基于网络的虚拟仪器测试系统

下载后可任意编辑 引 言 著名科学家门捷列夫说：“没有测量，就没有科学”。测量科学的先驱凯尔文又说，一个事物你假如能够测量它，并且能用数字来表达它，你对它就有了深刻的了解；但假如你不知道如何测量它，且不能用数字表达它，那么你的知识可能就是贫瘠的，是不令人满意的。测量是知识的起点，也是你进入科学殿堂的开端。 1 基于网络的虚拟仪器测试系统 1.1 概述 随着计算机技术、通信技术与仪器技术的不断进展，使得虚拟仪器得到了进一步进展，虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能。在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，使得计算机可以得到充分发挥。除了仪器的输入、输出、数据处理分析、结果显示由计算机完成外，还可组成计算机网络。一个大的复杂的测试系统往往系统的测量、输入、输出、结果分析分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。计算机网络技术、总线技术的进展，乃至Internet网的进展拓展了虚拟仪器测试系统的应用范围。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络内得以共享，减少了设备重复投资。一台计算机采集的数据可以立即传输到另一台处理分析机上进行处理分析，分析后的结果可被执行机构、设计师查询使用，使数据采集、传输、处理分析成为一体，容易实现实时采集、实时监测。重要的数据实行多机备份，提高了系统的可靠性。对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。 1.2 虚拟仪器网络测试系统设计 虚拟仪器网络测试系统的设计需从虚拟仪器和网络技术两方面考虑。 1.2.1虚拟仪器部分 分析测试系统的要求和系统的功能，根据系统功能的要求，在软件和硬件之间进行优化选择，从而确定仪器所必需的硬件模块，以便用最少的模块实现仪器的最佳功能。根据应用情况与实际的条件选择基于计算机的虚拟仪器的仪器模块（VXI总线、PCI总线、PXI总线、GPIB仪器），包括示波器、信号调理电路、万用表、信号源等模块。 硬件确定以后，主要确定软件功能模块，哪些仪器功能由软件实现，将软件功能划分为相对独立的模块。然后选择易于编写的图形化的软件平台。 Virsual C++6.0是一种面对对象的通用的功能强大的程序设计语言，提供集成性及可视化用户界面，采纳面对对象的程序设计方法，它具有底层操作功能，也具有数据库开发功能，编程灵活，因此也是编程人员常选用的编程语言，我也用VC++编写了虚拟仪器平台，可以组建虚拟信号发生器、虚拟示波器、数据采集。 1.2.2网络结构设计 根据测试系统各部分所处的地理位置和覆盖的范围不同可构建局域网、城域网、广域网。一个大的复杂的测试系统由各个子系统组成，每个子系统一般在一个单位的小范围内，因此可建立局域网，然后将每个局域网互联，形成企业测量系统。由于Internet网的进展，一些公用的数据还可以通过Internet网将测量数据发布到网上供网上用户使用，可建立测量发布系统。对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集。 由于网络测试中每个测试点担任不同的测试任务，为了减少不必要的重复工作，通过网络实现资源共享，同时要减轻服务器与各节点的数据传输，提高网络系统性能，因此服务器和各个节点以及各节点之间协同工作显得尤为重要。基于Client/Server模式的分布式计算、分布式处理系统是解决这个问题的最好选择。基于C/S模式，将系统功能分解到各个节点，各个节点有机配合，用户在自己的终端上就可以观察到从服务器中猎取的数据和处理结果。在C/S中，分客户机（Client）程序和服务器（Sewer）程序。客户机程序和服务器程序可以运行在一台计算机中，也可运行在两台或多台计算机中，Client程序与Server程序相互协同处理，一个测试系统由一个或承担不同任务的多个客户机与一个或多个服务器组成。客户机是用户与系统的交互接口，提供一个用户界面，完成用户命令与数据的输入，显示服务器送回的结果。服务器接受客户机提出的申请，完成所要求的操作并将结果传送给用户。在一个测试系统中，根据任务不同，每个服务器和客户机承担的任务也不同，例如可划分为采集、数据处理分析、输出、监控。一台计算机采集外部数据，将采集的数据存储并传输给另一台计算机，它就是服务器，另外它又需要得到远地计算机的数据，这时它又成为客户机。C/S模式是一种开放式系统的协同处理工作模式。 设计C/S模式时应首先分析系统所要达到的指标和功能要求，在此基础上，把系统划分为各个相对独立的模块，分配到各个计算机上，每个计算机执行不同的功能，能在客户机上完成的独立任务就不要放在服务器上，以减低服务器的工作量。第二，要保证数据在服务器和客户机、客户机间可靠的传输。设计时需考虑网络的带宽要满足传输要求，并减少网络数据传输量。 Agilent IO库允许通过LAN进行仪器的控制操作。使用标准的LAN接口，计算机可以不要特别的仪器接口就可以实现对仪器的控制。LAN软件使用计算机的C/S模式，这种模式使得应用程序（客户）可以不用执行所有的工作，相反，客户机可以向另一台仪器（服务器）发出某种请求。与可控仪器或器件相连的LAN服务器，一旦完成仪器或器件的请求，LAN服务器会反馈信息给客户机。反馈的信息包括数据和状态等表明操作是否成功的信息。例如网关在LAN软件（客户机支持）和器件支持的仪器接口之间扮演一个服务器的角色。基本结构如图: 图1－1 LAN软件结构:该结构中，包含了LAN客户软件和LAN软件（TCP/IP）（用于访问服务器—gateway）。网关包含了LAN服务器软件，LAN（TCP/IP）软件以及用于和客户机通讯和控制仪器的仪器驱动软件。 图1－2 1.2.3软件设计 与硬件结构相对应，软件结构可分为网络测控系统控制主模块，是系统控制的中枢，连接和控制各子模块；虚拟信号源、虚拟万用表和虚拟示波器等模块，是控制相应台式仪器，使其完全能处于远程虚拟控制状态，给测控对象提供激励信号，并监视受控对象输出特性变化；虚拟VXI仪器和信号调理模块是控制SCXI和VXI硬件模块仪器进行模拟量数据采集与开关量对象控制，包括数据处理；图象采集模块，包括采集现场景物视频图象和有形对象的图象采集.与图象处理；网络通信模块承担不同总线模块与主模块之间的数据传输与通信，也是实现本测控系统与远程用户之间的控制与数据传送。每个虚拟仪器模块内部都封装了对应仪器状态控制命令集、数据采集命令集、数据处理模型以及通信协议等处理子模块。 下面的第三章至第五章介绍的就是函数信号发生器、示波器以及万用表模块的设计和具体的编程。下面让我们先来了解一下VC++6.0开发工具和Agilent VI