虛擬儀器網絡測控系統平臺

方案綜述:
　　前言
　　自虛擬儀器概念提出以來，以軟件代替硬件、以圖形代替代碼、以組態代替編程、以虛擬代替傳統儀器組建自動測試系統發展迅速。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，連接向種總線儀器的居多，在局域網上組建測試系統的居多，構成專用測試系統的居多。因此，很少采用多總線多種儀器在Internet上進行通用遠程網絡測控系統的研究，我們在此方面進行了嘗試。采用PXI總線儀器、VXI總線模塊儀器、GPIB總線臺式儀器、SCXI總線調理模塊、PC機板卡儀器等進行多種總線儀器混合互連，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、控制和現場監視于一體的Internet遠程虛擬儀器網絡測控系統平臺，并利用該平臺對彩管畫面質量特性進行了測試實驗。
　　系統結構與原理
　　1.系統結構
　　本系統用虛擬儀器的概念實現了對現場對象的基于Internet的遠程測量、控制和現場監視功能。系統平臺就是通過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信號源和HP34401A程控電壓表等GPIB總線臺式儀器；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總線集成儀器；SCXI-2000通信和SCXI-2000信號調理等SCXI總線模塊；PCI-1408圖象采集卡的PC總線儀器。
　　2.工作原理
　　系統在軟件的控制下不僅實現了單臺虛擬儀器的測控功能，更重要的是實現了測控系統的組態功能，既可硬件組態，也可軟件組態，既可單路也可多路。根據測控對象的實際需要進行組態選配合適的自動測控系統功能。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通過內置PXI總線與PXI-L6071E Multifunction I/O相連，實施對象的模擬量或數字量采集。PXI-8156通過密封機箱內置的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境，能夠對接入對象實施遠程測控。GPIB總線連接HP8648A信號源、HP3440lA電壓表和TDS220示波器構成瞬態信號的捕獲與虛擬分析儀器。PXI-8156的RS232接口連接SCXI-1200，可進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1408圖象采集卡，既可實施現場監視，也可進行微小有形對象的圖象采集與圖象處理。PXI控制器與PC機以及與遠程用戶均通過Internet連接，能夠實現對任意組態系統的遠程操作。
　　軟件設計
　　1.軟件結構
　　與硬件結構相對應，軟件結構可分為網絡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，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硬件模塊儀器進行模擬量數據采集與開關量對象控制，包括數據處理；圖象采集模塊，包括采集現場景物視頻圖象和有形對象的圖象采集與圖象處理；網絡通信模塊承擔不同總線模塊與主模塊之間的數據傳輸與通信，也是實現本測控系統與遠程用戶之間的控制與數據傳送。每個虛擬儀器模塊內部都封裝了對應儀器狀態控制命令集、數據采集命令集、數據處理模型以及通信協議等處理子模塊。
　　2.網絡編程與實現
　　由于篇幅所限制，對網絡編程作簡單介紹。本系統采用LabVIEW5.1圖形開發語言。其DataSocket控件實現了基于Internet的網絡測控功能。DataSocket遵循TCP/ip協議，并對底層進行了高度封裝，只需要URL和所需傳輸的數據，可在因特網進行即時分送數據。象使用Lab VIEW中的其他數據類型一樣，用DataSocket讀寫字符串、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，因而支持多進程并發。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。因而本系統的網絡測控可以達到實時的效果。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環境中開發數據應用程序。
　　（2）DataSocket Sever：在兩個應用程序之間可以采用DSTP（DataSocket Transfer PRotocol）協議進行數據通信和交換。在服務器端運行DataSocket Sever后，當在客戶端運行DataSocket Sever時，基于Internet的TCP網連接的程序可以被訪問。
　　（3）DataSocket Sever Manager：用于對DataSocket Sever進行配置。通過配置，可以制定機器create items、read items和write items。也可以對多用戶讀寫進行選擇。
　　專用測控系統的組態
　　通過對虛擬儀器網絡測控系統平臺的組態，對彩色顯像管畫面質量特性進行了測試，PXI控制器通過GPIB總線控制信號源產生專用信號，并通過6071E控制開關將信號源輸送給電視機，同時，PXI控制器控制示波器監視信號源信號的變化情況。由于實施遠程測量，希望了解測試現場環境，如實驗室現場溫度和景象等。一方面通過PXI控制器及SCXI信號調理測量現場溫度，另一方面通過PC機和圖像卡觀看實驗室測控設備的連接關系和分布情況。為了測試電視機顯像管畫面質量特性，將與圖像采集卡相連的CCD攝像機對準電視機顯像管屏幕，將采集彩管畫面圖象并進行必要的圖象處理，給出彩管畫面測試評價結果。若將CCD攝像機轉向現場，遠程用戶看到的是測控系統的現場監視圖象。
　　結論
　　虛擬儀器網絡測控系統已集成了10種虛擬測控儀器，可進行不同對象的測控實驗，彩管畫面質量測試作為系統成功應用的一個實例，其它虛擬儀器的集成和測控對象的擴充正在研究開發之中。