實(shí)例分析嵌入式專家系統(tǒng)引導(dǎo)檢測(cè)

　當(dāng)各種設(shè)備應(yīng)用與管理系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，準(zhǔn)確而快速地進(jìn)行故障診斷定位，對(duì)于系統(tǒng)的恢復(fù)，具有十分重要意義。然而，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致設(shè)備故障的原因很多，在現(xiàn)場(chǎng)分析、判斷和處理故障時(shí)，往往依賴于維修人員對(duì)設(shè)備機(jī)理的把握程度和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致故障定位不準(zhǔn)，維修時(shí)間較長(zhǎng)。故采用故障樹分析法建立檢測(cè)引導(dǎo)系統(tǒng)，以此來引導(dǎo)維修人員以專家的思維模式對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)修理，提高經(jīng)濟(jì)性和可靠性。這種檢測(cè)引導(dǎo)系統(tǒng)即為專家系統(tǒng)。本文以串口通信故障檢測(cè)為例，設(shè)計(jì)了一種嵌入式專家系統(tǒng)，結(jié)合嵌入式WinCE以及SQLite，達(dá)到引導(dǎo)檢測(cè)的目的。
　　1 系統(tǒng)架構(gòu)
　　1.1 專家系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　專家系統(tǒng)（ES）是人工智能領(lǐng)域最活躍和最廣泛的領(lǐng)域之一［1］。自從1965 年第一個(gè)專家系統(tǒng)Dendral 在美國(guó)斯坦福大學(xué)問世以來，經(jīng)過40年的開發(fā)，各種專家系統(tǒng)已遍布各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。目前，專家系統(tǒng)得到了更廣泛的應(yīng)用，并在應(yīng)用開發(fā)中得到進(jìn)一步發(fā)展。所謂專家系統(tǒng)就是使用人類專家推理的計(jì)算機(jī)模型來處理現(xiàn)實(shí)世界中需要專家作出解釋的復(fù)雜問題，在沒有專家參與的情況下得出與專家相同的結(jié)論。簡(jiǎn)言之，專家系統(tǒng)可視作“知識(shí)庫(kù)”和“推理機(jī)”的結(jié)合，知識(shí)庫(kù)是專家的知識(shí)在計(jì)算機(jī)中的映射，推理機(jī)是利用知識(shí)進(jìn)行推理的能力在計(jì)算機(jī)中的映射，構(gòu)造專家系統(tǒng)的難點(diǎn)也在于這兩個(gè)方面。
　　1.2 系統(tǒng)組成
　　本文設(shè)計(jì)的智能專家系統(tǒng)包括用戶界面、數(shù)據(jù)庫(kù)以及模塊化的程序。應(yīng)用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite來實(shí)現(xiàn)知識(shí)的存儲(chǔ)以及人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)推理解釋。故障樹節(jié)點(diǎn)的所有信息均存儲(chǔ)在SQLite中，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系以此取代推理機(jī)，達(dá)到引導(dǎo)檢測(cè)的目的［2］。
　　1.3 系統(tǒng)工作機(jī)制
　　專家系統(tǒng)的組織控制機(jī)構(gòu)（即推理機(jī)）根據(jù)當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)來運(yùn)行知識(shí)庫(kù)中的相應(yīng)知識(shí)，按一定策略進(jìn)行推理，以達(dá)到要求的目標(biāo)。本文專家系統(tǒng)中，推理機(jī)根據(jù)用戶參與選擇后的故障信息，在知識(shí)庫(kù)內(nèi)尋找能與之匹配的故障樹結(jié)點(diǎn)事件，每步推理都以用戶反饋信息為依據(jù)，沿故障樹脈絡(luò)進(jìn)行正向推理，逐步縮小故障范圍，直至完成故障源定位。專家系統(tǒng)工作流程如圖1所示。
　　
　　2 專家?guī)煸O(shè)計(jì)
　　故障樹分析FTA（Fault Tree Analysis）是一種演繹推理方法， 將系統(tǒng)可能發(fā)生的故障和故障原因由總體到部分按樹狀逐漸細(xì)化的圖形演繹方法， 通過對(duì)故障樹的定性和定量分析， 判明故障原因并可得出引發(fā)故障的相關(guān)因素的相關(guān)重要度［3］。故障樹是用于系統(tǒng)可靠性分析和故障診斷的一種圖形化故障模型，而基于規(guī)則的診斷專家系統(tǒng)的目標(biāo)是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)綜合利用各種診斷信息，根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則，通過推理確定系統(tǒng)的故障模式，推斷出故障部位和故障原因，最后提出排除故障的方法和維修建議。故障樹建立時(shí)，將最不希望發(fā)生的故障作為頂事件； 位于故障樹底部， 導(dǎo)致其他事件的、不可再分的原因事件為底事件，其他事件都是中間事件。各事件間相互關(guān)系通過“與”門、“或”門、“非”門等邏輯門表示。
　　2.1 SQLite移植
　　從SQLite官方網(wǎng)站下載最新版本的SQLite，解壓獲得sqlite3.c、sqlite3.h、sqlite3ext.h三個(gè)源文件，還要下載一個(gè)基于Windows平臺(tái)的edll壓縮文檔，解壓獲取sqlite3.def，最后下載一個(gè)支持命令行的版本文件，解壓獲得sqlite3.exe。然后生成工程：用VS2005新建DLL工程，選擇智能設(shè)備在定制WinCE生成的SDK（如mini2440-CE6-SDK），把解壓出來的源文件加入工程中。最后設(shè)置工程屬性后編譯：編譯后便可生成適合設(shè)備平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)使用文件sqlite3.lib、sqlite3.dll。以后只要把sqlite3.dll放到與工程相同的目錄下，在工程鏈接的額外依賴中加入sqlite3.lib，然后在需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)的源文件中加入include“sqlite3.h”，SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)就可以使用了。
　　2.2 故障樹的構(gòu)建
　　基于故障樹的推理是指利用故障現(xiàn)象信息和故障樹節(jié)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系進(jìn)行推理，利用異常節(jié)點(diǎn)作為推理的起始點(diǎn)，利用輔助信息進(jìn)行假設(shè)排除，最終確定故障原因。在進(jìn)行故障診斷之前，系統(tǒng)要構(gòu)造故障樹，故障樹的作用主要用于診斷過程的剪枝，即縮小狀態(tài)空間的搜索范圍，以提高系統(tǒng)工作效率。將數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有規(guī)則組織成若干棵樹，每棵樹的葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)故障現(xiàn)象或輔助信息，非葉子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)故障結(jié)論，父節(jié)點(diǎn)與子節(jié)點(diǎn)的關(guān)系構(gòu)成規(guī)則，在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄故障樹的根節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)層次、節(jié)點(diǎn)關(guān)系、葉子節(jié)點(diǎn)等信息。設(shè)置系統(tǒng)變量，用于判斷系統(tǒng)是否進(jìn)行過規(guī)則更新操作，在啟動(dòng)系統(tǒng)、退出規(guī)則維護(hù)界面和調(diào)用故障診斷功能時(shí)都進(jìn)行判斷，及時(shí)提示用戶進(jìn)行故障樹的更新處理［4］。
　　串口無法通信或者通信過程中出現(xiàn)異常，就要對(duì)整體或者串口通信過程中的某個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行故障診斷。串口通信的實(shí)現(xiàn)需要如下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、物理鏈路、中央處理單元、串口擴(kuò)展板以及電源。故障主要有數(shù)據(jù)發(fā)送模塊故障、接收模塊故障以及串口擴(kuò)展板故障三部分。在工作中，無論哪部分模塊發(fā)生故障都將影響到整個(gè)通信過程。根據(jù)故障關(guān)系以及檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖2所示的串口通信故障樹。