在项目开发的工作历程中，精准把握项目需求无疑是成功打造整个项目的首要关键步骤，同时也是一个至关重要且不可忽视的核心环节。明确且详尽的项目需求就如同建筑的基石，为后续的设计、开发、测试等一系列工作提供了坚实的支撑和清晰的指引。倘若需求理解出现偏差或需求本身模糊不清，极有可能导致项目方向的偏离、资源的浪费，甚至最终项目无法达成预期目标。
在此，特意给出一份需求参考内容。这份参考资料凝聚了过往项目的经验和智慧，无论是对于开发者而言，能够依据其更好地规划开发方案、合理分配资源以及把控开发进度；还是对于用户来说，可以借助它更清晰地表达自身期望和实际需求，确保项目成果能够最大程度地契合自身业务需求和使用场景。故而，这份需求参考资料具备较高的参考价值，期望开发者和用户都能从中受益。
一、引言
本文详细阐述一款工业测控软件的需求，该软件基于 LabVIEW 开发，主要应用于某特定工业场景中的设备控制与数据采集，具备多种功能，如温度校准、数据记录与查询等。通过明确软件的通讯参数、功能特性、硬件实现方式以及控制流程等方面的需求，为软件的开发、测试和维护提供全面的指导。
二、通讯参数
| 仪表 | 硬件接口 | 协议 | 波特率 | 数据位 | 发送 |
|---|---|---|---|---|---|
| PLC | 232 | host link | 115200 | 7,2,E | |
| 标准温度采集 | 232 | 无协议 | 19200 | 8,1,O | 4D543F0A |
| 真空计 | 485 | Modbus RTU | 9600 | 8,N,1 | |
| Lake Shore | USB 串口 | LabVIEW | |||
| 量程选择开关 | |||||
| 数字万用表 |
三、软件功能
3.1 总体功能概述
本软件采用 LabVIEW 与其他仪表通讯，实现数据采集和设备控制功能。具备温度校准、数据记录与查询、故障报警及安全联锁保护等功能。支持用户设置多点或单点温度校准流程，可自动或半自动完成校准过程。提供友好的操作界面，方便用户进行系统维护。同时，软件配置远程以太网接口和 USB 接口，支持远程监测和控制。
3.2 具体功能模块
3.2.1 操作画面
操作画面包含真空操作、标准偶测温数据波形图、指标数据显示、校准温度点选择以及通讯状态显示等功能。用户可在画面中设定校准温度点，点击 "开始" 按钮，程序将自动按照设定温度进行校准。若校准过程中需要人工干预，可点击 "校准继续" 按钮继续下一个温度点的校准。
| 选择温度点 | 温度点名称 |
|---|---|
| 温度 1 | 77K |
| 温度 2 | 87K |
| ... | ... |
| 温度 6 | 323K |
3.2.2 标准偶测温
标准偶测量画面主要展示波形图和指标的详细数据，包括准度、均匀性和波动度。波形图参考标准偶采集仪表官方软件的样式绘制，纵坐标为温度，其最大值为采集温度加上 0.5，最小值为采集温度减去 0.5；横轴为时间，随着时间增加，横轴时间范围会扩大，最左侧的开始时间固定。曲线颜色设定为：C1 为红色，C2 为绿色，C3 为黄色，温度显示保留四位小数。
-
准度计算：T 准度是 C1、C2、C3 与设定目标值（Set_C）的差值的绝对值。软件界面将显示三个准度计算值和一个最大值。
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\(T_{偏差\_C1}= C1 - Set_C\)
-
\(T_{偏差\_C2}= C2 - Set_C\)
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\(T_{偏差\_C3}= C3 - Set_C\)
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\(T_{准度\_C1}= Abs(C1 - Set_C)\)
-
\(T_{准度\_C2}= Abs(C2 - Set_C)\)
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\(T_{准度\_C3}= Abs(C3 - Set_C)\)
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\(T_{准度\max}= Max(T{准度\C1}, T{准度\C2}, T{准度\_C3})\)
-
-
均匀性计算：T 均匀性是每次采集 C1、C2、C3 三个值中最大值与最小值的差值，实时计算并显示在画面中。软件界面将显示一个均匀性值和一个 20 分钟内的最大值。
-
\(T_{均匀性}= Max(C1, C2, C3) - Min(C1, C2, C3)\)
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\(T_{均匀性\max}= Max(T{均匀性}, 20min)\)
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波动度计算：T 波动度是计算时间段内（20 分钟）的温度点（每分钟采四个点）最大值与最小值之间的差值。20 分钟后的波动度计算是以当前采集的温度点往前推算 20 分钟内的温度点进行计算，并实时显示计算数据。软件界面将显示三个波动度值和一个最大值。
-
\(T_{波动度\C1}= C1{Max} - C1_{Min}\)
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\(T_{波动度\C2}= C2{Max} - C2_{Min}\)
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\(T_{波动度\C3}= C3{Max} - C3_{Min}\)
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\(T_{波动度\max}= Max(T{波动度\C1}, T{波动度\C2}, T{波动度\_C3})\)
-
3.2.3 数据记录查询
数据报表画面用于记录温度和真空度等相关实验数据，包括标准偶三个温度（C1、C2、C3）、LS 仪表的实时温度四个 PV 值和输出功率、PLC 采集的一个压力值以及两个真空度。数据记录周期默认 2 秒。用户可按照时间段和查询周期进行数据查询，查询结果可导出为 EXCEL 格式，并以当前的年月日时分秒命名保存在电脑硬盘中（例如：Data_20211226_183800）。查询周期是指在数据库提取数据的间隔时间。
3.2.4 温度曲线设置
待详细定义，需进一步与用户沟通明确具体需求。
3.2.5 校准点设置
用户可在软件中设定校准温度点，每个温度点绑定三个预先设定好的温度值。当执行到该温度点时，对应三个温度值可分别下载到仪表中；用户也可手动选择温度点并确定后下载到仪表中。同时，被检信息表用于将电阻测量的九个通道与编号绑定，编号作为测量电阻的唯一标识，记录在 EXCEL 表格中。
| 校准点 | Lake A | Lake B | 2704 |
|---|---|---|---|
| 77K | 77.2℃ | 77.4℃ | 77.5℃ |
| 87K | 87.3℃ | 87.1℃ | 87.4℃ |
| ... | ... | ... | ... |
| 电阻测量通道 | 编号 |
|---|---|
| CH1 | 1001 |
| CH2 | 1002 |
| CH3 | 1003 |
| ... | ... |
| CH9 | 1009 |
四、硬件实现
4.1 PLC
操作画面中的真空操作按钮和指示、模拟量数据显示采用 PLC 的 W 区，软件只需对应相关变量即可。数字量写入使用 W80 的 16 个位，数字量输出使用 W81 的 16 个位，模拟量写入使用 D80、D82、D84，模拟量采集使用 D90、D92、D94。
| 名称 | 写入地址 操作 | 读取地址 指示 |
|---|---|---|
| 机械泵 | W80.00 | W81.00 |
| 分子泵 | W80.01 | W81.01 |
| 前级阀 | W80.02 | W81.02 |
| 主抽阀 | W80.03 | W81.03 |
| 抽空阀 | W80.04 | W81.04 |
| 充气阀 | W80.05 | W81.05 |
| 放气阀 | W80.06 | W81.06 |
| 自动开 | W80.07 | W81.07 |
| 自动关 | W80.08 |
| 写入（备用） | 地址 | 数据类型 | 读取 | 地址 | 数据类型 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | D80 | Real | 压力 | D90 | Real |
| 2 | D82 | Real | 1 备用 | D92 | Real |
| 3 | D84 | Real | 2 备用 | D94 | Real |
4.2 真空计
真空计通过 COM1 串口通讯，设备地址为 1、2（对应两个真空度数据），读取地址为 107，读取寄存器数量为 4。返回数据（如 12592、11061（DEC）即 3130、2B35 (HEX)）在软件界面以 1.0E+5 的形式显示，两个真空度数据需存储到数据库中。
4.3 标准偶温度采集
标准偶温度采集采用 232 接口，无协议，COM4 端口，波特率 19200，数据位 8,1,O，发送码为 4D543F0A。返回数据需解析，三个颜色分别对应三个温度值，以实数形式显示，保留四个小数位，转换为开尔文温度（采集温度加上 273.15）后显示在界面并存储到数据库中。
4.4 Lake Shore
Lake Shore 设备可实现以下功能：
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控制三路温度 ABC 加热。
-
设定 PID 参数。
-
设定温度和速率。
-
控制加热使能。
-
实时读取温度和功率。
4.5 开关
待详细定义，需进一步明确开关的具体功能和与软件的交互方式。
4.6 8558A
8558A 数字万用表配合开关的档位测试电阻值，需要获取测试命令、电阻数据返回值以及测量完成值。
五、控制流程
5.1 控制规则
-
设定温度动态调整：设定温度 20 分钟后，若指标的波动度和均匀性满足要求，但准度不满足，则将三个偏差值的平均值与三个当前设定的温度相加，再下置到控温表中作为动态调整温度。
-
校准温度点设置：用户可在软件界面手动输入六个校准温度点，软件将按照设定顺序执行校准过程。
-
指标计算与判断：标准偶温度采集的三个温度（C1、C2、C3）参与准确度、均匀性和波动度的计算。在 20 分钟内，准确度和均匀性每分钟采集四个温度点进行计算，波动度在 20 分钟结束后计算。合格指标可设定，默认准确度、均匀性和波动度均小于 10mK 为合格。
-
电阻测量：当温度指标满足条件后，软件控制量程转换开关选择不同量程（CH1 - CH9）测量电阻值。每个量程测量一次电阻，每次测量前先测量一次标准偶的三个值，并将所有数据记录到 EXCEL 表格中。CH1 - CH9 循环测量 4 次。
5.2 控制流程步骤
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初始化：系统启动后进行初始化操作，确保各设备和参数处于正常状态。
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设定校准温度点：用户手动输入校准温度点，如 77K、97K、137K、323K 等。当第一个温度点校准完成后，可手动或自动进入下一个温度点的校准。
-
指标计算与调整：根据标准偶采集的三个温度计算指标。若准度指标不合格，按照设定温度动态调整规则调整设定值。
-
电阻测量：当指标合格后，开始测量电阻。具体步骤如下：
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软件控制量程转换到需要的量程，测量一次电阻（CH1），将电阻值记录到 EXCEL 表格（使用固定格式模板）。
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选择下一个量程（CH1 - CH9），测量电阻值并记录，同时每次测量前先测量一次标准偶的三个值并记录到 EXCEL 表格。
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重复上述步骤，CH1 - CH9 循环测量 4 次，所有数据记录到 EXCEL 表格。
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六、非功能需求
6.1 性能需求
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数据记录周期默认 2 秒，确保数据采集的及时性和准确性。
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系统响应时间应满足用户操作的实时性要求，避免出现明显的延迟。
6.2 可靠性需求
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具备完善的故障和报警检测功能，及时发现并处理系统故障。
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提供安全联锁保护功能，确保设备和人员的安全。
6.3 易用性需求
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操作界面友好，布局合理，方便用户进行各种操作和设置。
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提供清晰的提示信息和帮助文档，使用户能够快速上手和解决问题。
6.4 可维护性需求
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软件架构设计应具有良好的模块化和可扩展性，便于后续的功能升级和维护。
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代码应具有良好的可读性和注释，方便开发人员进行代码维护和修改。
6.5 安全性需求
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对数据进行加密存储和传输，确保数据的安全性和保密性。
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提供用户权限管理功能，不同用户具有不同的操作权限，防止非法操作。
七、需求变更管理
在项目开发过程中，可能会出现需求变更的情况。为了确保项目的顺利进行，需要建立有效的需求变更管理机制。具体步骤如下：
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需求变更提出：任何涉及需求变更的人员（如用户、开发人员等）应填写需求变更申请表，详细说明变更的内容、原因和影响。
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需求变更评估：由项目团队对需求变更进行评估，包括变更的可行性、对项目进度和成本的影响等。
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需求变更审批：根据评估结果，由项目负责人或相关决策人员对需求变更进行审批。
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需求变更实施：若需求变更获得审批，项目团队应按照变更要求对软件进行修改和测试，并更新相关文档。
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需求变更确认：变更实施完成后，由用户对变更结果进行确认，确保满足其需求。
八、附录
8.1 术语表
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LabVIEW：一种图形化编程环境，广泛应用于工业自动化、测试测量等领域。
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PID 参数：比例（P）、积分（I）、微分（D）参数，用于控制系统的稳定性和响应速度。
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开尔文温度：热力学温度单位，与摄氏度的换算关系为：开尔文温度 = 摄氏度 + 273.15。
8.2 参考文档
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标准偶采集仪表官方软件使用手册
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PLC 设备说明书
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真空计设备说明书
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Lake Shore 设备说明书
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8558A 数字万用表说明书
8.3 相关图表
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真空流程图（待补充详细说明）
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标准偶温度曲线示意图（待补充）
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控制流程框图（待绘制）
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EXCEL 表格记录模板（待提供）在操作画面中添加一个新的功能，用于显示系统的实时运行状态。提供一些具体的步骤，帮助用户完成数据记录与查询功能的配置。如何确保软件的安全性和稳定性？