虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)

方案綜述:
　　前言
　　自虛擬儀器概念提出以來(lái)，以軟件代替硬件、以圖形代替代碼、以組態(tài)代替編程、以虛擬代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展迅速。目前國(guó)內(nèi)在基于虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)研究方面，使用GPIB總線臺(tái)式儀器的居多，采用單臺(tái)儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的居多，連接向種總線儀器的居多，在局域網(wǎng)上組建測(cè)試系統(tǒng)的居多，構(gòu)成專用測(cè)試系統(tǒng)的居多。因此，很少采用多總線多種儀器在Internet上進(jìn)行通用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)的研究，我們?cè)诖朔矫孢M(jìn)行了嘗試。采用PXI總線儀器、VXI總線模塊儀器、GPIB總線臺(tái)式儀器、SCXI總線調(diào)理模塊、PC機(jī)板卡儀器等進(jìn)行多種總線儀器混合互連，構(gòu)成了示波器、信號(hào)源、計(jì)數(shù)器、多用表、數(shù)據(jù)采集及圖象采集等多種儀器的連接，組成集測(cè)量、控制和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視于一體的Internet遠(yuǎn)程虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)，并利用該平臺(tái)對(duì)彩管畫(huà)面質(zhì)量特性進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)。
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理
　　1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)用虛擬儀器的概念實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象的基于Internet的遠(yuǎn)程測(cè)量、控制和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視功能。系統(tǒng)平臺(tái)就是通過(guò)PC、GPIB、PXI、VXI、SCXI和RS232等多種總線將十余種總線儀器互連，包括TDS220示波器、HP-8648A信號(hào)源和HP34401A程控電壓表等GPIB總線臺(tái)式儀器；PXI-8156零槽控制器和PXI-6071E多功能數(shù)據(jù)采集等PXI總線卡式儀器；GPIB-VXI轉(zhuǎn)換接口和VXI-4101A（包括計(jì)數(shù)器、電壓表和I/O）等VXI總線集成儀器；SCXI-2000通信和SCXI-2000信號(hào)調(diào)理等SCXI總線模塊；PCI-1408圖象采集卡的PC總線儀器。
　　2.工作原理
　　系統(tǒng)在軟件的控制下不僅實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)虛擬儀器的測(cè)控功能，更重要的是實(shí)現(xiàn)了測(cè)控系統(tǒng)的組態(tài)功能，既可硬件組態(tài)，也可軟件組態(tài)，既可單路也可多路。根據(jù)測(cè)控對(duì)象的實(shí)際需要進(jìn)行組態(tài)選配合適的自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)功能。當(dāng)然，對(duì)不同物理量應(yīng)選配相應(yīng)的傳感器。系統(tǒng)的控者由PXI-8156零槽控制器和PC機(jī)擔(dān)任。PXI-8156通過(guò)內(nèi)置PXI總線與PXI-L6071E Multifunction I/O相連，實(shí)施對(duì)象的模擬量或數(shù)字量采集。PXI-8156通過(guò)密封機(jī)箱內(nèi)置的AT-GPIB/TNT接口連接VXI儀器的GPIB VXI/O轉(zhuǎn)換口，使其間接控制VXI-4101A的多用表、計(jì)數(shù)器和I/O以及6071E等儀器，組成高速集成虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)環(huán)境，能夠?qū)尤雽?duì)象實(shí)施遠(yuǎn)程測(cè)控。GPIB總線連接HP8648A信號(hào)源、HP3440lA電壓表和TDS220示波器構(gòu)成瞬態(tài)信號(hào)的捕獲與虛擬分析儀器。PXI-8156的RS232接口連接SCXI-1200，可進(jìn)行緩慢小信號(hào)模擬量對(duì)象的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理。PC機(jī)直接控制PCI總線1408圖象采集卡，既可實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視，也可進(jìn)行微小有形對(duì)象的圖象采集與圖象處理。PXI控制器與PC機(jī)以及與遠(yuǎn)程用戶均通過(guò)Internet連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意組態(tài)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作。
　　軟件設(shè)計(jì)
　　1.軟件結(jié)構(gòu)
　　與硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，軟件結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)控制主模塊，是系統(tǒng)控制的中樞，連接和控制各子模塊；虛擬信號(hào)源、虛擬電壓表和虛擬示波器等模塊，是控制相應(yīng)臺(tái)式儀器，使其完全能處于遠(yuǎn)程虛擬控制狀態(tài)，給測(cè)控對(duì)象提供激勵(lì)信號(hào)，并監(jiān)視受控對(duì)象輸出特性變化；虛擬VXI儀器和信號(hào)調(diào)理模塊是控制SCXI和VXI硬件模塊儀器進(jìn)行模擬量數(shù)據(jù)采集與開(kāi)關(guān)量對(duì)象控制，包括數(shù)據(jù)處理；圖象采集模塊，包括采集現(xiàn)場(chǎng)景物視頻圖象和有形對(duì)象的圖象采集與圖象處理；網(wǎng)絡(luò)通信模塊承擔(dān)不同總線模塊與主模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸與通信，也是實(shí)現(xiàn)本測(cè)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)程用戶之間的控制與數(shù)據(jù)傳送。每個(gè)虛擬儀器模塊內(nèi)部都封裝了對(duì)應(yīng)儀器狀態(tài)控制命令集、數(shù)據(jù)采集命令集、數(shù)據(jù)處理模型以及通信協(xié)議等處理子模塊。
　　2.網(wǎng)絡(luò)編程與實(shí)現(xiàn)
　　由于篇幅所限制，對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程作簡(jiǎn)單介紹。本系統(tǒng)采用LabVIEW5.1圖形開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。其DataSocket控件實(shí)現(xiàn)了基于Internet的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控功能。DataSocket遵循TCP/ip協(xié)議，并對(duì)底層進(jìn)行了高度封裝，只需要URL和所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可在因特網(wǎng)進(jìn)行即時(shí)分送數(shù)據(jù)。象使用Lab VIEW中的其他數(shù)據(jù)類型一樣，用DataSocket讀寫(xiě)字符串、整形數(shù)、布爾量及數(shù)組數(shù)據(jù)。DataSocket提供了三種數(shù)據(jù)目標(biāo)：file、DataSocket Sever和OPC Sever，因而支持多進(jìn)程并發(fā)。DataSocket控件是由Lab VIEW5.1版本提供的，它與以前的LabVIEW VI Sever有所不同。LabVIEW VI Sever用于遠(yuǎn)程控制和VIs監(jiān)視。而DataSocket用于廣播數(shù)據(jù)。前者適于控制，后者易于高速數(shù)據(jù)傳輸。因而本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控可以達(dá)到實(shí)時(shí)的效果。DataSocket控件包含三種基本工具。
　?。?）DataSocket Active Control：連接數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)宿，并使他們共享數(shù)據(jù)的元件。因?yàn)?，它是一種ActiveX控件，用其也可以在VB、VC++和Borland Ddphi的ActiveX環(huán)境中開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。
　　（2）DataSocket Sever：在兩個(gè)應(yīng)用程序之間可以采用DSTP（DataSocket Transfer PRotocol）協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和交換。在服務(wù)器端運(yùn)行DataSocket Sever后，當(dāng)在客戶端運(yùn)行DataSocket Sever時(shí)，基于Internet的TCP網(wǎng)連接的程序可以被訪問(wèn)。
　?。?）DataSocket Sever Manager：用于對(duì)DataSocket Sever進(jìn)行配置。通過(guò)配置，可以制定機(jī)器create items、read items和write items。也可以對(duì)多用戶讀寫(xiě)進(jìn)行選擇。
　　專用測(cè)控系統(tǒng)的組態(tài)
　　通過(guò)對(duì)虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)平臺(tái)的組態(tài)，對(duì)彩色顯像管畫(huà)面質(zhì)量特性進(jìn)行了測(cè)試，PXI控制器通過(guò)GPIB總線控制信號(hào)源產(chǎn)生專用信號(hào)，并通過(guò)6071E控制開(kāi)關(guān)將信號(hào)源輸送給電視機(jī)，同時(shí)，PXI控制器控制示波器監(jiān)視信號(hào)源信號(hào)的變化情況。由于實(shí)施遠(yuǎn)程測(cè)量，希望了解測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，如實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)溫度和景象等。一方面通過(guò)PXI控制器及SCXI信號(hào)調(diào)理測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)溫度，另一方面通過(guò)PC機(jī)和圖像卡觀看實(shí)驗(yàn)室測(cè)控設(shè)備的連接關(guān)系和分布情況。為了測(cè)試電視機(jī)顯像管畫(huà)面質(zhì)量特性，將與圖像采集卡相連的CCD攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)電視機(jī)顯像管屏幕，將采集彩管畫(huà)面圖象并進(jìn)行必要的圖象處理，給出彩管畫(huà)面測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果。若將CCD攝像機(jī)轉(zhuǎn)向現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)程用戶看到的是測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視圖象。
　　結(jié)論
　　虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)已集成了10種虛擬測(cè)控儀器，可進(jìn)行不同對(duì)象的測(cè)控實(shí)驗(yàn)，彩管畫(huà)面質(zhì)量測(cè)試作為系統(tǒng)成功應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例，其它虛擬儀器的集成和測(cè)控對(duì)象的擴(kuò)充正在研究開(kāi)發(fā)之中。