基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò )化自動(dòng)測試系統的構架及實(shí)現

摘要：提出了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò )化自動(dòng)測試系統的技術(shù)概念，分析了系統的結構和功能及系統的軟硬件構成，并建立了一個(gè)具體模型，闡述了對該系統的網(wǎng)絡(luò )功能實(shí)現。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 網(wǎng)絡(luò )化 自動(dòng)測試系統 DataSocket

計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數據通信、網(wǎng)絡(luò )工程和信息管理等系統性能的巨大改進(jìn)，出現了將自動(dòng)測試技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)結合起來(lái)的時(shí)機。測試系統正朝著(zhù)計算機化、標準化和網(wǎng)絡(luò )化三大趨勢發(fā)展，涌現了一些諸如“網(wǎng)絡(luò )就是儀器”等先進(jìn)的測試理念，以網(wǎng)絡(luò )為基礎的自動(dòng)測試系統逐步成熟并應用到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，已經(jīng)取得了巨大的效益。

1 自動(dòng)測試系統的發(fā)展概況

通常把在人工最少參與的情況下能自動(dòng)進(jìn)行測量、數據處理并輸出測試（量）結果的系統稱(chēng)為自動(dòng)測試系統（Automated Test System）。自動(dòng)測試系統最早出現于二十世紀50年代初期，至今歷經(jīng)三個(gè)階段。

第一階段，總裝階段。將幾種不同的輸入和輸出電路的幾種可程控儀器總裝在一起形成一個(gè)組裝系統。這種系統的設計、維護復雜，適應性不強，研制費用較高。

第二階段，接口標準化階段。這種系統組建方便，由專(zhuān)門(mén)的通用接口電路更改，增加測試內容也很靈活，顯示了很大的優(yōu)越性，增加測試內容也很靈活，顯示了很大的優(yōu)越性，因此得到了廣泛的應用。

第三階段，PC儀器（Personal Computer-based instrument）階段。在此出現了所謂的“虛似儀器”（Virtual Instrument），給測試系統帶來(lái)了革命性的沖擊，對測試理論、測試方法等很多方面都產(chǎn)生了重大影響。

計算機硬件和軟件的滲入給傳統測試技術(shù)帶來(lái)了新的革命，在計算機、微電子、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)不斷進(jìn)步的有力支撐和多領(lǐng)域科研需求和激勵下，明顯地表現出與高新技術(shù)深度融合，尤其是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)開(kāi)始應用到測試技術(shù)中，成為測試技術(shù)滿(mǎn)足實(shí)際需求的關(guān)鍵支撐，網(wǎng)絡(luò )化必然是測試系統發(fā)展的大趨勢。

2 虛擬儀器簡(jiǎn)介

所謂虛擬儀器是基于計算機的軟硬件測試平臺，利用現有的計算機，加上特殊設計的儀器硬件和專(zhuān)用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的高檔、低價(jià)的新型儀器。虛擬儀器由計算機、應用軟件和儀器硬件三部分構成，通過(guò)軟件將計算機硬件與儀器硬件有機融合為一體，把計算機強大的數據處理能力和儀器硬件測量、控制能力結合在一起，通過(guò)軟件實(shí)現對數據的顯示、存儲以及分析處理。

軟件是虛擬儀器系統的關(guān)鍵。沒(méi)有一個(gè)優(yōu)秀的控制分析軟件，很難想象可以構成一臺理想的虛擬儀器系統。比較優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)軟件是美國國家儀器（National Instruments，NI）公司的Labview、Labwindows/CVI，是一種基于G語(yǔ)言（graphical programming language）的革命性的可視化(圖形化)開(kāi)發(fā)平臺，最新推出的LabVIEW 6i是面向Internet的最新版本。

虛擬儀器的出現是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，表著(zhù)儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。

3 基本虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò )化自動(dòng)測試系統平臺

在此提出基于網(wǎng)絡(luò )化虛擬儀器的自動(dòng)測試系統平臺的技術(shù)概念，如圖1所示。

該系統可根據實(shí)際的測試項目進(jìn)行擴充、重構。如服務(wù)器可具體分為：WWW服務(wù)器、e-mail服務(wù)器，ftp服務(wù)器。對于龐大的測試系統而言，可提高系統的穩定性、安全性。系統中測試節點(diǎn)的每一個(gè)測試儀器都個(gè)有唯一的IP地址，可以很方便地實(shí)現測試儀器乃至多個(gè)測試系統之間的網(wǎng)絡(luò )互連；通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，用戶(hù)根據需要對分布式測試儀器、數據庫進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)與控制。網(wǎng)絡(luò )將是該測試系統平臺的核心，充分體現資源共享這一網(wǎng)絡(luò )的基本功能；也充分體現負荷均衡的思想，即在自動(dòng)測試系統的測試任務(wù)較繁重時(shí)，能夠把部分任務(wù)移到任務(wù)不足的計算機或其它測試系統中云處理，甚至可以將服務(wù)器中難以迅速解決大型任務(wù)，分配給網(wǎng)絡(luò )中個(gè)人PC機共同完成。

自動(dòng)測試（量）系統軟件結構如圖2所示。一般由四個(gè)主要元素構成：系統管理軟件、應用程序、儀器驅動(dòng)軟件和I/O接口軟件。其重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò )連接部分，即實(shí)現“網(wǎng)絡(luò )就是儀器”。另外，開(kāi)發(fā)過(guò)程中還應遵循虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)標準：虛擬儀器的軟件構架（Virtual Instrumentation Software Architecture），即VISA標準，使得不管虛擬儀器使用的計算機或者操作系統是什么，最終所編寫(xiě)的用戶(hù)應用程序都是可移值的，軟件模塊具通用性。

4 DataSocket——系統網(wǎng)絡(luò )功能的實(shí)現原理

本系統利用LabVIEW 6i中的DataSocket控件實(shí)現了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò )化測試功能。DataSocket是由NI公司于1999年推出的一項新技術(shù)。使用新的DataSocket類(lèi)，很容易地通過(guò)各種接送測量數據，如OPC、HTTP、FTP或其它網(wǎng)絡(luò )的DataSocket，包括Internet，而不必學(xué)習復雜的TCP/IP數據傳輸協(xié)議，完全能夠控制分散的測試節點(diǎn)。利用客戶(hù)/服務(wù)器架構，使網(wǎng)絡(luò )上的數據傳輸達到最優(yōu)化，并使用戶(hù)交互式地在網(wǎng)上傳送現場(chǎng)數據成為實(shí)現。為網(wǎng)絡(luò )化測試工程應用軟件的開(kāi)發(fā)提供了一條捷徑。

DataSocket遵循了TCP/IP協(xié)議，并對底層進(jìn)行了高度封裝，所提供的參數簡(jiǎn)單友好，只需要通用資源定位符URL（Unifom Resource Locator），就可用來(lái)在Internet進(jìn)行及時(shí)分送所需傳輸的數據。用戶(hù)可以象使用LabVIEW中的其他數據類(lèi)型一樣使用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 Server、OPC Server，因而可以支持多進(jìn)程并發(fā)。

DataSocket是一種面向測量和自動(dòng)化工程的網(wǎng)上實(shí)時(shí)數據交換的編程新技術(shù)，其控件包含以下三個(gè)工具：

DataSocket Active Control——連接數據源和數據宿，并使其共享數據的元件。因為它是一種Active控件，可以用它的VB、VC++、Borland和Delphi的Active環(huán)境中開(kāi)發(fā)數據應用程序。

DataSocket Server——在兩個(gè)應用程序間用DSTP（DataSocket Transfer Protocol）協(xié)議進(jìn)行數據通信交換是可行的。在服務(wù)器端運行了DataSocket Server后，當在客戶(hù)端也運行DataSocket Server時(shí)，就可以使諸如Internet這樣的網(wǎng)絡(luò )連接是可訪(fǎng)問(wèn)的。

DataSocket Server Manager——用以對DataSocket Server進(jìn)行配置。通過(guò)這種配置，可以機器creat items、read items、write items，并且可以選擇是否支持多用戶(hù)讀寫(xiě)。

本文提出了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò )化自動(dòng)測試系統的技術(shù)概念。用虛擬儀器網(wǎng)絡(luò )化的思想改造傳統的自動(dòng)測試系統，兼有了網(wǎng)絡(luò )和虛擬儀器的特點(diǎn)。該基于虛擬儀器網(wǎng)絡(luò )化自動(dòng)測試系統平臺有較強的可移植性，適用于多種工業(yè)現場(chǎng)對象的測試、控制和遠程監控。對科研設計人員有較高的參考價(jià)值。另外，LabVIEW代碼的可移植性也簡(jiǎn)化了該測試系統平臺的維護和配置。