浅析信息系统中设备数据采集方法

何玉红

(广西金川有色金属有限公司，广西 防城港 538000)

0 前言

随着科研和生产技术的不断发展,计量检测管理信息系统广泛地应用在计量、采样以及各类实验室管理等方面,而在计量检测管理信息系统的实际应用中仪器数据采集是传统纸面信息管理模式实现自动化信息管理的关键。如何采集仪器数据，筛选出有效数据并且以一定的规则提交系统数据库是计量检测管理信息系统比较困难的环节。

1 仪器连接

由于每个仪器设备的操作软件、数据输出格式、图谱文件格式甚至是硬件接口都不相同，情况极其复杂，针对不同品牌，不同型号，不同的数据格式以及不同图谱文件格式的设备，都要编写不同的规则进行对接解析。

1.1 仪器接口的五大分类

(1)仪器没有数据处理系统，但是仪器测试结果可以根据标准的通信协议比如通过RS- 232等接口传送分析结果，如化验精密电子天平、紫外分光光度计等；

(2)文本类接口方式，即仪器本身自带数据处理系统，同时测试结果能够在电脑上保存为或者导出文本类型(后缀为*.TXT或*.CSV)，如安捷伦、岛津的色谱工作站、ICP的工作站文件等，这种接口在传统信息系统数据采集中较为常见；

(3)虚拟仪器接口，采用VT技术(虚拟化)，目前检测仪器本身自带的数据处理系统通常提供了打印分析结果的功能，计量检测管理信息系统利用虚拟打印机打印分析结果，将分析结果在打印时解析，然后提交给数据管理系统，这个功能一般自带数据处理系统的仪器都适用；

(4)仪器本身自带数据处理系统，同时数据文件以Access数据库的形式进行保存(后缀为*.MDB)，Foxpro数据库的形式进行保存(后缀为*.DBF)如火花直读分析仪等；

(5)仪器自身带有数据处理系统，同时RS- 232接口连接方便，仪器结果既可以通过标准的通信协议用RS- 232等接口传送结果，也可以通过软件设置直接从数据库提取数据，这种方式最典型的仪器有金钟计量衡器、托利多衡器等。

1.2 常见仪器数据采集方法

1.2.1 第一类仪器接口

这类仪器没有配套计算机设备，数据实时显示在仪器自带屏幕上，为了获取数据信号，采用的方式是，采用串口服务器，将仪器数据信号转换成网络信号传输到数据库服务器，经过服务器解析再传输各个工作站。

(1)串口服务器通过串口转接线连接仪器和网络(一般为局域网)，如图1所示。

图1 串口服务网络连接图

串口服务器的配置界面如图2所示(操作模式采用tcp client)。

图2 串口服务器的配置图

Network界面设置串口服务器的地址，子网掩码，网关等信息。设置串口联网服务器IP地址与主机IP为同一个网段。

在Operateing Mode界面设置模式和主机ip地址等信息。Destination host：目标主机即服务器的ip地址，tcp client是串口服务器的工作模式的一种，它通常是成对使用的，client端设备的目标IP为串口服务器的地址，一般一个串口服务器提供了8个串口，也就是说它可以同时为近距离放置的8台小型仪器提供串口数据转换服务，默认的目标IP端口为4001，用本地端口号来区分不同的串口。

在Serial界面设置所使用的串口号，这个可以用来区分每个串口传输的数据信息。

(2)数据服务器设置串口连接的设备所对应端口的解析规则，如图3所示。

图3 设备连接端口解析配置图

每个串口根据串口服务器的地址和串口端口号与其他串口区别，这样解析程序就清晰的区分了每台设备上传输的数据。

此方式将串口采集到的信号通过串口服务器转换成网络信号，由数据服务器接收，在数据服务器里设置解析规则，解析后信号再传输给计量检测信息管理系统，多应用于如化学精密天平这类未配置计算机的小型仪器。

1.2.2 文本类仪器接口

数据文件保存成TXT格式，CSV格式或者是XLS格式以供第三方软件读取。TXT文件中需要提取的有效信息存在于文本的不同行列中，这是自动提取数据的技术难题。因此文本文件的解析是自动提取该类数据的关键。

计量检测信息管理系统通过窗口的可视化定义，无需通过专业的源代码来完成这一过程。

如图4所示，化学工作站(仪器为荧光)的文本文件。需要提取的信息有：条件区和分析结果区中的组分名列和分析结果列。

图4 文本类仪器接口(荧光)原始数据截图

(1)首先设置与定义所要提取的信息的区域。第一步：将要提取的信息按组划分区域并定义区域名；第二步：定义所在区域的起止标识与特征标识、取值方式等。

(2)其次设置与定义所要提取的字段。第一步：定义要提取的字段。在上面文本文件中，样品编号、项目(元素)、做样时间、分析结果都是我们要提取到系统中的字段。第二步：对每一个要提取的字段，定义标识，包括：字段类型、所在区域、行列标识等。

图5 文本类仪器接口(荧光)数据解析截图

在原始记录单模版用公式进行进一步的筛选、配对，如图6所示。

图6 文本类仪器接口原始记录设置图

文本接口采集数据方式是通过仪器软件导出excel或者文本文档，然后再由开发人员针对不同格式编写解析软件，这种方式存在操作过程复杂，解析速度慢的弊端。

1.2.3 虚拟仪器接口

虚拟仪器接口数据采集，采用VT技术(虚拟化)结合条码识别技术来实现数据采集将大幅提高数据采集速度，虚拟仪器接口以仪器的分析报告格式为基础，建立一定规则的接口，从采集到的的字符中解析数据和对应的项目，并完成关系的匹配，然后进入原始记录单，在原始记录单中对解析获得的数据进行最后的处理。

计算机系统环境：系统为winxp以上。

软件环境：(1)虚拟打印机Acrobat_8_Pro.iso以上版本。(2)计量检测信息系统的仪器解析系统

数据库环境：Lumix平台下搭建Oracle10数据库

(1)安装虚拟打印机软件，并将其设为仪器计算机的默认打印机，设置输入文件的路径，并选择覆盖上次打印文档。

在控制面板的打印机和传真窗口中将虚拟打印机设置成默认打印机，并为打印机设置打印文件所在路径，分别在打印机属性窗口和在打印机参数窗口设置路径，如下图所示：

图7 控制面板之打印机配置图

图8 虚拟打印机配置图

进入解析设置窗口，设置工作目录和备份文件目录，工作目录是指虚拟打印机提取文件的目录，备份文件目录是指覆盖上次打印文件前存储打印文件的目录。而条码扫描后自动出现在条码列，可以删除或者选择所识别的条码。

(2)路径确定后进入解析设置窗口，建立解析规则。

图9 虚拟仪器接口解析规则配置图

(3)建立仪器原始记录单，某一项目或者样品解析出来的结果因测量的次数不同而存在不同的取舍关系，因此原始记录单必须提供了选择数据的功能，如果不选则对多个数据取平均值。

原始记录单至少应由两页组成，第一页如图10所示。

图10 虚拟仪器接口原始记录设置图

第二页如图11所示：后台数据选择、计算和匹配处理。

图11 虚拟仪器接口原始记录的后台数据设置图

数据匹配和数据休约公式采用spround函数实现，格式如下：spround(string(sheet2!E4),2,6,col(),row())。

计量检测信息管理系统的虚拟仪器接口实现方案是将分析报告转化为虚拟打印文件格式，再通过解析规则实现有效数据采集后导入管理信息系统数据库的过程。采用虚拟仪器接口和条码解析方式采集仪器数据，解析速度快，操作灵活,是目前理想的数据采集方式。

1.2.4 MDB类与DBF类等数据库仪器接口

数据库类接口解析以托利多衡器为例。

(1)这类接口由于是数据库结构，信息存放位置规整，只需要将数据库文件存放位置定义好，前提条件是对数据库格式和字段具有清晰的了解。系统设置如图12所示。

图12 数据库接口基本信息设置图

在接口设置中定义仪器数据库的记录筛选条件和仪器数据库字段名称和字段数据类型对应系统数据库字段的字段名称和字段数据类型。实现仪器数据快速批量导入计量检测管理信息系统。

数据库字段提取设置，如图13所示。

图13 数据库接口解析规则配置图

(2)这种方式实现快捷准确的将数据批量提交入库，优点是速度快，准确率高，设置工作量少。

1.2.5 第五类接口

仪器接口的第五类仪器接口，比如衡器计量天平，这类仪器有配套的计算机及配套的小型数据库处理软件，所以它既可以用串口采集，也可以用数据库导入系统，这里介绍通过串口传输的方式采集衡器实时称重数据。

串口连接的关键在于通讯协议的定义，超级终端是通用的串口解析工具，只要有串口的仪器都可以使用它来采集串口数据信息。

计量检测管理信息系统串口解析主要针对RS- 232接口类型，我们可以通过RS- 485/RS- 232转换器，将接口转换为RS- 232进行处理,这样几乎所有的串口都可以通过计量检测管理信息系统进行解析了。串口管脚定义如表1所示。

表1 串口管脚定义表

采集时首先确定设备的波特率和数据位等信息，将其输入超级终端等连接测试工具，建立通讯连接，采集串口数据信号(例如：托利多衡器采集信号为ZT000.000t)，根据采集到的数据格式，再进入系统的串口通讯定义模块，定义通讯协议，如图14所示。

图14 串口连接定义配置图

完成通讯协议定义后，还需要对串口发送的字符串进行顺序解析设置，包括字符串长度、分隔符等,如图15所示。

图15 串口采集数据解析规则配置图

以上设置，使连续的仪器数据信号,例如“T000.000t”，以“000.000t”传输，并且以不断覆盖上一条信号的方式出现在计量单中，如图16所示。

图16 实时计量数据采集原始记录截图

计量单中显示了实时采集数据和从数据库中提取的样品信息。点击按钮，动态毛重数据固定，并在输入车号时从数据库中提取最新皮重数据，减除皮重，获取净重。

通过这些设置实现在计量时，采集数据实时显示在称重计量单上，并且在点击称重按钮后将称重数据直接提交入数据库管理系统，而无需经过计量程序再入库，但是采集过程受到网速的制约。

1.3 各类接口的应用

目前在化验和衡器计量领域，由于设备和仪器种类的繁多，同类设备自带的程序也是各种各样，这就造成没有哪种连接方式可以实现所有仪器设备的数据采集，所以根据各种仪器设备以及它们所带软件的特点，选择适合的连接方式，并且各种连接方式综合利用是目前最现实而又可靠的数据采集方式。目前在企业实际作业现场，根据车辆密集程度选择使用数据库接口采集式或者串口采集衡器称重数据方式，减少了每日出具的计量单量，既提高工作效率又节约成本；虚拟仪器接口采集方式和串口采集方式在实验室应用广泛，尤其是条码技术的应用对分析元素量大的仪器更是大大提高了数据提交的速度，但是随着仪器采集数据领域技术也不断进步，很多地方还需要不断努力改善，还有很多工作要做。

2 结论

目前仪器数据采集在企业的计量检测信息管理系统中运行状况稳定，现场反映良好；数据通过接口采集连接入库后，经过系统分析处理和分享，企业各层级管理和生产岗位可以通过报表等方式使用生产数据，实现数据更好地为管理和生产服务。