科学仪器工作状态监测装置的设计与实现.docxVIP

第 #2 卷%$$I 年 # 月! ! ! !! ! ! ! !分析化学（J*-KD LM(KM*）! 仪器装置与实验技术N7=AOA 1.:P=68 .Q (=68RS7;68 NA57OSPR! ! ! !! ! ! ! !第 # 期+ F +T科学仪器工作状态监测装置的设计与实现马骏骁! 李 伟! 杨智君! 田 地!邱春玲!（吉林大学仪器科学与电气工程学院，长春 #$$%）摘! 要! 建立了支持网络通讯的科学仪器工作状态监测装置。该检测装置以单片机系统为核心，运用信号检测技术获取仪器的工作状态信息，实现有效机时的记录。基于自制编码表对数据进行 ’()*+ 编码，保证了记录信息的安全；支持嵌入式互联网技术将被监测仪器的实时状态上传到远程服务器，实现大型科学仪器的网络化监测。关键词! 检测技术，嵌入式互联网，网络化监测! 引 言近年来，随着国家对科研条件的重视，我国科研院所和高校拥有了相当数量的大型科学仪器。但与此同时，部分仪器利用率不高，资源浪费严重，不利于国家整体科研水平的提高和科技创新。采用网络技术建设仪器工作状态监测系统，客观统计大型科学仪器的有效机时，为国家有效管理大型科学仪器提［时记录的功能，但监测仪器的种类和数量比较有限，主要集中在某个单位或实验室内，且价格昂贵，无法适应大范围监测。部分大型科学仪器自身带有记录装置，但未提供网络传输的接口，只能实现本地记录。本研究针对大型科学仪器工作状态监测需求，基于低速处理器设计了科学仪器工作状态监测装置，该装置实时检测科学仪器的工作状态，并将科学仪器的实时状态和开关机记录通过互联网上传到监测服务器。# 监测系统的结构与技术特征#/ ! 监测系统的控制流程监测系统由科学仪器、监测装置和监测服务器构成，系统流程框图参见图 。有效机时是科学仪器实际的测试样品时间，不包括测试前的样品处理和测试后的结果分析时间，获取科学仪器的工作状态是实现有效机时记录的关键。整个监测过程包括信息提取、信号调理、数据处理和远程通讯。制定检测方案，选用合适的传感器监测相应的被测量，实现工作状态信息的记录，并通过互联网将记录信息上传到远程监测服务器。#$ # 系统的整体结构科学仪器工作状态监测装置由信号检测、数据处理和网络通信 # 部分构成。其硬件系统结构框架如图 % 所示。信号检测部分对仪器的工作状态（ 如加高压、激发源等）实施检测，经信号调理把输入信号转换成可以被单片机 D G H 口采集的电压量；数据处理部分记录科学仪器的有效机时，并对有效机时进行数据加密和存储，显示大型仪器实时状态和累计机时等信息；网络通讯部分将被测仪器的有效机时和仪器状态实时通过以太网送到监测服务器，并接收服务器返回的信息，起到监测装置和服务器之间信息交互的作用。#$ % 检测技术检测技术按检测方式可分为接触式和非接触式两种。接触式检测通过直接接入科学仪器，检测标志仪器工作状态的电流、电压、开关量来记录大型科学仪器的状态变化；非接触式通过光感应、电磁感应! %$$,$#,%+ 收稿；%$$,$+,% 接受本文系国家科技基础条件平台重点建设项目（-./ %$$+01($$$，%$$203($$#）4 *,5678：97:;:=87=? @8:/ AB:/ ;=供技术支撑，是丞待解决的问题。目前，实验室管理信息系统（CDE)） F #］和仪器工作站［+］提供有效机第 @ 期马骏骁等：科学仪器工作状态监测装置的设计与实现! =!G! ! ! 图 ! 监测系统流程框图! ! ! #$% ! #’() *$+%,+- (. -(/$0(,$/% 12103-! ! ! 图 4! 硬件系统结构框图#$% 4! 5’(67 *$+%,+- (. 8+,*)+,3 12103-等手段获取仪器工作状态信号，前端检测部分与大型科学仪器物理上隔离。检测的部位主要是仪器控制面板的操作指示电路、表明仪器工作状态的显示电路和仪器自有的有效机时记录系统等；针对不同种类和型号的仪器采取相应的检测手段，实现多参数综合检测；确保仪器的安全，不影响大型仪器的正常工作。! #$ 加密算法为了保证数据的安全，防止记录信息泄漏或被修改，监测装置对存储信息基于非标准编码表59:;= 编码。基于标准编码表 59:;= 编码的数据容易被解码，信息安全必威体育官网网址功能较差。在深入研究该算法的原理后，监测装置采用非标准编码表当作密匙对数据进行编码，只有知道密匙的解码器才能正确解码。具体步骤如下：）确定一个非标准的编码表，把它存储在监测装置的 #9:? 中；4）59:;=编码程序调用 #9:? 中的非标准编码表对记录数据实现加密；@）编码后的数据流中加入非标准编码表和解码口令。每个监测装置拥有不同的非标准编码表，相对应唯一的解码口令。只有输入正确的解码口令后，监测装置才会提供它的非标准编码表