基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器測試系統(tǒng):1 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器測試系統(tǒng)
1.1 概述
隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，使得虛擬儀器得到了進(jìn)一步發(fā)展，虛擬儀器將計算機(jī)資源與儀器硬件、數(shù)字信號處理技術(shù)結(jié)合，把廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能。用戶可根據(jù)測試的需要，自己設(shè)計所需要的儀器系統(tǒng)，利用一種或多種功能的通用模塊，調(diào)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(jī)成為儀器的一部分，使得計算機(jī)可以得到充分發(fā)揮。除了儀器的輸入、輸出、數(shù)據(jù)處理分析、結(jié)果顯示由計算機(jī)完成外，還可組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。一個大的復(fù)雜的測試系統(tǒng)往往系統(tǒng)的測量、輸入、輸出、結(jié)果分析分布在不同的地理位置，僅用一臺計算機(jī)并不能勝任測試任務(wù)，需要由分布在不同地理位置的若干計算機(jī)共同完成整個測試任務(wù)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)的發(fā)展，乃至Internet網(wǎng)的發(fā)展拓展了虛擬儀器測試系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將分散在不同地理位置不同功能的測試設(shè)備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)得以共享，減少了設(shè)備重復(fù)投資。一臺計算機(jī)采集的數(shù)據(jù)可以立即傳輸?shù)搅硪慌_處理分析機(jī)上進(jìn)行處理分析，分析后的結(jié)果可被執(zhí)行機(jī)構(gòu)、設(shè)計師查詢使用，使數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理分析成為一體，容易實現(xiàn)實時采集、實時監(jiān)測。重要的數(shù)據(jù)實行多機(jī)備份，提高了系統(tǒng)的可靠性。對于有些危險的、環(huán)境惡劣的不適合人員操作的數(shù)據(jù)采集工作可實行遠(yuǎn)程采集，將采集的數(shù)據(jù)放在服務(wù)器中供用戶使用。
1.2 虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)設(shè)計
虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)的設(shè)計需從虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面考慮。
1.2.1虛擬儀器部分
分析測試系統(tǒng)的要求和系統(tǒng)的功能，根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，在軟件和硬件之間進(jìn)行優(yōu)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(xiàn)儀器的最佳功能。根據(jù)應(yīng)用情況與實際的條件選擇基于計算機(jī)的虛擬儀器的儀器模塊（VXI總線、PCI總線、PXI總線、GPIB儀器），包括示波器、信號調(diào)理電路、萬用表、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(xiàn)，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。
Virsual C++6.0是一種面向?qū)ο蟮耐ㄓ玫墓δ軓?qiáng)大的程序設(shè)計語言，提供集成性及可視化用戶界面，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法，它具有底層操作功能，也具有數(shù)據(jù)庫開發(fā)功能，編程靈活，因此也是編程人員常選用的編程語言，我也用VC++編寫了虛擬儀器平臺，可以組建虛擬信號發(fā)生器、虛擬示波器、數(shù)據(jù)采集。
1.2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)測試系統(tǒng)各部分所處的地理位置和覆蓋的范圍不同可構(gòu)建局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。一個大的復(fù)雜的測試系統(tǒng)由各個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)一般在一個單位的小范圍內(nèi)，因此可建立局域網(wǎng)，然后將每個局域網(wǎng)互聯(lián)，形成企業(yè)測量系統(tǒng)。由于Internet網(wǎng)的發(fā)展，一些公用的數(shù)據(jù)還可以通過Internet網(wǎng)將測量數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)上供網(wǎng)上用戶使用，可建立測量發(fā)布系統(tǒng)。對于有些危險的、環(huán)境惡劣的不適合人員操作的數(shù)據(jù)采集工作可實行遠(yuǎn)程采集。
　　由于網(wǎng)絡(luò)測試中每個測試點擔(dān)任不同的測試任務(wù)，為了減少不必要的重復(fù)工作，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源共享，同時要減輕服務(wù)器與各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，因此服務(wù)器和各個節(jié)點以及各節(jié)點之間協(xié)同工作顯得尤為重要。基于Client/Server模式的分布式計算、分布式處理系統(tǒng)是解決這個問題的最好選擇。基于C/S模式，將系統(tǒng)功能分解到各個節(jié)點，各個節(jié)點有機(jī)配合，用戶在自己的終端上就可以觀察到從服務(wù)器中獲取的數(shù)據(jù)和處理結(jié)果。在C/S中，分客戶機(jī)（Client）程序和服務(wù)器（Sewer）程序。客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序可以運(yùn)行在一臺計算機(jī)中，也可運(yùn)行在兩臺或多臺計算機(jī)中，Client程序與Server程序相互協(xié)同處理，一個測試系統(tǒng)由一個或承擔(dān)不同任務(wù)的多個客戶機(jī)與一個或多個服務(wù)器組成。客戶機(jī)是用戶與系統(tǒng)的交互接口，提供一個用戶界面，完成用戶命令與數(shù)據(jù)的輸入，顯示服務(wù)器送回的結(jié)果。服務(wù)器接受客戶機(jī)提出的申請，完成所要求的操作并將結(jié)果傳送給用戶。在一個測試系統(tǒng)中，根據(jù)任務(wù)不同，每個服務(wù)器和客戶機(jī)承擔(dān)的任務(wù)也不同，例如可劃分為采集、數(shù)據(jù)處理分析、輸出、監(jiān)控。一臺計算機(jī)采集外部數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)存儲并傳輸給另一臺計算機(jī)，它就是服務(wù)器，另外它又需要得到遠(yuǎn)地計算機(jī)的數(shù)據(jù)，這時它又成為客戶機(jī)。C/S模式是一種開放式系統(tǒng)的協(xié)同處理工作模式。
　　設(shè)計C/S模式時應(yīng)首先分析系統(tǒng)所要達(dá)到的指標(biāo)和功能要求，在此基礎(chǔ)上，把系統(tǒng)劃分為各個相對獨立的模塊，分配到各個計算機(jī)上，每個計算機(jī)執(zhí)行不同的功能，能在客戶機(jī)上完成的獨立任務(wù)就不要放在服務(wù)器上，以減低服務(wù)器的工作量。第二，要保證數(shù)據(jù)在服務(wù)器和客戶機(jī)、客戶機(jī)間可靠的傳輸。設(shè)計時需考慮網(wǎng)絡(luò)的帶寬要滿足傳輸要求，并減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量。
Agilent IO庫允許通過LAN進(jìn)行儀器的控制操作。使用標(biāo)準(zhǔn)的LAN接口，計算機(jī)可以不要特殊的儀器接口就可以實現(xiàn)對儀器的控制。LAN軟件使用計算機(jī)的C/S模式，這種模式使得應(yīng)用程序（客戶）可以不用執(zhí)行所有的工作，相反，客戶機(jī)可以向另一臺儀器（服務(wù)器）發(fā)出某種請求。與可控儀器或器件相連的LAN服務(wù)器，一旦完成儀器或器件的請求，LAN服務(wù)器會反饋信息給客戶機(jī)。反饋的信息包括數(shù)據(jù)和狀態(tài)等表明操作是否成功的信息。例如網(wǎng)關(guān)在LAN軟件（客戶機(jī)支持）和器件支持的儀器接口之間扮演一個服務(wù)器的角色。基本結(jié)構(gòu)如圖: