一种射频仪器远程调用共享技术的研究

Abstract： Based on the research of instrument call sharing technology， this article introduces the implementation scheme of instrument call sharing technology from the aspects of function， performance architecture， hardware requirements， hardware design scheme， software design scheme， etc. Through remote control technology， photoelectric conversion technology， data acquisition technology， and host computer software development， multiple remote terminals can call and share instrument units in the instrument management center within the LAN. This study provides a certain reference for other industrial manufacturing enterprises with large demand for instruments and relatively scarce resources to establish instrument call sharing suitable for their own production characteristics in the process of improving instrument utilization. Keywords： Instrument resource management center. photoelectric conversion. Remote control and call. Data acquisition. Resource sharing Literature identification code： Chinese Library Classification Number： Article Number：

引言

利润的最大化，是每个企业永恒的最求的目标，降低生产成本，是利润最大化最有效的途径，仪器成本是企业生产成本的因素之一。如何提高仪器利用率，降低仪器成本投入，提高生产效率，是各企业思考的方向。特别是仪器资源紧张，贵重仪器短缺的制造单位， 如何提高仪器利用率、降低仪器成本更是迫在眉睫。该研究对于其它仪器需求量大的制造业在提高仪器利用率环节建立适合自身加工制造特点提供了一定借鉴。

1．概述

本研究拟采用仪器远程控制、调用技术，达到仪器共享原则的思路来构建一个局域网，确保同一时刻不同类型仪器能够被不同生产作业岗位所调用，从而尽可能提高仪器资源利用率，减少单个生产作业岗位环境搭建时间，降低生产投入成本。

局域网拟采用 ^∘1+N^* 的模式进行建设，即一整套仪器资源与多个生产作业岗位相连，通过调度软件调配仪器资源，满足多个生产作业岗位仪器需求，提高整体的作业效率。

2. 需求分析

目前系统级设备在调测过程中需要测试的项目类型和所需的通用型贵重、瓶颈仪器资源如下表所示

如上表所示，在调测过程中所涉及的测试项目可划分为五大类，每类所需的仪器组合均存在差异。单个系统在执行具体的测试项目类别时，需调用对应的仪器资源，而其他仪器资源则处于等待状态；当全套仪器资源部署至某个生产作业岗时，势必分造成仪器资源闲置和浪费。在满足单个生产作业岗串行测试资源需求的情况下，减少仪器资源等待和闲置时间，最大化地利用闲置的仪器资源服务于多个系统台，提高仪器资源利用率和产品的整体调测效率，是当前系统级产品生产过程中“降本增效”需要解决的一个难题。

3．系统设计

3.1 设计思路

基于产品本身的测试特性，为了提高仪器资源的利用率和产品的调测效率，可采取如下建设思路来解决上述问题：

思路：仪器资源集中共享

将产品所需的所有仪器资源进行集中搭建和管理，建设仪器资源中心，多个测试工位与资源中心互连，通过软件调度实现仪器的并行使用和资源效率的提升。

3.2 设计要点

由于不同生产作业岗位置不同，如果采用仪器资源集中共享的方式来搭建测试环境，生产作业岗与仪器资源中心之间的连接距离势必会远大于常规的单工位产品与测试仪器之间的本地互连，被测产品与仪器之间如何进行测试信号传输是本方案需要考虑的重点。

其次，为了实现多岗位的并行测试和仪器资源的灵活调配，每种类型的仪器资源与每个岗位的被测产品之间，需建设单独的切换链路，确保多工位同时测试时，仪器资源调配不受共用链路限制；但是这将会大大提高链路切换的路数和交换规模，如何设计复杂的链路切换矩阵也是本研究实现的难点。

最后，为了保证产品整体的测试效率和仪器资源利用率均能够达到最优，系统内仪器资源如何调度也是建设时需要突破的关键点。

3.3 解决方案

3.3.1 系统原理

为了解决仪器资源集中共享存在的 了光电转 决远距离传输和链路切换复杂的问题。整个系统由 1 个仪器资 后期建设可根据仪器资源使用情况调配），其中仪器资源共 化终端A、光切换矩阵和交换机等设备组成，每个测试执行岗位由 试主控设备、 岗位看板等设备组成，采用一体化机柜对所有设备进行集成，方便设备之 器资源共享中心位与测试执行工位之间通过LAN 口进行连接。

系统框图如下图所示：

仪器资源共享中心具备产 及光电转换与切换等能力，通过射频 / 光纤转化终端将射频信号 信号通过光纤传输至不同的岗位终端。测试执行岗位具备 入交换机中组成内部局域网，实现测试和控制数据的互连 资源共享中心的资源管理设备通过实时调度测试资源，完成 试资源的分时共享和调度，从而提高测试效率和仪器利用率。

3.3.2 系统组成

4. 光电转换系统简介

光电转换系统由射频 / 光纤转换终端和光切换矩阵组成。射频 / 光纤转换终端包含两个类型的光收发模块，分别是射频 / 光纤转换终端 A 和射频 / 光纤转换终端 B，二者通过光纤进行连接，配对使用，完成射频信号的双向光传输功能。不同射频通路（射频输出或者射频输入）通过光发射机或光接收机的调制或检波后，再通过波分复用器合并或分离光路，实现不同通路的射频信号通过单根光路进行传输。不同射频通路的区别在于光发射及光接收的光波长不同。光切换矩阵用于不同岗位终端间光链路的切换，系统框图如下图所示：

光纤 终射光转端频纤换/B 低/射频输出入光纤 终射光转端频纤换/B 低//射频输入出射光转频纤换/ 光纤 光矩切阵换 纤 终射光转端频纤换/B 低//射频输入出光纤 射光转频纤换/ 低/射频输出入

光电转换系统主要技术指标如下：传输射频信号频率：0.8GHz＼～18GHz ；最大射频输入功率：15dBm ；系统增益： ⩾ 8dBm ；谐波抑制：≥50dBc（0dBm 测试）；具备4×4 光链路切换能力；具备校准、自检、使能控制等功能；4.1 射频 / 光纤转换终端 A/B

射频 / 光纤转换终端由光发射机、光接收机、低相噪射频放大器和光波分复用器等部分组成。光发射机完成信号源输入射频信号的电光变换，射频光接收模块 现了射频 信号的光电变换，进行光波分复用，实现所有种类信号在一根光纤上传输的功能。1 路射频通路（射频输出或者射频输入）对应1 路光发射机或者光接收机。单套射频/ 光纤转换终端内部原理框图如下图所示：

光射频/ 光纤转换终端内部原理框图

光发射机主要包括激光器、电光调制器两个部分。其中激光器采用分布反馈式激光器（DFB-LD），为了保证光发射机的良好工作状态，并从优化系统性能考虑，我们除了要求 DFB-LD 具有较小的线宽、稳定的输出波长、合适的输出光功率之外，还设计了激光器驱动电路、自动温度控制电路 （ATC）、自动功率控制电路 （APC）、和工作状态指示电路如下：

4.2 光切换矩阵

光切换矩阵用于不同工位终端间光链路的切换，考虑到预留光路，设计选用光开光规模为5×4。主要技术指标：

工作波长：1260＼～1650nm ；

插入损耗： ⩽3.0dB ；

消光比：12dB＼～16dB ；

重复性： ⩽±0.05dF ；

串 扰：≥ 55dB ；

偏振相关损耗： ⩽0.05 ；

切换时间：≤ 15ms（相邻顺序切换）；

光纤类型：单模；

传输光功率：≤ 500mW ；

连接器形式：FC/APC ；

监控端口：LNA、RS-232 ；

工作电源：100 ～ 240V（50/60Hz）；

5. 软件设计

岗位管控调度软件通过网络控制，实时调度系统测试资源，实现 4 个测试岗位分时共享一套测试资源。主要功能如下：

具备自检功能，能配合自动测试软件完成岗位设备状态自检；

能够与自动测试软件进行通信，将测试参数和命令下发到自动测试软件，提供接口供自动测试软件上传测试完成通知及测试结果数据；支持自动化测试，测试结果、测试进度实时显示，通过与自动测试平台软件配合，分配调度测试仪器资源完成多个测试工位并行测试作业，实现岗位资源共享；

支持计划测试功能，支持预设定需执行的测试项和执行时间，按照设定的计划自动执行测试；

具备测试报告生产功能，自动存储测试结果并按照一定格式输出测试报告。

具备人员识别功能：通过指纹或者账号实现身份认证识别以及操作人员登录统

具备工位状态信息显示功能，配合工位数据采集系统实现工位温湿度、人员指纹信息、物料信息、设备态等内容的采集；

具备控制声光报警器对工位状态进行声光提示的功能

6．结 语

本文基于仪器调用共享技术研究的背景、意义需求出发，结合相应生产制造环境，运用仪器远程控制技术、光电转换技术、数据融合采集技术、 光矩阵技术、光耦合技术实现仪器资源共享“1+N”模式。该研究对于其它仪器需求量大、资源相对匮乏的工业制造领域在提高仪器利用率环节建立适合自身生产特点的仪器共享提供了一定借鉴。

[ 参 考 文 献 ]

〔1〕. 岳瑞华、徐中英编著 现代测试系统设计〔M〕 国防工业出版社〔2〕. 俞光昀. 计算机控制技术〔M〕电子工业出版社〔3〕. 谭跃刚 控制工业基础 〔M〕 电子工业出版社〔4〕. 孙洪彩、翁维勤 过程控制系统及工程 〔M〕 化学工业出版社〔5〕. 褚君浩、杨平雄 光电转换导论〔M〕 科学出版社〔6〕. 刘同娟 RFID 与 EPC 技术〔M〕 机械工业出版社〔7〕. 蒲滔 光纤通信（第五版）〔M〕 电子工业出版社〔8〕. 梁瑞生 现代光纤通信技术及应用〔M〕电子工业出版社

作者简介：

罗勇（1980-），男，汉族 人，学历：本科，职称：工程师，研究方向：军工电子装备数字化自动调测技术。