基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器測試系統(tǒng)

1、引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與儀器技術(shù)的深入發(fā)展和結(jié)合，使得虛擬儀器得到了進(jìn)一步發(fā)展，虛擬儀器將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、數(shù)字信號處理技術(shù)結(jié)合，把廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能。用戶可根據(jù)測試的需要，自己設(shè)計(jì)所需要的儀器系統(tǒng)，利用一種或多種功能的通用模塊，調(diào)用不同功能的軟件模塊，組成不同的儀器功能。在虛擬儀器中，計(jì)算機(jī)成為儀器的一部分，使得計(jì)算機(jī)可以得到充分發(fā)揮。除了儀器的輸入、輸出、數(shù)據(jù)處理分析、結(jié)果顯示由計(jì)算機(jī)完成外，還可組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。一個大的復(fù)雜的測試系統(tǒng)往往系統(tǒng)的測量、輸入、輸出、結(jié)果分析分布在不同的地理位置，僅用一臺計(jì)算機(jī)并不能勝任測試任務(wù)，需要由分布在不同地理位置的若干計(jì)算機(jī)共同完成整個測試任務(wù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展，乃至Internet網(wǎng)的發(fā)展拓展了虛擬儀器測試系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將分散在不同地理位置不同功能的測試設(shè)備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)得以共享，減少了設(shè)備重復(fù)投資。一臺計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)可以立即傳輸?shù)搅硪慌_處理分析機(jī)上進(jìn)行處理分析，分析后的結(jié)果可被執(zhí)行機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)師查詢使用，使數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理分析成為一體，容易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測。重要的數(shù)據(jù)實(shí)行多機(jī)備份，提高了系統(tǒng)的可靠性。對于有些危險(xiǎn)的、環(huán)境惡劣的不適合人員操作的數(shù)據(jù)采集工作可實(shí)行遠(yuǎn)程采集，將采集的數(shù)據(jù)放在服務(wù)器中供用戶使用。虛擬儀器與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合實(shí)現(xiàn)儀器的遠(yuǎn)程教學(xué)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)儀器、操作儀器，這也是我們學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目標(biāo)。虛擬儀器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化在測試系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需從虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面考慮。

　　（1）虛擬儀器部分

　　分析測試系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)的功能，根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，在軟件和硬件之間進(jìn)行優(yōu)化選擇，從而確定儀器所必需的硬件模塊，以便用最少的模塊實(shí)現(xiàn)儀器的最佳功能。根據(jù)應(yīng)用情況與實(shí)際的條件選擇基于計(jì)算機(jī)的虛擬儀器的儀器模塊（VXI總線、PCI總線、PXI總線、GPIB儀器），包括傳感器、信號調(diào)理電路、DAQ數(shù)據(jù)采集、信號源等模塊。

　　硬件確定以后，主要確定軟件功能模塊，哪些儀器功能由軟件實(shí)現(xiàn)，將軟件功能劃分為相對獨(dú)立的模塊。然后選擇易于編寫的圖形化的軟件平臺。LabVIEW平臺是一種圖形化編程環(huán)境，提供了虛擬儀器的控件、豐富的數(shù)據(jù)處理分析函數(shù)、儀器驅(qū)動程序及數(shù)據(jù)庫工具軟件包，LabVIEW提供的SQL、DataSocket軟件都是容易建立網(wǎng)絡(luò)化測試環(huán)境的軟件包。采用LabVIEW編寫虛擬儀器軟件簡化了程序設(shè)計(jì)，提高了效率。我們利用LabVIEW和NI的數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、虛擬示波器、虛擬信號發(fā)生器。

　　Virsual C++是一種面向?qū)ο蟮耐ㄓ玫墓δ軓?qiáng)大的程序設(shè)計(jì)語言，提供集成性及可視化用戶界面，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，它具有底層操作功能，也具有數(shù)據(jù)庫開發(fā)功能，編程靈活，因此也是編程人員常選用的編程語言，我們也用VC++編寫了虛擬儀器平臺，可以組建示波器、頻譜分析儀，信號發(fā)生器?，F(xiàn)在我們計(jì)劃用VC編寫數(shù)據(jù)庫軟件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器。

　?。?）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)測試系統(tǒng)各部分所處的地理位置和覆蓋的范圍不同可構(gòu)建局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。一個大的復(fù)雜的測試系統(tǒng)由各個子系統(tǒng)組成，如一個航空白動測試系統(tǒng)，一個火炮測試系統(tǒng)，要對其進(jìn)行環(huán)境測試、溫度測試、振動測試，還有電子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的測試等等，每個子系統(tǒng)一般在一個單位的小范圍內(nèi)，因此可建立局域網(wǎng)，然后將每個局域網(wǎng)互聯(lián)，形成企業(yè)測量系統(tǒng)。由于Internet網(wǎng)的發(fā)展，一些公用的數(shù)據(jù)還可以通過Internet網(wǎng)將測量數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)上供網(wǎng)上用戶使用，可建立測量發(fā)布系統(tǒng)。對于有些危險(xiǎn)的、環(huán)境惡劣的不適合人員操作的數(shù)據(jù)采集工作可實(shí)行遠(yuǎn)程采集。

　　由于網(wǎng)絡(luò)測試中每個測試點(diǎn)擔(dān)任不同的測試任務(wù)，為了減少不必要的重復(fù)工作，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享，同時(shí)要減輕服務(wù)器與各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，因此服務(wù)器和各個節(jié)點(diǎn)以及各節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同工作顯得尤為重要。基于Client/Server模式的分布式計(jì)算、分布式處理系統(tǒng)是解決這個問題的最好選擇?；贑/S模式，將系統(tǒng)功能分解到各個節(jié)點(diǎn)，各個節(jié)點(diǎn)有機(jī)配合，用戶在自己的終端上就可以觀察到從服務(wù)器中獲取的數(shù)據(jù)和處理結(jié)果。在C/S中，分客戶機(jī)（Client）程序和服務(wù)器（Sewer）程序。客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序可以運(yùn)行在一臺計(jì)算機(jī)中，也可運(yùn)行在兩臺或多臺計(jì)算機(jī)中，Client程序與Sewer程序相互協(xié)同處理，一個測試系統(tǒng)由一個或承擔(dān)不同任務(wù)的多個客戶機(jī)與一個或多個服務(wù)器組成?？蛻魴C(jī)是用戶與系統(tǒng)的交互接口，提供一個用戶界面，完成用戶命令與數(shù)據(jù)的輸入，顯示服務(wù)器送回的結(jié)果。服務(wù)器接受客戶機(jī)提出的申請，完成所要求的操作并將結(jié)果傳送給用戶。在一個測試系統(tǒng)中，根據(jù)任務(wù)不同，每個服務(wù)器和客戶機(jī)承擔(dān)的任務(wù)也不同，例如可劃分為采集、數(shù)據(jù)處理分析、輸出、監(jiān)控。一臺計(jì)算機(jī)采集外部數(shù)據(jù)，將來集的數(shù)據(jù)存儲并傳輸給另一臺計(jì)算機(jī)，它就是服務(wù)器，另外它又需要得到遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，這時(shí)它又成為客戶機(jī)。C/S模式是一種開放式系統(tǒng)的協(xié)同處理工作模式。