一种氢原子钟监控系统技术方案

本发明专利技术提供一种氢原子钟监控系统，包括监控装置和上位机平台，该上位机包括故障诊断专家系统模块，该专家系统模块包括：人机交互接口，实现用户或专家与故障诊断专家系统的信息交互；知识获取器，将用户或专家提供的信息转换为相应的故障诊断知识；知识库，接收并存储故障诊断知识；数据库，存储氢原子钟的各运行参数的实测值；推理机，根据各运行参数的实测值以及故障诊断知识进行分析推理，以获取相应的诊断结论和解决方案；解释机，对推理机获取的诊断结论和解决方案进行解释，并将解释结果传递至人机交互接口进行显示。本发明专利技术可及时、智能地诊断出氢原子钟发生故障的部位和原因并给出相应的解决方案，因而大大提高了氢原子钟的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种氢原子钟监控系统
本专利技术涉及氢原子钟故障诊断领域，尤其涉及一种氢原子钟监控系统。
技术介绍
氢原子钟作为一种最稳定的频率标准，是许多科学实验室和生产部门广泛使用的一种精密的时钟。我国自1972年研制成功第一台实验室型氢原子钟，经过近半个世纪的改进工作，氢原子钟频率稳定性指标从初期的E-12量级水平已经迈进了E-16量级的行列。但对氢原子钟的可靠性而言，目前还有很大的改进空间，主要包括以下几个方面：(1)氢原子钟腔内温度变化引起的腔频率变化对钟频率的牵引效应是目前直接影响氢原子钟频率稳定度的主要因素，而现有的氢原子钟温控设计还是沿用老式的模拟电位器控温模式，即，通过人工计算，手动调节电阻的方式来调整腔泡系统的温度，显然这种模式对温度的控制是很难精确把握的。(2)现有氢原子钟的频率综合器数值是经过多级电路板间数据处理然后输出数据的，因而在任何一级出现故障都会造成输出数据错误。(3)在电路设计方面，目前的氢原子钟监控装置的主控芯片仍采用51系列单片机，由于51单片机结构简单、功能有限，所以在设计中需要连接很多的外围电路来实现诸多设计功能，因此所设计出的电路臃肿、庞杂，存在很多故障点。就串口通信来说，出于产品对双串口的需求，采用了8251的串口扩展模式，从产品的运行状况来看，串口通信出错频度居高不下，从而失去了对产品的远程监控功能。(4)就现有上位机平台监控方面而言，仅能实现对氢原子钟的运行参数数据进行采样，并对历史数据进行绘图、查询的功能。出现故障后，并不能快速定位和诊断故障并给出解决方案，也不能对各个参数间的变化关系进行分析统计。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于故障诊断专家系统的氢原子钟监控系统，以满足智能故障诊断的要求，从而提高氢原子钟的可靠性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种氢原子钟监控系统，包括一监控装置和一上位机平台，其中该上位机平台包括故障诊断专家系统模块，该故障诊断专家系统模块包括：人机交互接口，其实现用户或专家与故障诊断专家系统的信息交互；连接至所述人机交互接口的知识获取器，其将所述用户或专家提供的信息转换为相应的故障诊断知识；连接至所述知识获取器的知识库，其接收并存储所述故障诊断知识；连接至所述监控装置的数据库，其存储所述监控装置检测到的所述氢原子钟的各运行参数的实测值；连接至所述知识库和数据库的推理机，其根据所述各运行参数的实测值以及所述故障诊断知识进行分析推理，以获取相应的诊断结论和解决方案，并将所述诊断结论、解决方案以及在推理过程中产生的中间数据存储至所述数据库中；以及连接在所述人机交互接口与所述推理机之间的解释机，其对所述推理机获取的所述诊断结论和解决方案进行解释，并将解释结果传递至所述人机交互接口进行显示。进一步地，所述知识库包括事件库和规则库，所述事件库存储基于所述氢原子钟的所述各运行参数的故障事件，所述规则库存储根据所述故障事件诊断所述氢原子钟的故障状态的诊断规则。优选地，所述事件库至少包括以下事件：事件B(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数正常传输；事件O(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数超出合理范围；事件M(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数发生突变；以及事件R(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数发生大范围波动。优选地，所述推理机包括：参数状态推理单元，其根据所述各运行参数的实测值所触发的相应所述事件来判断所述各运行参数的状态；连接至所述参数状态推理单元的故障诊断推理单元，其根据所述各运行参数的状态以及所述诊断规则推理出所述氢原子钟发生故障的原因和部位；以及连接至所述故障诊断推理单元的解决方案推理单元，其根据所述发生故障的原因和部位推理出解决方案。进一步地，所述监控装置包括：连接至所述上位机平台的ARM主处理器；分别连接至所述ARM主处理器的FPGA从处理器和频率综合器；以及分别连接至所述FPGA从处理器的AD采样模块和温度控制模块。进一步地，所述监控装置还包括连接至所述ARM主处理器的液晶屏、以及分别连接至所述FPGA从处理器的LED显示模块、按键模块和存储器。进一步地，所述频率综合器采用DDS技术实现。优选地，所述温度控制模块采用数字化温度控制器实现。优选地，所述监控装置通过串口或网口连接至所述上位机平台。优选地，所述ARM主处理器通过FSMC总线连接至所述FPGA从处理器。综上所述，本专利技术通过在上位机平台中集成故障诊断专家系统模块，从而可以通过远程手段及时、智能地诊断出氢原子钟发生故障的部位和原因并给出相应的解决方案，因而大大提高了氢原子钟的可靠性。此外，本专利技术通过采用ARM(AdvancedRISCMachine,高级精简指令集机器)、FPGA(Field－ProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)替代原本功能单一、外围复杂的51单片机，从而使监控装置的电路集成度提高、外围电路简化、功能更加强大、性能更加稳定，确保了氢原子钟监控系统在硬件电路方面的可靠性。同时，由于本专利技术的频率综合器模块采用DDS技术实现，温度控制模块采用数字化温度控制器实现，因而进一步提高了监控系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术的氢原子钟监控系统的连接框图；图2为本专利技术中的故障诊断专家系统模块的连接框图；图3为本专利技术中的推理机的连接框图；图4为本专利技术中的推理机的工作原理图；图5为本专利技术中的故障诊断专家系统模块的一个实施例的工作流程图。附图标记如下：1、上位机平台；11、故障诊断专家系统模块；111、人机交互接口；112、知识获取器；113、知识库；114、数据库；115、推理机；1151、参数状态推理单元；1152、故障诊断推理单元；1153、解决方案推理单元；116、解释机；2、监控装置；21、ARM主处理器；22、FPGA从处理器；23、液晶屏；24、频率综合器；25、AD采样模块；26、温度控制模块；27、LED显示模块；28、按键模块；29、存储器。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。本专利技术的氢原子钟监控系统如图1所示，包括一监控装置2和一上位机平台1，且该上位机平台1包括一故障诊断专家系统模块11。图2示出了故障诊断专家系统模块11的一个实施例，其包括人机交互接口111、连接至人机交互接口111的知识获取器112、连接至知识获取器112的知识库113、连接至监控装置2的数据库114、连接至知识库113和数据库114的推理机115、以及连接在人机交互接口111与推理机115之间的解释机116。其中，人机交互接口111用于实现用户与故障诊断专家系统的信息交互，其一方面实现对知识库113的扩充、修改和维护，另一方面为用户提供菜单选择和屏幕提示，从而可以方便地进行诊断、咨询，直观地了解诊断情况。知识获取器112是人机交互接口111与知识库113之间的接口，用于将人机交互接口111输出的信息转换为相应的故障诊断知识后传输至知识库113。知识库113是专家系统的关键部件之一，其用于存储故障诊断知识，并且知识可以通过人机交互接口111或自学习进行更新。在本实施例中，知识库113包括事件库和规则库，事件库存储基于氢原子钟的运行参数的故障事件，规则库存储根据故障事件诊断氢原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢原子钟监控系统，包括一监控装置和一上位机平台，其特征在于，该上位机平台包括故障诊断专家系统模块，该故障诊断专家系统模块包括：人机交互接口，其实现用户或专家与故障诊断专家系统的信息交互；连接至所述人机交互接口的知识获取器，其将所述用户或专家提供的信息转换为相应的故障诊断知识；连接至所述知识获取器的知识库，其接收并存储所述故障诊断知识；连接至所述监控装置的数据库，其存储所述监控装置检测到的所述氢原子钟的各运行参数的实测值；连接至所述知识库和数据库的推理机，其根据所述各运行参数的实测值以及所述故障诊断知识进行分析推理，以获取相应的诊断结论和解决方案，并将所述诊断结论、解决方案以及在推理过程中产生的中间数据存储至所述数据库中；以及连接在所述人机交互接口与所述推理机之间的解释机，其对所述推理机获取的所述诊断结论和解决方案进行解释，并将解释结果传递至所述人机交互接口进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种氢原子钟监控系统，包括一监控装置和一上位机平台，其特征在于，该上位机平台包括故障诊断专家系统模块，该故障诊断专家系统模块包括：人机交互接口，其实现用户或专家与故障诊断专家系统的信息交互；连接至所述人机交互接口的知识获取器，其将所述用户或专家提供的信息转换为相应的故障诊断知识；连接至所述知识获取器的知识库，其接收并存储所述故障诊断知识；连接至所述监控装置的数据库，其存储所述监控装置检测到的所述氢原子钟的各运行参数的实测值；连接至所述知识库和数据库的推理机，其根据所述各运行参数的实测值以及所述故障诊断知识进行分析推理，以获取相应的诊断结论和解决方案，并将所述诊断结论、解决方案以及在推理过程中产生的中间数据存储至所述数据库中；以及连接在所述人机交互接口与所述推理机之间的解释机，其对所述推理机获取的所述诊断结论和解决方案进行解释，并将解释结果传递至所述人机交互接口进行显示。2.根据权利要求1所述的氢原子钟监控系统，其特征在于，所述知识库包括事件库和规则库，所述事件库存储基于所述氢原子钟的所述各运行参数的故障事件，所述规则库存储根据所述故障事件诊断所述氢原子钟的故障状态的诊断规则。3.根据权利要求2所述的氢原子钟监控系统，其特征在于，所述事件库至少包括以下事件：事件B(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数正常传输；事件O(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数超出合理范围；事件M(Pi)，表示所述氢原子钟的第i个运行参数发生突变；以及事件...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锡瑞，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：上海;31