实验室高低温试验间：以太网温湿度记录仪抗干扰通讯稳定性测试

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 步入式高低温试验室 (内部容积 4m × 3m × 2.5m)                     │
│                                                                     │
│  温度范围: -40℃ ~ +85℃                                             │
│  湿度范围: 20% ~ 95%RH                                              │
│  温变速率: 3℃/min                                                   │
│                                                                     │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │ 测试区（样品架附近）                                         │   │
│  │                                                             │   │
│  │  [R1] 以太网温湿度记录仪 #1（被测设备）                     │   │
│  │        IP: 10.60.1.11                                      │   │
│  │        安装位置: 样品架中层，距出风口1.5m                  │   │
│  │        RJ45网线: 工业级Cat5e，耐温-40~+85℃                │   │
│  │        POE供电: 通过穿墙POE injector                       │   │
│  │                                                             │   │
│  │  [R2] 参考记录仪（对比用，同型号）                          │   │
│  │        IP: 10.60.1.12                                      │   │
│  │        安装位置: 同区域                                     │   │
│  │                                                             │   │
│  │  [M]  监测主机（运行ping + 数据采集脚本）                   │   │
│  │        位于试验室外，通过穿墙网线连接                       │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                              │                                      │
│                    穿墙网线（耐低温屏蔽线）                         │
│                    通过密封接头引出                                  │
│                              │                                      │
└──────────────────────────────┼──────────────────────────────────────┘
                               │
┌──────────────────────────────┼──────────────────────────────────────┐
│ 试验室控制间                  │                                     │
│                              │                                     │
│  ┌───────────────────────────▼───────────────────────────────┐     │
│  │ 测试控制台（Linux服务器）                                 │     │
│  │  ├── ping监测（每秒1次，记录RTT和丢包）                   │     │
│  │  ├── Modbus TCP采集（每5秒1次，记录成功率）               │     │
│  │  ├── SNMP查询（每30秒1次，查询设备状态）                  │     │
│  │  └── 日志聚合（所有数据写入本地时序文件）                 │     │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────┘     │
│                              │                                     │
│  ┌───────────────────────────▼───────────────────────────────┐     │
│  │ 试验箱控制器（温湿度曲线程序）                             │     │
│  │  └── 运行预设的温湿度循环曲线                             │     │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────┘     │
│                                                                     │
│  ┌───────────────────────────────────────────────────────────┐     │
│  │ 示波器（监测RJ45差分线信号质量）                          │     │
│  │  └── 探头通过BNC穿墙接头引出                              │     │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────┘     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

穿墙接头方案：
  墙体开孔 Φ25mm
  ├── 不锈钢密封接头（耐压-70~+200℃）
  ├── 内部走线：特氟龙护套屏蔽双绞线（耐温-70~+200℃）
  ├── RJ45连接器：工业级，金属外壳，耐温-40~+85℃
  └── 外部连接：标准Cat5e跳线到测试控制台

时间   温度    湿度    阶段
0h     +25℃   50%RH   初始稳定
0.5h   +25℃   50%RH   稳定
0.5-25h  -40℃~+85℃  循环（3℃/min，每个极值保温30min）
25-30h  +85℃   50%RH   高温保温
30-54.5h -40℃~+85℃  循环
54.5-72h +25℃   50%RH   恢复稳定

时间   温度    湿度    阶段
0h     +25℃   50%RH   初始
2-4h   +85℃   95%RH   高温高湿
4-6h   +85℃   20%RH   高温低湿
6-8h   +25℃   20%RH   降温除湿
8-10h  +25℃   95%RH   低温高湿
10-72h 循环重复

极端温度，验证记录仪在温度极值下的存活能力
（仅验证通信是否中断，不做长期稳定性测试）

#!/bin/bash
# comms_test.sh - 通信稳定性测试主脚本

DEVICE_IP="10.60.1.11"
LOG_DIR="/var/log/env_test/$(date +%Y%m%d_%H%M%S)"
mkdir -p "$LOG_DIR"

# 1. Ping测试（每秒1次，后台运行）
ping -i 1 "$DEVICE_IP" | while read line; do
    echo "$(date +%Y-%m-%dT%H:%M:%S.%N) PING $line" >> "$LOG_DIR/ping.log"
done &

# 2. Modbus TCP采集（每5秒1次）
python3 << 'EOF' > "$LOG_DIR/modbus.log" 2>&1 &
import time
import sys
from pyModbusTCP.client import ModbusClient

client = ModbusClient(host="10.60.1.11", port=502, timeout=3)
while True:
    ts = time.strftime("%Y-%m-%dT%H:%M:%S")
    if client.open():
        regs = client.read_input_registers(0, 4)
        if regs:
            temp = regs[0] / 10.0
            humi = regs[1] / 10.0
            print(f"{ts} OK temp={temp} humi={humi}")
        else:
            print(f"{ts} ERR read_failed")
        client.close()
    else:
        print(f"{ts} ERR connect_failed")
    time.sleep(5)
EOF

# 3. SNMP查询（每30秒1次）
while true; do
    ts=$(date +%Y-%m-%dT%H:%M:%S)
    result=$(snmpget -v2c -c public -t 3 -r 1 "$DEVICE_IP" 1.3.6.1.2.1.1.1.0 2>&1)
    echo "$ts SNMP $result" >> "$LOG_DIR/snmp.log"
    sleep 30
done &

echo "测试已启动，日志目录: $LOG_DIR"
wait

# scope_monitor.py - 配合示波器捕获RJ45差分信号
# 使用VISA接口控制示波器，在温变关键节点自动捕获波形

import pyvisa
import time
import csv

rm = pyvisa.ResourceManager()
scope = rm.open_resource("TCPIP::192.168.1.100::INSTR")

def capture_waveform(channel, label):
    """捕获指定通道波形并保存"""
    scope.write(f":WAV:DATA? {channel}")
    data = scope.query_binary_values(":WAV:DATA?", datatype='B', container=list)
    timestamp = time.strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
    with open(f"waveform_{label}_{timestamp}.csv", "w") as f:
        writer = csv.writer(f)
        writer.writerow(["Sample", "Voltage"])
        for i, v in enumerate(data):
            writer.writerow([i, v])
    print(f"波形已保存: {label}")

# 在温变过程中，当温度达到特定值时自动捕获
# 通过读取试验箱控制器的当前温度来触发

// 增加通信重试和自适应超时
#define BASE_TIMEOUT_MS   3000
#define MAX_TIMEOUT_MS    10000
#define RETRY_COUNT       3

int modbus_read_with_retry(uint16_t reg, uint16_t *value) {
    static uint32_t current_timeout = BASE_TIMEOUT_MS;
    int retry = 0;

    while (retry < RETRY_COUNT) {
        int result = modbus_read(reg, value, current_timeout);
        if (result == 0) {
            // 成功，逐渐恢复默认超时
            current_timeout = (current_timeout + BASE_TIMEOUT_MS) / 2;
            return 0;
        }

        retry++;
        // 失败，增加超时时间（指数退避）
        current_timeout = min(current_timeout * 2, MAX_TIMEOUT_MS);
        HAL_Delay(100 * retry);  // 递增延迟
    }

    return -1;  // 最终失败
}

// 温度补偿：根据环境温度调整通信参数
void comm_param_adjust(float temp) {
    if (temp < -20.0f) {
        // 低温：降低通信速率，提高可靠性
        set_ethernet_speed(10);  // 从100Mbps降到10Mbps
    } else if (temp > 70.0f) {
        // 高温：增加重试次数
        set_retry_count(5);
    } else {
        // 常温：标准参数
        set_ethernet_speed(100);
        set_retry_count(3);
    }
}

改进前：
  记录仪直接安装在温箱内金属架上
  → 外壳温度与箱内温度一致
  → 极端温度下性能下降

改进后：
  记录仪安装在隔热盒内（双层不锈钢+聚氨酯保温层）
  → 外壳温度被限制在-10℃ ~ +60℃
  → 通信稳定性显著提升

  网线走线：
  → 远离压缩机供电线（间距>30cm）
  → 加铁氧体磁环（靠近记录仪端）
  → 弯曲半径>5cm（避免应力）

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 通信稳定性测试报告                                                  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                                     │
│ 被测设备: 以太网温湿度记录仪 v2.1 (改进后)                         │
│ 测试环境: 步入式高低温试验室，容积 4m×3m×2.5m                     │
│ 测试周期: 2025-03-10 ~ 2025-03-17 (7天)                           │
│ 测试人员: XXX                                                      │
│                                                                     │
│ 测试项目:                                                           │
│  [x] 曲线A: 快速温变 (-40℃ ↔ +85℃, 3℃/min, 72h)                │
│  [x] 曲线B: 湿热循环 (+25℃ ↔ +85℃, 20% ↔ 95%RH, 72h)           │
│  [x] 曲线C: 温度冲击 (-70℃ ↔ +150℃, 驻留30min, 4h)              │
│                                                                     │
│ 测试结果摘要:                                                       │
│  ┌───────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│  │ 指标                │ 曲线A    │ 曲线B    │ 曲线C    │ 判定 │ │
│  ├─────────────────────┼──────────┼──────────┼──────────┼──────┤ │
│  │ 连接成功率          │ 99.999%  │ 99.997%  │ 100%    │ 全部 │ │
│  │ 数据成功率          │ 99.98%   │ 99.95%   │ 99.99%  │ 通过 │ │
│  │ 最大连续丢包        │ 1        │ 2        │ 0       │ 通过 │ │
│  │ 最长恢复时间        │ 8s       │ 15s      │ <1s     │ 通过 │ │
│  │ 连续运行中断        │ 零       │ 零       │ 零      │ 通过 │ │
│  └───────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│                                                                     │
│ 结论: 改进后设备满足高低温试验间通信稳定性要求                      │
│                                                                     │
│ 建议:                                                               │
│  1. 安装时使用隔热盒，避免直接暴露在高温/低温极值下               │
│  2. 网线远离压缩机供电线，加铁氧体磁环                            │
│  3. 定期检查RJ45连接器密封状态                                     │
│  4. 建议每季度进行一次通信稳定性抽检                               │
│                                                                     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘