯示軟件進行同步顯示;

（3）具備曲線顯示功能，能在同一個時間軸下對轉速、功率、燃油流量、排氣溫度等關鍵參數進行多曲線顯示，實現多參數比對、分析;

（4）具備移動光標，可顯示標尺所在時刻、重要參數數值;

（5）曲線具備縮放功能，既能觀看數據整體趨勢，也能對某個時間段的數據進行放大，查看數據細節;

（6）具備抓圖功能，可將曲線波形圖輸出為jpg、png等格式的圖片。

2? ? 軟件設計

2.1? ? 軟件總體設計

回放軟件是通過從數據庫中讀取數據表中的參數及其數據信息，按照用戶設置繪制重要參數曲線。通過曲線上查看、分析數據，定位數據回放起始點，并將數據分發到數據顯示軟件進行顯示。軟件包括以下部分：初始化、加載數據庫、讀取數據表、參數提取、曲線繪制、曲線分析、響應用戶操作。軟件執行流程圖如圖1所示。

2.2? ? 界面設計

人機交互界面是數據顯示及用戶操作窗口，根據軟件需求設計的主界面如圖2所示。

圖中，數據庫列表自動顯示所有SQL Server數據庫，雙擊某一行數據庫名稱，數據表列表自動顯示出該數據庫中所有數據表。雙擊某一行數據表，該表中部分數據在界面刷新。點擊某個參數名前的勾選框，使該參數處于選中狀態，曲線顯示框中自動繪制該參數曲線。同時勾選多個參數，可繪制多根曲線。

重要參數曲線顯示框中，設計一根綠色光標和兩根白色光標。綠色光標用來定位數據時刻，移動綠色光標時，界面中的數字控件會顯示綠色光標所在時刻參數數值。白色光標用來定位時間區間，向上滾動鼠標滾輪，可對白色光標所在區間進行放大，以查看該區間數據細節。向下滾動鼠標滾輪，可縮小曲線，恢復至縮略圖狀態。

2.3? ? 程序設計

程序設計是回放軟件的核心，負責實現軟件所有功能。采用Visual Studio 2010作為開發平臺，使用C#語言，結合NI Measurement Studio圖形控件、多線程技術、ADO.NET技術[2-3]等進行編程實現。

數據提取和曲線繪制是最關鍵、最耗時的兩部分。數據提取是基礎，包含提取參數信息、數據信息，當表中數據量大時，程序執行SQL查詢語句耗時長、效率低。為提高軟件執行效率，采用多線程編程來提取參數信息，每個線程負責部分參數的信息提取，如一張表有500個參數，軟件將開辟5個線程，每個線程負責提取100個參數的數據信息。

圖形化顯示是軟件核心，曲線加載效率、移動光標時數據的流暢性直接影響用戶體驗。為提高曲線繪制效率，將曲線加載容量設定為50 000點，若數據表行數大于50 000，采用間隔采樣（即每n個點抽取一個點，n根據數據表的行數動態更改）方式加載該參數縮略圖，反映該參數變化趨勢。鑒于不同參數量程不一致，為在同一個坐標軸中對多參數進行顯示，曲線加載時采用min-max標準化原則對參數進行歸一化處理，將各參數映射到[0，100]。轉換公式如下：

3? ? 軟件應用

圖3是打開某SQL Server數據表的實際效果，操作主界面上的按鈕，軟件沒有明顯的延遲出現，可隨意選擇回放的數據庫、數據表，快速繪制用戶關心的數據曲線，對相關參數進行比較、分析，并將曲線波形保存成圖片。移動曲線框中的綠色光標，可以獲得回放參數在任何一個時間點的數值。移動白色光標，上下滾動鼠標滾輪，可對白色光標所在區間進行局部放大/恢復，如圖4所示。

點擊開始回放按鈕，軟件從綠色光標所在時刻開始讀取數據，并分發到數據顯示軟件進行同步顯示。回放過程中，可通過暫停回放、繼續回放、更改回放速率3個按鈕，對數據回放進行控制與調整，滿足數據觀看需求。

4? ? 結語

本文設計并開發了一套專用于某航空發動機試驗臺的數據回放軟件，軟件支持SQL Server數據庫，具備數據表打開、數據回放、參數對比分析、數據分發功能，很好地滿足了該試驗臺數據回放的需求。應用結果表明，軟件界面設計良好，數據回放控制準確，提供標準接口，功能易擴展，可以很好地移植到其他試驗臺。

[參考文獻]

[1] 胡寶權，許悅，劉振濤，等.某型航空發動機海量試驗數據回放系統設計[J].航空計算技術，2019（4）：119-122.

[2] 孫踐知，張迎新，肖媛媛.C#程序設計[M].北京：清華大學出版社，2010.

[3] 明日科技.SQL Server從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2012.

收稿日期：2020-05-11

作者簡介：陳利（1989—），女，四川南充人，碩士研究生，工程師，研究方向：航空發動機測試。