基于web 的網(wǎng)絡(luò)電子元器件測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

淡亞鵬，谷元元

（陜西恒太電子科技有限公司，陜西西安，710100）

0 引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子元器件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。為了確保電子設(shè)備的穩(wěn)定性和性能，對(duì)電子元器件進(jìn)行有效的測(cè)試是至關(guān)重要的。然而，傳統(tǒng)的測(cè)試方法存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、成本高、難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)等局限性，需要大量人力和物力投入，測(cè)試過(guò)程復(fù)雜且耗時(shí)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，基于Web 的網(wǎng)絡(luò)電子元器件測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其充分利用了Web 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接各種測(cè)試設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)測(cè)試設(shè)備，允許相關(guān)人員隨時(shí)隨地訪問(wèn)測(cè)試數(shù)據(jù)，從而加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和提高測(cè)試效率。因此，本文旨在介紹一種基于Web 的網(wǎng)絡(luò)電子元器件測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代Web 技術(shù)和電子測(cè)試領(lǐng)域的需求，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程訪問(wèn)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析等功能。該系統(tǒng)不僅能夠提高測(cè)試效率，還能夠簡(jiǎn)化測(cè)試過(guò)程，使用戶能夠遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控電子元器件的測(cè)試，從而為電子元器件的研發(fā)和生產(chǎn)帶來(lái)便利。此外，本系統(tǒng)還有望促進(jìn)跨地域和跨團(tuán)隊(duì)的協(xié)作，提高電子元器件測(cè)試的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，從而推動(dòng)電子技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

1 電子元器件測(cè)試系統(tǒng)總體架構(gòu)

電子元器件測(cè)試系統(tǒng)的總體架構(gòu)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，其決定了各個(gè)組件之間的關(guān)系以及系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能[2]。本系統(tǒng)采用MVC（Model-View-Controller）架構(gòu)，結(jié)合HTML、CSS、JavaScript 和前端框架（React、Angular）構(gòu)建用戶友好的界面，使用戶可通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)和操作。安全性方面采用HTTPS、OAuth 和數(shù)據(jù)加密等技術(shù)。通信采用WebSocket 建立雙向通信通道，使用服務(wù)器推送技術(shù)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析方面利用Python 的pandas、numpy 等工具，自動(dòng)生成可視化的測(cè)試報(bào)告。系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)包括用戶界面層、應(yīng)用邏輯層、數(shù)據(jù)處理層等，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 電子元器件測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)圖

由圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示圖可知，用戶界面層是系統(tǒng)的前端部分，通過(guò)Web 界面與用戶進(jìn)行交互。這一層包括用戶界面元素，如圖形用戶界面(GUI)、網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面或其他交互性元素，使用戶能夠輸入數(shù)據(jù)、查看結(jié)果和與系統(tǒng)互動(dòng)。用戶可以通過(guò)這個(gè)界面向系統(tǒng)提交請(qǐng)求，指定測(cè)試任務(wù)或查看測(cè)試進(jìn)度和結(jié)果；應(yīng)用邏輯層位于系統(tǒng)的中間，包括處理用戶請(qǐng)求的業(yè)務(wù)邏輯和測(cè)試流程控制，它起到了協(xié)調(diào)和控制系統(tǒng)運(yùn)作的重要角色。它確保請(qǐng)求得到滿足，測(cè)試流程按照預(yù)定的步驟執(zhí)行，協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)組件的工作；數(shù)據(jù)處理層是系統(tǒng)的后端部分，它負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)所涉及的測(cè)試任務(wù)、測(cè)試結(jié)果、歷史記錄等測(cè)試數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、文件存儲(chǔ)或其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，它不僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存，還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的安全性和完整性，以確保測(cè)試結(jié)果的可靠性和可用性。這種層次結(jié)構(gòu)有助于系統(tǒng)的模塊化和擴(kuò)展，使各個(gè)部分能夠相對(duì)獨(dú)立地開(kāi)發(fā)和維護(hù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)緊密地協(xié)作，以滿足用戶需求并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的終極目標(biāo)。

2 前端界面設(shè)計(jì)

前端界面設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)易用性[3]。在用戶界面層，使用HTML構(gòu)建頁(yè)面的結(jié)構(gòu)，采用CSS 負(fù)責(zé)頁(yè)面的樣式布局，使用JavaScript 為頁(yè)面增加交互性和動(dòng)態(tài)效果。前端框架采用React 和Angular 能夠加速界面開(kāi)發(fā)，通過(guò)組件化和模塊化的方式，實(shí)現(xiàn)可重用的界面元素，提高開(kāi)發(fā)效率和代碼的可維護(hù)性。

響應(yīng)式設(shè)計(jì)是前端界面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵概念之一，其能確保界面在不同設(shè)備上能夠自適應(yīng)地展現(xiàn)，無(wú)論是在大屏幕桌面還是小屏幕移動(dòng)設(shè)備上都能保持良好的可用性[4]。該系統(tǒng)通過(guò)使用CSS 媒體查詢和彈性布局等技術(shù)，使界面可以根據(jù)屏幕大小和方向進(jìn)行優(yōu)雅的適配，提供一致的用戶體驗(yàn)。界面交互性也是前端設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目標(biāo)，系統(tǒng)通過(guò)JavaScript技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各種交互元素，按鈕、表單和彈出框等，使用戶能夠與系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，同時(shí)，使用前端框架豐富的UI 組件，簡(jiǎn)化用戶界面的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

通過(guò)這些前端技術(shù)和方法，系統(tǒng)的前端界面設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶友好的界面，使用戶可以方便地通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)和操作系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的易用性和用戶滿意度。

3 后端功能模塊設(shè)計(jì)

3.1 遠(yuǎn)程控制模塊

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的雙向通信，系統(tǒng)建立WebSocket 通信通道[5]。用戶界面層通過(guò)瀏覽器發(fā)起WebSocket 連接請(qǐng)求，與后端建立持久連接，確保通信的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。具體遠(yuǎn)程控制流程圖如圖2 所示。

圖2 遠(yuǎn)程控制流程圖

用戶通過(guò)界面發(fā)送控制指令，遠(yuǎn)程控制模塊負(fù)責(zé)解析這些指令，識(shí)別用戶意圖，并將指令傳遞給應(yīng)用邏輯層。遠(yuǎn)程控制模塊與應(yīng)用邏輯層緊密交互，將用戶的控制指令傳遞給應(yīng)用邏輯層，觸發(fā)相應(yīng)的操作。應(yīng)用邏輯層根據(jù)接收到的指令，調(diào)整測(cè)試流程，控制測(cè)試設(shè)備和元器件的操作。

在測(cè)試過(guò)程中，遠(yuǎn)程控制模塊不斷接收來(lái)自應(yīng)用邏輯層的狀態(tài)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些信息包括測(cè)試進(jìn)程狀態(tài)、元器件狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集等。模塊負(fù)責(zé)將這些信息反饋給前端界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的狀態(tài)更新和數(shù)據(jù)展示。針對(duì)這些數(shù)據(jù)，利用Z-Score 異常檢測(cè)算法識(shí)別測(cè)試過(guò)程中的設(shè)備故障或數(shù)據(jù)異常情況，具體計(jì)算公式如式(1)所示：

其中，Z為閾值，取值范圍設(shè)定為2~3，X表示數(shù)據(jù)點(diǎn)的值，μ表示數(shù)據(jù)集的平均值，σ表示數(shù)據(jù)集的標(biāo)準(zhǔn)差。如果Z值超過(guò)設(shè)定閾值，則將其標(biāo)記為異常值，表示可能存在設(shè)備故障或數(shù)據(jù)異常。在出現(xiàn)異常時(shí)，模塊會(huì)生成相應(yīng)的通知并反饋給用戶界面，讓用戶能夠及時(shí)知曉并采取相應(yīng)措施。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程控制模塊實(shí)現(xiàn)了用戶遠(yuǎn)程控制測(cè)試流程的功能，確保了用戶對(duì)測(cè)試過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。這樣的設(shè)計(jì)使得用戶能夠隨時(shí)調(diào)整測(cè)試策略、獲取實(shí)時(shí)狀態(tài)，并在必要時(shí)做出及時(shí)決策，為系統(tǒng)的可操作性和靈活性提供了有力的支持。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊

系統(tǒng)通過(guò)傳感器等設(shè)備獲取被測(cè)試的電子元器件產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)较到y(tǒng)的后端。后端利用服務(wù)器推送技術(shù)（Server-Sent Events）將這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送到前端[6]。具體流程如圖3 所示。

圖3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流程圖

前端界面通過(guò)JavaScript 監(jiān)聽(tīng)后端的推送事件。一旦后端推送了新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，前端會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的事件處理函數(shù)，以實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)展示。推送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在前端界面上得以展示，包括實(shí)時(shí)的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖表等。用戶通過(guò)數(shù)據(jù)可視化，可以直觀地了解電子元器件的狀態(tài)和性能。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊不僅能展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還允許用戶查詢歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)以供后續(xù)分析。用戶可以在界面上選擇特定的時(shí)間段，獲取該時(shí)段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行比較和分析。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊還能實(shí)時(shí)檢測(cè)異常情況，如數(shù)據(jù)異?；蛟骷收稀Ｒ坏┌l(fā)現(xiàn)異常，模塊能夠觸發(fā)警報(bào)機(jī)制，通過(guò)電子郵件、短信或推送通知等方式，通知相關(guān)人員或負(fù)責(zé)人員，以便其能夠盡快采取必要的措施，此種實(shí)時(shí)通知能夠確保問(wèn)題得到及時(shí)處理與解決。此外，該模塊能夠詳細(xì)記錄包括元器件的異常檢測(cè)時(shí)間、異常類型等信息，以便后續(xù)分析和排查工作。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊使得用戶能夠隨時(shí)了解被測(cè)試電子元器件的實(shí)時(shí)狀態(tài)和性能。這為用戶提供了全面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)能力，使其能夠在測(cè)試過(guò)程中隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并作出相應(yīng)的調(diào)整，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊

該模塊將從被測(cè)試電子元器件獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、測(cè)試結(jié)果以及元器件狀態(tài)等信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL 中，以便長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)包含噪聲或不完整的信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括去除異常值、填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，確保分析的準(zhǔn)確性和可靠性。具體操作如式(2)、(3)所示。

其中，xi為每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，μ為數(shù)據(jù)的均值，N為數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)。σ為標(biāo)準(zhǔn)差，是衡量數(shù)據(jù)分布的離散程度的一種統(tǒng)計(jì)量。y是要填充的缺失值，1x,2x,...,xr是其他相關(guān)特征，0β,1β,2β,...,rβ是回歸系數(shù)，ε是誤差項(xiàng)。

模塊使用數(shù)據(jù)分析工具Python 的pandas、numpy，對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

模塊利用數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，自動(dòng)生成可視化的趨勢(shì)圖、散點(diǎn)圖、直方圖等圖表等測(cè)試報(bào)告，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的多角度解釋。報(bào)告以圖表和文字的形式提供，提高數(shù)據(jù)的可讀性和理解性。用戶可以通過(guò)界面查詢存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，選擇特定的時(shí)間段和參數(shù)。模塊支持將查詢結(jié)果導(dǎo)出為Excel、CSV 等格式，便于用戶進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和處理。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊能夠高效地管理和分析測(cè)試數(shù)據(jù)，從而為用戶提供深入的數(shù)據(jù)洞察力和決策支持。這使得用戶能夠在測(cè)試過(guò)程中及時(shí)獲取有價(jià)值的信息，做出準(zhǔn)確的判斷和決策，提高了系統(tǒng)的智能化和實(shí)用性。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試之前，進(jìn)行了以下準(zhǔn)備工作：（1）硬件準(zhǔn)備。配備了用于測(cè)試的電子元器件、傳感器等設(shè)備，并確保其正常連接和工作。（2）系統(tǒng)配置。部署了基于Web的網(wǎng)絡(luò)電子元器件測(cè)試系統(tǒng)，包括前端界面、后端邏輯和數(shù)據(jù)庫(kù)。（3）服務(wù)器。使用高性能服務(wù)器作為后端，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)能力。（4）用戶準(zhǔn)備。準(zhǔn)備測(cè)試人員，以便在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行操作和觀察。

4.2 性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了性能測(cè)試，以評(píng)估系統(tǒng)在不同條件下的響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

在響應(yīng)時(shí)間方面，實(shí)驗(yàn)通過(guò)不同的并發(fā)用戶數(shù)模擬了系統(tǒng)的負(fù)載情況。從表中可以看出，當(dāng)并發(fā)用戶數(shù)從5 增加到40 時(shí)，平均響應(yīng)時(shí)間從0.3s 增加到1.1s。這說(shuō)明系統(tǒng)在不同負(fù)載下能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的響應(yīng)性能。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面，實(shí)驗(yàn)通過(guò)不同的數(shù)據(jù)傳輸量模擬了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力。從表格中可以觀察到，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸量從20MB 增加到200MB 時(shí)，傳輸速率從3.21MB/s 增加到6.56MB/s。這表明系統(tǒng)在處理不同大小的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，能夠維持相對(duì)穩(wěn)定的傳輸速率。

表1 響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率測(cè)試表

通過(guò)上述測(cè)試，可以得出以下結(jié)論：隨著并發(fā)用戶數(shù)的增加，系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間略微增加，但整體性能仍然在可接受范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)傳輸速率隨著數(shù)據(jù)傳輸量的增加而有所變化，但在測(cè)試范圍內(nèi)仍能保持較為穩(wěn)定的傳輸速率。這意味著系統(tǒng)具有一定的魯棒性，可以適應(yīng)變化的工作負(fù)載，而不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的性能下降。這對(duì)于在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。

5 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)本文設(shè)計(jì)的基于Web 的網(wǎng)絡(luò)電子元器件測(cè)試系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)和操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子元器件的測(cè)試。系統(tǒng)的前端界面設(shè)計(jì)采用響應(yīng)式設(shè)計(jì)和前端框架，保證用戶友好的交互體驗(yàn)。后端功能模塊包括遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過(guò)程的全面監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，在不同負(fù)載和數(shù)據(jù)傳輸量下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率在可接受范圍內(nèi)。該基于Web 的網(wǎng)絡(luò)電子元器件測(cè)試系統(tǒng)在提高測(cè)試效率和數(shù)據(jù)分析能力方面具有潛在的應(yīng)用前景。