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# 军工传感器自动化测试桌面程序 需求规格说明书（模拟数据版）





\## 一、软件架构





本软件采用**分层模块化架构**，自上而下分为四层：





\1. **表示层（UI层）**  



   \- 基于 PyQt5/PySide6 构建主窗口、测试控制面板、波形图区、报表预览等界面。  



   \- 深色主题，支持分辨率自适应（加固机 1024×768 及以上）。  



   \- 交互采用二次确认机制，实时显示仪器状态、测试进度及报警信息。





\2. **业务逻辑层**  



   \- 测试流程控制器：实现“人机料法环”校验、自动测试序列执行、数据判异与跳转逻辑。  



   \- 数据计算引擎：调用 numpy/scipy 完成传感器特征参数（非线性、迟滞、重复性）计算。  



   \- 权限与审计模块：三级权限管理、双因子登录、操作日志（内存中保留，程序退出清空）。  



   \- 报告生成器：基于内存中本次测试数据生成加密 PDF 报告与 CSV 文件。





\3. **驱动与通讯层**  



   \- 仪器通讯适配器：通过 PyVISA 控制 PXI/LXI/GPIB 仪器，通过 pySerial 驱动 RS232/422 设备。  



   \- 条码扫描接口：支持 USB HID 或串口扫码枪。  



   \- **数据存储**：所有测试数据、型号配置、日志均保存在内存中的 Python 对象（嵌套字典/列表/pandas DataFrame），不进行磁盘持久化。  



   \- 异常处理与自恢复：仪器断线自动重连，异常断电时内存数据无法恢复（本版本不要求断电恢复）。





\4. **硬件与操作系统层**  



   \- 运行于国产化平台（麒麟 V10 + 龙芯 3A5000）或 Windows 加固机。  



   \- 兼容 PXI 机箱、数字万用表、压力控制器、多通道数据采集卡。





**架构图（文字描述）**：





\```text



[用户交互] → (表示层) → [业务逻辑层] → [驱动层] → [硬件层]



​                ↑              ↑               ↑



​           PyQt信号/槽    数据处理线程    仪器虚拟驱动



\```





二、整体功能描述





本软件为军工传感器（如压力、温度、加速度传感器）提供从“来料扫码 → 参数配置 → 自动测试 → 数据判定 → 报告存档”的全流程桌面化测试管理。所有数据仅保存在内存中，程序关闭后数据不保留，适用于开发测试、算法验证或模拟演示环境。主要功能包括：





· 型号与标准管理：允许工艺员创建传感器型号，设置测试量程、精度阈值、激励电压等参数（内存中维护型号列表，程序重启后需重新配置）。



· 条码扫描与信息自动加载：扫描传感器唯一ID，自动匹配测试模板，记录批次、生产编号。



· 一键自动化测试：按预设序列控制压力控制器循环加压，同步采集传感器输出，实时绘制压力-输出曲线。



· 指标自动计算：依据采集数据计算非线性误差、迟滞、重复性、灵敏度等，与阈值对比形成 PASS/FAIL。



· 过程干预：支持暂停、继续、单点跳步，超差时声光报警并可选停机/人工确认。



· 数据回溯与报告：本次测试的所有原始数据（含环境温湿度、操作人、仪器设置）保存在内存中，支持界面内查看回放；测试结束后可一键导出加密 PDF 报告及 CSV 文件（结果持久化，原始数据不落盘）。



· 系统自检与校准：每日首次运行时自动检查仪器连接状态，提供计量校准接口，记录校准有效期（暂存内存）。





三、需求分析





3.1 功能需求





编号 需求名称 描述



FR-01 用户权限管理 支持操作员、工艺员、管理员三级；双因子认证（Windows 域账号 + 动态口令）；密码错误超限锁定



FR-02 传感器型号配置 工艺员可增删改传感器型号，设置测试参数（量程、测试点数、循环次数、允差范围）；配置保存在内存字典，程序退出清空



FR-03 条码扫描与识别 通过扫码枪自动识别传感器条码，从内存型号模板中匹配测试计划



FR-04 自动测试执行 按预设压力点（如 0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100% FS）自动加载，每个点稳定后读取传感器输出值，支持正反行程循环



FR-05 实时监控与绘图 以曲线形式显示压力-输出关系，同时显示当前数值、报警灯、测试进度百分比



FR-06 数据分析与判据 自动计算非线性（最小二乘法）、迟滞、重复性，与阈值比较并显示 PASS/FAIL



FR-07 报告生成 生成 PDF/A 格式报告，内含测试结论、原始数据表、曲线图、环境条件、操作人签名；CSV 导出供外部分析（原始数据仅本次会话内存保存）



FR-08 内存数据与审计 所有测试原始数据、操作日志、参数修改记录保存在内存的列表中（如 test_records = []）；日志支持内存查询，程序退出即清空；不提供持久化加密存储



FR-09 异常处理 仪器通讯中断时界面显示“离线”并自动重连（10s 一次），不丢失本次已采集的内存数据；断电时已采集数据无法恢复（本版本无持久化机制）



FR-10 计量校准接口 软件内置校准程序，可对采集通道进行零点/满度校准，校准数据暂存内存（程序重启后需重新校准）





3.2 非功能需求





类别 具体要求



安全性 软件禁用无线网络通讯；USB 口仅允许认证的 U 盘导出报告；因无持久化存储，不涉及涉密数据落盘，但内存中的敏感数据使用后应及时覆盖（Python 对象可通过 del 帮助释放）



可靠性 连续 72 小时无故障运行，MTBF ≥ 5000 小时；内存泄漏检测，长期运行内存占用增长率 ≤ 5%/h



可维护性 代码符合 PEP8，提供详细注释与配置文档；支持远程日志导出（仅本地串口输出）



环境适应性 工作温度：-20℃ ~ +55℃（加固机）；振动：满足 GJB 150.16A；电源适应：AC 115V/400Hz 及 DC 28V



法规符合性 本版本为模拟数据演示版，软件开发过程符合 GJB 5000B（二级或以上）相关文档要求；正式版本需另行增加持久化加密存储模块





3.3 性能需求





指标 约束值



界面响应时间 按钮点击到界面反馈 ≤ 0.5 s



数据采集与显示刷新率 多通道同步采集，显示刷新率 ≥ 10 fps（pyqtgraph 优化）



测试数据保存（内存） 单次测试（≤1000 个数据点）写入内存列表时间 ≤ 0.1 s



报告生成时间 生成完整 PDF 报告 ≤ 3 s



并发处理 支持同时采集 8 路传感器（多线程/异步 I/O 分离）



启动时间 软件从双击到主界面可用 ≤ 15 s（含仪器自检）





四、每个功能模块的具体实现逻辑





4.1 登录与权限模块





· 逻辑：启动时显示登录窗口，调用 Windows 域认证 API（或 LDAP），同时校验动态口令硬件令牌。成功后根据账户组（Admin/Tech/Operator）加载不同权限的菜单界面。所有登录/登出动作写入内存中的审计日志列表（audit_log.append(...)）。





4.2 型号配置模块





· 逻辑：工艺员打开配置界面，从内存全局字典 sensor_models 读取现有型号列表。支持添加/复制/编辑，参数保存前进行合法性校验（如量程必须大于 0，压力点列表递增）。配置信息以 JSON 对象形式存储于 sensor_models[model_id] 中。程序关闭后所有配置丢失。





4.3 测试执行模块





· 核心流程（状态机）：



  \1. 初始化：扫码后根据条码从 sensor_models 读取测试模板，自检仪器连接。



  \2. 预测试：稳定环境温度，零位校准。



  \3. 循环测试：for 行程 in [正行程, 反行程]； for 压力点 in 设定点； 发送指令给压力控制器 -> 等待稳定（PID 反馈） -> 读取传感器值 -> 存入内存数组 test_data[cycle][行程][压力点] = (压力值, 输出值) -> 更新显示。



  \4. 结束处理：调用数据分析模块，判定合格性，将本次测试结果存入 current_test_record 字典（含时间、操作人、原始数据数组、结论），解锁报告生成按钮。



· 并发：数据采集使用 QThread 子线程，界面主线程负责刷新，避免假死。





4.4 数据分析与判据模块





· 输入：压力设定值数组 P，传感器输出数组 V（从内存 test_data 提取）。



· 步骤：



  · 使用 scipy.optimize.curve_fit 进行最小二乘线性拟合，得到斜率与截距。



  · 非线性 = max|V_meas - V_fit| / (满量程输出) × 100% FS。



  · 迟滞 = (正反行程同一压力点输出差值绝对值) 的最大值 / 满量程输出。



  · 重复性：多次循环相同压力点输出标准差 的 3 倍除以满量程输出。



· 输出：指标值和 PASS/FAIL 标志，存储到内存的 current_test_record['results'] 中。





4.5 报告生成模块





· 逻辑：用户点击“导出报告”，程序收集 current_test_record 中的原始数据、曲线截图、环境参数、操作员、仪器校准编号。使用 ReportLab 生成 PDF，添加数字时间戳和水印，调用 SM3 计算文件哈希并嵌入元数据。CSV 使用 csv 标准库导出，行列为各压力点数据。原始数据不额外保存到磁盘，仅通过用户主动导出实现结果持久化。





4.6 异常与自恢复模块





· 实现：所有仪器通讯函数包装 try-except，在子线程中监测连接状态。若捕捉到 VISA 超时异常，触发信号主界面更新状态灯，启动重连定时器（QTimer），重连成功后自动恢复当前测试进度（通过内存中的临时进度变量 test_state）。断电时内存数据全部丢失：程序启动时检测上次会话未完成？由于无持久化，不提供断电恢复功能。





五、技术栈要求





类别 技术选型 版本/备注



开发语言 Python 3.10+（推荐 3.10.12）；使用 typing 类型注解



桌面框架 PyQt5 或 PySide6 5.15 / 6.5+；采用信号/槽机制，QSS 深色样式



科学计算 NumPy, SciPy 1.24+, 1.11+；用于数组运算、曲线拟合、统计分析



仪器通讯 PyVISA 1.13+；后端使用 NI-VISA 或 pyvisa-py（纯 python）



串口通讯 pySerial 3.5+



实时绘图 pyqtgraph 0.13+；高性能实时曲线，嵌入 QGraphicsView



数据存储 无数据库 所有业务数据（型号配置、测试记录、日志）保存在 Python 内存数据结构中：dict, list, pandas.DataFrame（可选）。不依赖任何磁盘数据库



加密算法 SM3, SM4 通过 gmssl 或 pysmx 库实现国密算法（用于报告签名和导出文件加密）



报告生成 ReportLab 3.6+；生成 PDF，支持中文、表格、图片嵌入



日志审计 Python logging + HMAC 内存日志列表；每条记录附加 HMAC-SM3 校验值；程序退出时可选导出日志到文件（仅用于调试，不计入正式存储）



权限&登录 ldap3（可选） + 动态口令库 pyotp 用于 TOTP，Windows SSPI 可通过 pywin32 调用



打包与部署 Nuitka 或 PyInstaller Nuitka 推荐（性能更优，反编译难度大）；生成单一可执行文件 + 依赖目录



开发环境 Visual Studio Code / PyCharm 配合 Python 插件，使用 black、flake8、mypy 保证代码质量



版本控制 Git 配合 Git LFS 管理测试数据样本



操作系统兼容性 国产麒麟 V10（ARM64） / 银河麒麟 / Windows 10 IoT 使用平台无关库，跨平台测试；界面按 1080p 设计





说明：本版本采用完全内存存储，不包含任何数据库持久化逻辑，所有数据在程序运行期间有效，适合快速原型验证、算法调试或教学演示。如需符合军工产品真实测试数据留痕要求，后续版本可增加加密数据库模块。





附：需求规格确认清单（开发前需评审）





· 所有 FR 编号与用户操作场景均可追溯



· 性能指标是否与实际工控机硬件（CPU/内存）匹配



· 是否明确禁用 Wi-Fi/蓝牙且物理拆除？软件层面也须禁用相关网络 API



· 第三方测评机构的介入时间节点及验收标准



· 内存存储策略是否满足当前项目阶段要求（不落盘、不追溯）