虚拟仪器网络测控系统平台

方案综述:

　　前言

　　自虚拟仪器概念提出以来，以软件代替硬件、以图形代替代码、以组态代替编程、以虚拟代替传统仪器组建自动测试系统发展迅速。目前国内在基于虚拟仪器测控系统研究方面，使用GPIB总线台式仪器的居多，采用单台仪器设备与计算机连接的居多，连接向种总线仪器的居多，在局域网上组建测试系统的居多，构成专用测试系统的居多。因此，很少采用多总线多种仪器在Internet上进行通用远程网络测控系统的研究，我们在此方面进行了尝试。采用PXI总线仪器、VXI总线模块仪器、GPIB总线台式仪器、SCXI总线调理模块、PC机板卡仪器等进行多种总线仪器混合互连，构成了示波器、信号源、计数器、多用表、数据采集及图象采集等多种仪器的连接，组成集测量、控制和现场监视于一体的Internet远程虚拟仪器网络测控系统平台，并利用该平台对彩管画面质量特性进行了测试实验。

　　系统结构与原理

　　1.系统结构

　　本系统用虚拟仪器的概念实现了对现场对象的基于Internet的远程测量、控制和现场监视功能。系统平台就是通过PC、GPIB、PXI、VXI、SCXI和RS232等多种总线将十余种总线仪器互连，包括TDS220示波器、HP-8648A信号源和HP34401A程控电压表等GPIB总线台式仪器；PXI-8156零槽控制器和PXI-6071E多功能数据采集等PXI总线卡式仪器；GPIB-VXI转换接口和VXI-4101A（包括计数器、电压表和I/O）等VXI总线集成仪器；SCXI-2000通信和SCXI-2000信号调理等SCXI总线模块；PCI-1408图象采集卡的PC总线仪器。

　　2.工作原理

　　系统在软件的控制下不仅实现了单台虚拟仪器的测控功能，更重要的是实现了测控系统的组态功能，既可硬件组态，也可软件组态，既可单路也可多路。根据测控对象的实际需要进行组态选配合适的自动测控系统功能。当然，对不同物理量应选配相应的传感器。系统的控者由PXI-8156零槽控制器和PC机担任。PXI-8156通过内置PXI总线与PXI-L6071E Multifunction I/O相连，实施对象的模拟量或数字量采集。PXI-8156通过密封机箱内置的AT-GPIB/TNT接口连接VXI仪器的GPIB VXI/O转换口，使其间接控制VXI-4101A的多用表、计数器和I/O以及6071E等仪器，组成高速集成虚拟仪器测控系统环境，能够对接入对象实施远程测控。GPIB总线连接HP8648A信号源、HP3440lA电压表和TDS220示波器构成瞬态信号的捕获与虚拟分析仪器。PXI-8156的RS232接口连接SCXI-1200，可进行缓慢小信号模拟量对象的数据采集与数据处理。PC机直接控制PCI总线1408图象采集卡，既可实施现场监视，也可进行微小有形对象的图象采集与图象处理。PXI控制器与PC机以及与远程用户均通过Internet连接，能够实现对任意组态系统的远程操作。

　　软件设计

　　1.软件结构

　　与硬件结构相对应，软件结构可分为网络测控系统控制主模块，是系统控制的中枢，连接和控制各子模块；虚拟信号源、虚拟电压表和虚拟示波器等模块，是控制相应台式仪器，使其完全能处于远程虚拟控制状态，给测控对象提供激励信号，并监视受控对象输出特性变化；虚拟VXI仪器和信号调理模块是控制SCXI和VXI硬件模块仪器进行模拟量数据采集与开关量对象控制，包括数据处理；图象采集模块，包括采集现场景物视频图象和有形对象的图象采集与图象处理；网络通信模块承担不同总线模块与主模块之间的数据传输与通信，也是实现本测控系统与远程用户之间的控制与数据传送。每个虚拟仪器模块内部都封装了对应仪器状态控制命令集、数据采集命令集、数据处理模型以及通信协议等处理子模块。

　　2.网络编程与实现

　　由于篇幅所限制，对网络编程作简单介绍。本系统采用LabVIEW5.1图形开发语言。其DataSocket控件实现了基于Internet的网络测控功能。DataSocket遵循TCP/IP协议，并对底层进行了高度封装，只需要URL和所需传输的数据，可在因特网进行即时分送数据。象使用Lab VIEW中的其他数据类型一样，用DataSocket读写字符串、整形数、布尔量及数组数据。DataSocket提供了三种数据目标：file、DataSocket Sever和OPC Sever，因而支持多进程并发。DataSocket控件是由Lab VIEW5.1版本提供的，它与以前的LabVIEW VI Sever有所不同。LabVIEW VI Sever用于远程控制和VIs监视。而DataSocket用于广播数据。前者适于控制，后者易于高速数据传输。因而本系统的网络测控可以达到实时的效果。DataSocket控件包含三种基本工具。

　　（1）DataSocket Active Control：连接数据源和数据宿，并使他们共享数据的元件。因为，它是一种ActiveX控件，用其也可以在VB、VC++和Borland Ddphi的ActiveX环境中开发数据应用程序。

　　（2）DataSocket Sever：在两个应用程序之间可以采用DSTP（DataSocket Transfer Protocol）协议进行数据通信和交换。在服务器端运行DataSocket Sever后，当在客户端运行DataSocket Sever时，基于Internet的TCP网连接的程序可以被访问。

　　（3）DataSocket Sever Manager：用于对DataSocket Sever进行配置。通过配置，可以制定机器create items、read items和write items。也可以对多用户读写进行选择。

　　专用测控系统的组态

　　通过对虚拟仪器网络测控系统平台的组态，对彩色显像管画面质量特性进行了测试，PXI控制器通过GPIB总线控制信号源产生专用信号，并通过6071E控制开关将信号源输送给电视机，同时，PXI控制器控制示波器监视信号源信号的变化情况。由于实施远程测量，希望了解测试现场环境，如实验室现场温度和景象等。一方面通过PXI控制器及SCXI信号调理测量现场温度，另一方面通过PC机和图像卡观看实验室测控设备的连接关系和分布情况。为了测试电视机显像管画面质量特性，将与图像采集卡相连的CCD摄像机对准电视机显像管屏幕，将采集彩管画面图象并进行必要的图象处理，给出彩管画面测试评价结果。若将CCD摄像机转向现场，远程用户看到的是测控系统的现场监视图象。

　　结论

　　虚拟仪器网络测控系统已集成了10种虚拟测控仪器，可进行不同对象的测控实验，彩管画面质量测试作为系统成功应用的一个实例，其它虚拟仪器的集成和测控对象的扩充正在研究开发之中。

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