當各種設備應用與管理系統發生故障時，準確而快速地進行故障診斷定位，對于系統的恢復，具有十分重要意義。然而，由于系統結構復雜，導致設備故障的原因很多，在現場分析、判斷和處理故障時，往往依賴于維修人員對設備機理的把握程度和經驗，導致故障定位不準，維修時間較長。故采用故障樹分析法建立檢測引導系統，以此來引導維修人員以專家的思維模式對設備進行檢測修理，提高經濟性和可靠性。這種檢測引導系統即為專家系統。本文以串口通信故障檢測為例，設計了一種嵌入式專家系統，結合嵌入式WinCE以及SQLite，達到引導檢測的目的。
　　1 系統架構
　　1.1 專家系統簡介
　　專家系統（ES）是人工智能領域最活躍和最廣泛的領域之一［1］。自從1965 年第一個專家系統Dendral 在美國斯坦福大學問世以來，經過40年的開發，各種專家系統已遍布各個專業領域。目前，專家系統得到了更廣泛的應用，并在應用開發中得到進一步發展。所謂專家系統就是使用人類專家推理的計算機模型來處理現實世界中需要專家作出解釋的復雜問題，在沒有專家參與的情況下得出與專家相同的結論。簡言之，專家系統可視作“知識庫”和“推理機”的結合，知識庫是專家的知識在計算機中的映射，推理機是利用知識進行推理的能力在計算機中的映射，構造專家系統的難點也在于這兩個方面。
　　1.2 系統組成
　　本文設計的智能專家系統包括用戶界面、數據庫以及模塊化的程序。應用嵌入式數據庫SQLite來實現知識的存儲以及人機交互實現推理解釋。故障樹節點的所有信息均存儲在SQLite中，并在數據庫中實現故障節點的邏輯關系以此取代推理機，達到引導檢測的目的［2］。
　　1.3 系統工作機制
　　專家系統的組織控制機構（即推理機）根據當前輸入數據來運行知識庫中的相應知識，按一定策略進行推理，以達到要求的目標。本文專家系統中，推理機根據用戶參與選擇后的故障信息，在知識庫內尋找能與之匹配的故障樹結點事件，每步推理都以用戶反饋信息為依據，沿故障樹脈絡進行正向推理，逐步縮小故障范圍，直至完成故障源定位。專家系統工作流程如圖1所示。
　　
　　2 專家庫設計
　　故障樹分析FTA（Fault Tree Analysis）是一種演繹推理方法， 將系統可能發生的故障和故障原因由總體到部分按樹狀逐漸細化的圖形演繹方法， 通過對故障樹的定性和定量分析， 判明故障原因并可得出引發故障的相關因素的相關重要度［3］。故障樹是用于系統可靠性分析和故障診斷的一種圖形化故障模型，而基于規則的診斷專家系統的目標是當系統發生故障時綜合利用各種診斷信息，根據知識庫中的規則，通過推理確定系統的故障模式，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，將最不希望發生的故障作為頂事件； 位于故障樹底部， 導致其他事件的、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官方網站下載最新版本的SQLite，解壓獲得sqlite3.c、sqlite3.h、sqlite3ext.h三個源文件，還要下載一個基于Windows平臺的edll壓縮文檔，解壓獲取sqlite3.def，最后下載一個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。最后設置工程屬性后編譯：編譯后便可生成適合設備平臺的數據庫使用文件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，然后在需要使用數據庫的源文件中加入include“sqlite3.h”，SQLite數據庫就可以使用了。
　　2.2 故障樹的構建
　　基于故障樹的推理是指利用故障現象信息和故障樹節點間的邏輯關系進行推理，利用異常節點作為推理的起始點，利用輔助信息進行假設排除，最終確定故障原因。在進行故障診斷之前，系統要構造故障樹，故障樹的作用主要用于診斷過程的剪枝，即縮小狀態空間的搜索范圍，以提高系統工作效率。將數據庫中的所有規則組織成若干棵樹，每棵樹的葉子節點對應一個故障現象或輔助信息，非葉子節點對應一個故障結論，父節點與子節點的關系構成規則，在數據庫中記錄故障樹的根節點、節點層次、節點關系、葉子節點等信息。設置系統變量，用于判斷系統是否進行過規則更新操作，在啟動系統、退出規則維護界面和調用故障診斷功能時都進行判斷，及時提示用戶進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異常，就要對整體或者串口通信過程中的某個細節進行故障診斷。串口通信的實現需要如下幾個模塊：數據發送模塊、數據接收模塊、物理鏈路、中央處理單元、串口擴展板以及電源。故障主要有數據發送模塊故障、接收模塊故障以及串口擴展板故障三部分。在工作中，無論哪部分模塊發生故障都將影響到整個通信過程。根據故障關系以及檢測經驗設計圖2所示的串口通信故障樹。