網絡化虛擬測控系統的設計

摘要：為滿足計算機專業教學和測控儀器開發的需要，設計了基于網絡、虛擬儀器和SOPC技術的網絡化虛擬測控系統。該系統由PCI接口卡、基于NiosII軟核的SOPC數據采集系統組成，使用Labview技術構建了C／S模式的遠程數據采集和管理體系結構，并基于Windows DDK與VC++語言開發了PCI接口驅動程序。實際應用表明，該系統具有開放性、靈活性以及易用性等優點，達到了預期目的。
關鍵詞：測控系統；虛擬儀器；SOPC；PCI接口卡

隨著信息技術的發展，社會對測控儀器的需求不斷增加，因而對計算機軟硬件綜合設計和開發能力的要求也越來越高。然而，計算機專業普遍存在“重軟輕硬”的現象，學生綜合應用計算機專業知識能力和測控產品開發能力較差，降低了學生的就業競爭力和發展潛力。針對上述問題，基于提高計算機應用系統綜合設計能力要求，充分利用自動測試技術、計算機技術、網絡通信技術，結合科研和測控儀器開發的需要，適應測控儀器向網絡化、虛擬化、集成化方向發展的趨勢，設計了網絡化虛擬測控系統。
網絡化虛擬測控系統基于Labview環境下開發的，從機為基于Nios II軟核微處理機系統的片上系統(SOPC)，其主要功能為多通道模擬信號的采集、外部設備控制、與主機的通信、傳感器信號調理等；主機主要完成外部信號、數據處理與存儲、系統參數設置、顯示以及人機交互等。整個系統設計工作包括PCI接口卡設計及其驅動程序設計、虛擬儀器應用軟件和SOPC系統定制、仿真及其從機軟件設計。該系統不僅提供二次開發接口，而且能夠配置、自動檢測外部設備變化，能夠應用于科研、教學和實際測控，具有很強的靈活性、先進性和應用價值。

1 網絡化虛擬測控系統的設計
1．1 測控系統的總體設計
借鑒虛擬儀器思想，把虛擬儀器技術引入測控系統，組成以SOPC系統可配置數據采集模塊、PCI總線接口卡、虛擬儀器應用軟件于一體的網絡化虛擬測控系統(如圖1所示)。系統的硬件設計包括PCI接口卡設計、基于NIOS Il軟核的SOPC硬件系統的定制；軟件系統設計包括PCI接口卡驅動程序、SOPC軟件以及虛擬儀器應用軟件、管理軟件的設計。虛擬儀器應用軟件主要完成數字信號處理、分析、顯示以及存儲，服務器端軟件，多通道數據采集參數與工作方式的設置；管理軟件提供上傳、下載以及與儀器的無縫連接。為降低系統的開發難度、提高系統的可靠性和使用性，系統軟件基于虛擬儀器軟件Labview與Matlab混合編程方法，充分利用了Lalbview軟件的強大數據采集、分析與表達、圖形表示能力以及Matlab語言的豐富的工具箱和強大的計算能力，簡化了儀器軟件的編程，縮短了開發時間。主機系統通過PCI接口卡與SOPC系統進行的信息交換，SOPC系統可以獨立工作以及外部設備進行通信，有效降低分布式測控系統的成本。