基于網絡的虛擬儀器測試系統

1、引言

　　隨著計算機技術、通信技術與儀器技術的深入發展和結合，使得虛擬儀器得到了進一步發展，虛擬儀器將計算機資源與儀器硬件、數字信號處理技術結合，把廠家定義儀器功能的方式轉變為由用戶自己定義儀器功能。用戶可根據測試的需要，自己設計所需要的儀器系統，利用一種或多種功能的通用模塊，調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，計算機成為儀器的一部分，使得計算機可以得到充分發揮。除了儀器的輸入、輸出、數據處理分析、結果顯示由計算機完成外，還可組成計算機網絡。一個大的復雜的測試系統往往系統的測量、輸入、輸出、結果分析分布在不同的地理位置，僅用一臺計算機并不能勝任測試任務，需要由分布在不同地理位置的若干計算機共同完成整個測試任務。計算機網絡技術、總線技術與數據庫技術的發展，乃至Internet網的發展拓展了虛擬儀器測試系統的應用范圍。利用網絡技術將分散在不同地理位置不同功能的測試設備聯系在一起，使昂貴的硬件設備、軟件在網絡內得以共享，減少了設備重復投資。一臺計算機采集的數據可以立即傳輸到另一臺處理分析機上進行處理分析，分析后的結果可被執行機構、設計師查詢使用，使數據采集、傳輸、處理分析成為一體，容易實現實時采集、實時監測。重要的數據實行多機備份，提高了系統的可靠性。對于有些危險的、環境惡劣的不適合人員操作的數據采集工作可實行遠程采集，將采集的數據放在服務器中供用戶使用。虛擬儀器與計算機網絡結合實現儀器的遠程教學，學生通過網絡學習儀器、操作儀器，這也是我們學校實驗室建設的目標。虛擬儀器計算機網絡化在測試系統中具有廣泛的應用前景。

2、虛擬儀器網絡測試系統設計

　　虛擬儀器網絡測試系統的設計需從虛擬儀器和網絡技術兩方面考慮。

　?。?）虛擬儀器部分

　　分析測試系統的要求和系統的功能，根據系統功能的要求，在軟件和硬件之間進行優化選擇，從而確定儀器所必需的硬件模塊，以便用最少的模塊實現儀器的最佳功能。根據應用情況與實際的條件選擇基于計算機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、信號調理電路、DAQ數據采集、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現，將軟件功能劃分為相對獨立的模塊。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境，提供了虛擬儀器的控件、豐富的數據處理分析函數、儀器驅動程序及數據庫工具軟件包，LabVIEW提供的SQL、DataSocket軟件都是容易建立網絡化測試環境的軟件包。采用LabVIEW編寫虛擬儀器軟件簡化了程序設計，提高了效率。我們利用LabVIEW和NI的數據采集卡實現了數據采集、虛擬示波器、虛擬信號發生器。

　　Virsual C++是一種面向對象的通用的功能強大的程序設計語言，提供集成性及可視化用戶界面，采用面向對象的程序設計方法，它具有底層操作功能，也具有數據庫開發功能，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，信號發生器?，F在我們計劃用VC編寫數據庫軟件，實現網絡化虛擬儀器。

　　（2）網絡結構設計

　　根據測試系統各部分所處的地理位置和覆蓋的范圍不同可構建局域網、城域網、廣域網。一個大的復雜的測試系統由各個子系統組成，如一個航空白動測試系統，一個火炮測試系統，要對其進行環境測試、溫度測試、振動測試，還有電子系統、通信系統的測試等等，每個子系統一般在一個單位的小范圍內，因此可建立局域網，然后將每個局域網互聯，形成企業測量系統。由于Internet網的發展，一些公用的數據還可以通過Internet網將測量數據發布到網上供網上用戶使用，可建立測量發布系統。對于有些危險的、環境惡劣的不適合人員操作的數據采集工作可實行遠程采集。

　　由于網絡測試中每個測試點擔任不同的測試任務，為了減少不必要的重復工作，通過網絡實現資源共享，同時要減輕服務器與各節點的數據傳輸，提高網絡系統性能，因此服務器和各個節點以及各節點之間協同工作顯得尤為重要?；贑lient/Server模式的分布式計算、分布式處理系統是解決這個問題的最好選擇。基于C/S模式，將系統功能分解到各個節點，各個節點有機配合，用戶在自己的終端上就可以觀察到從服務器中獲取的數據和處理結果。在C/S中，分客戶機（Client）程序和服務器（Sewer）程序?？蛻魴C程序和服務器程序可以運行在一臺計算機中，也可運行在兩臺或多臺計算機中，Client程序與Sewer程序相互協同處理，一個測試系統由一個或承擔不同任務的多個客戶機與一個或多個服務器組成。客戶機是用戶與系統的交互接口，提供一個用戶界面，完成用戶命令與數據的輸入，顯示服務器送回的結果。服務器接受客戶機提出的申請，完成所要求的操作并將結果傳送給用戶。在一個測試系統中，根據任務不同，每個服務器和客戶機承擔的任務也不同，例如可劃分為采集、數據處理分析、輸出、監控。一臺計算機采集外部數據，將來集的數據存儲并傳輸給另一臺計算機，它就是服務器，另外它又需要得到遠地計算機的數據，這時它又成為客戶機。C/S模式是一種開放式系統的協同處理工作模式。