虛擬儀器網(wǎng)絡(luò )測控系統平臺

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、以虛擬代替傳統儀器組建自動(dòng)測試系統發(fā)展迅速。目前國內在基于虛擬儀器測控系統研究方面，使用GPIB總線(xiàn)臺式儀器的居多，采用單臺儀器設備與計算機連接的居多，連接向種總線(xiàn)儀器的居多，在局域網(wǎng)上組建測試系統的居多，構成專(zhuān)用測試系統的居多。因此，很少采用多總線(xiàn)多種儀器在Internet上進(jìn)行通用遠程網(wǎng)絡(luò )測控系統的研究，我們在此方面進(jìn)行了嘗試。采用PXI總線(xiàn)儀器、VXI總線(xiàn)模塊儀器、GPIB總線(xiàn)臺式儀器、SCXI總線(xiàn)調理模塊、PC機板卡儀器等進(jìn)行多種總線(xiàn)儀器混合互連，構成了示波器、信號源、計數器、多用表、數據采集及圖象采集等多種儀器的連接，組成集測量、控制和現場(chǎng)監視于一體的Internet遠程虛擬儀器網(wǎng)絡(luò )測控系統平臺，并利用該平臺對彩管畫(huà)面質(zhì)量特性進(jìn)行了測試實(shí)驗。
　　系統結構與原理
　　1.系統結構
　　本系統用虛擬儀器的概念實(shí)現了對現場(chǎng)對象的基于Internet的遠程測量、控制和現場(chǎng)監視功能。系統平臺就是通過(guò)PC、GPIB、PXI、VXI、SCXI和RS232等多種總線(xiàn)將十余種總線(xiàn)儀器互連，包括TDS220示波器、HP-8648A信號源和HP34401A程控電壓表等GPIB總線(xiàn)臺式儀器；PXI-8156零槽控制器和PXI-6071E多功能數據采集等PXI總線(xiàn)卡式儀器；GPIB-VXI轉換接口和VXI-4101A（包括計數器、電壓表和I/O）等VXI總線(xiàn)集成儀器；SCXI-2000通信和SCXI-2000信號調理等SCXI總線(xiàn)模塊；PCI-1408圖象采集卡的PC總線(xiàn)儀器。
　　2.工作原理
　　系統在軟件的控制下不僅實(shí)現了單臺虛擬儀器的測控功能，更重要的是實(shí)現了測控系統的組態(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。根據測控對象的實(shí)際需要進(jìn)行組態(tài)選配合適的自動(dòng)測控系統功能。當然，對不同物理量應選配相應的傳感器。系統的控者由PXI-8156零槽控制器和PC機擔任。PXI-8156通過(guò)內置PXI總線(xiàn)與PXI-L6071E Multifunction I/O相連，實(shí)施對象的模擬量或數字量采集。PXI-8156通過(guò)密封機箱內置的AT-GPIB/TNT接口連接VXI儀器的GPIB VXI/O轉換口，使其間接控制VXI-4101A的多用表、計數器和I/O以及6071E等儀器，組成高速集成虛擬儀器測控系統環(huán)境，能夠對接入對象實(shí)施遠程測控。GPIB總線(xiàn)連接HP8648A信號源、HP3440lA電壓表和TDS220示波器構成瞬態(tài)信號的捕獲與虛擬分析儀器。PXI-8156的RS232接口連接SCXI-1200，可進(jìn)行緩慢小信號模擬量對象的數據采集與數據處理。PC機直接控制PCI總線(xiàn)1408圖象采集卡，既可實(shí)施現場(chǎng)監視，也可進(jìn)行微小有形對象的圖象采集與圖象處理。PXI控制器與PC機以及與遠程用戶(hù)均通過(guò)Internet連接，能夠實(shí)現對任意組態(tài)系統的遠程操作。
　　軟件設計
　　1.軟件結構
　　與硬件結構相對應，軟件結構可分為網(wǎng)絡(luò )測控系統控制主模塊，是系統控制的中樞，連接和控制各子模塊；虛擬信號源、虛擬電壓表和虛擬示波器等模塊，是控制相應臺式儀器，使其完全能處于遠程虛擬控制狀態(tài)，給測控對象提供激勵信號，并監視受控對象輸出特性變化；虛擬VXI儀器和信號調理模塊是控制SCXI和VXI硬件模塊儀器進(jìn)行模擬量數據采集與開(kāi)關(guān)量對象控制，包括數據處理；圖象采集模塊，包括采集現場(chǎng)景物視頻圖象和有形對象的圖象采集與圖象處理；網(wǎng)絡(luò )通信模塊承擔不同總線(xiàn)模塊與主模塊之間的數據傳輸與通信，也是實(shí)現本測控系統與遠程用戶(hù)之間的控制與數據傳送。每個(gè)虛擬儀器模塊內部都封裝了對應儀器狀態(tài)控制命令集、數據采集命令集、數據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
　　由于篇幅所限制，對網(wǎng)絡(luò )編程作簡(jiǎn)單介紹。本系統采用LabVIEW5.1圖形開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。其DataSocket控件實(shí)現了基于Internet的網(wǎng)絡(luò )測控功能。DataSocket遵循TCP/ip協(xié)議，并對底層進(jìn)行了高度封裝，只需要URL和所需傳輸的數據，可在因特網(wǎng)進(jìn)行即時(shí)分送數據。象使用Lab VIEW中的其他數據類(lèi)型一樣，用DataSocket讀寫(xiě)字符串、整形數、布爾量及數組數據。DataSocket提供了三種數據目標：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用于遠程控制和VIs監視。而DataSocket用于廣播數據。前者適于控制，后者易于高速數據傳輸。因而本系統的網(wǎng)絡(luò )測控可以達到實(shí)時(shí)的效果。DataSocket控件包含三種基本工具。
　?。?）DataSocket Active Control：連接數據源和數據宿，并使他們共享數據的元件。因為，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)數據應用程序。
　?。?）DataSocket Sever：在兩個(gè)應用程序之間可以采用DSTP（DataSocket Transfer PRotocol）協(xié)議進(jìn)行數據通信和交換。在服務(wù)器端運行DataSocket Sever后，當在客戶(hù)端運行DataSocket Sever時(shí)，基于Internet的TCP網(wǎng)連接的程序可以被訪(fǎng)問(wèn)。
　?。?）DataSocket Sever Manager：用于對DataSocket Sever進(jìn)行配置。通過(guò)配置，可以制定機器create items、read items和write items。也可以對多用戶(hù)讀寫(xiě)進(jìn)行選擇。
　　專(zhuān)用測控系統的組態(tài)
　　通過(guò)對虛擬儀器網(wǎng)絡(luò )測控系統平臺的組態(tài)，對彩色顯像管畫(huà)面質(zhì)量特性進(jìn)行了測試，PXI控制器通過(guò)GPIB總線(xiàn)控制信號源產(chǎn)生專(zhuān)用信號，并通過(guò)6071E控制開(kāi)關(guān)將信號源輸送給電視機，同時(shí)，PXI控制器控制示波器監視信號源信號的變化情況。由于實(shí)施遠程測量，希望了解測試現場(chǎng)環(huán)境，如實(shí)驗室現場(chǎng)溫度和景象等。一方面通過(guò)PXI控制器及SCXI信號調理測量現場(chǎng)溫度，另一方面通過(guò)PC機和圖像卡觀(guān)看實(shí)驗室測控設備的連接關(guān)系和分布情況。為了測試電視機顯像管畫(huà)面質(zhì)量特性，將與圖像采集卡相連的CCD攝像機對準電視機顯像管屏幕，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)面測試評價(jià)結果。若將CCD攝像機轉向現場(chǎng)，遠程用戶(hù)看到的是測控系統的現場(chǎng)監視圖象。
　　結論
　　虛擬儀器網(wǎng)絡(luò )測控系統已集成了10種虛擬測控儀器，可進(jìn)行不同對象的測控實(shí)驗，彩管畫(huà)面質(zhì)量測試作為系統成功應用的一個(gè)實(shí)例，其它虛擬儀器的集成和測控對象的擴充正在研究開(kāi)發(fā)之中。