基于网络的虚拟仪器测试系统

1、引言

　　随着计算机技术、通信技术与仪器技术的深入发展和结合，使得虚拟仪器得到了进一步发展，虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术结合，把厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能。在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，使得计算机可以得到充分发挥。除了仪器的输入、输出、数据处理分析、结果显示由计算机完成外，还可组成计算机网络。一个大的复杂的测试系统往往系统的测量、输入、输出、结果分析分布在不同的地理位置，仅用一台计算机并不能胜任测试任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同完成整个测试任务。计算机网络技术、总线技术与数据库技术的发展，乃至Internet网的发展拓展了虚拟仪器测试系统的应用范围。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络内得以共享，减少了设备重复投资。一台计算机采集的数据可以立即传输到另一台处理分析机上进行处理分析，分析后的结果可被执行机构、设计师查询使用，使数据采集、传输、处理分析成为一体，容易实现实时采集、实时监测。重要的数据实行多机备份，提高了系统的可靠性。对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集，将采集的数据放在服务器中供用户使用。虚拟仪器与计算机网络结合实现仪器的远程教学，学生通过网络学习仪器、操作仪器，这也是我们学校实验室建设的目标。虚拟仪器计算机网络化在测试系统中具有广泛的应用前景。

2、虚拟仪器网络测试系统设计

　　虚拟仪器网络测试系统的设计需从虚拟仪器和网络技术两方面考虑。

　　（1）虚拟仪器部分

　　分析测试系统的要求和系统的功能，根据系统功能的要求，在软件和硬件之间进行优化选择，从而确定仪器所必需的硬件模块，以便用最少的模块实现仪器的最佳功能。根据应用情况与实际的条件选择基于计算机的虚拟仪器的仪器模块（VXI总线、PCI总线、PXI总线、GPIB仪器），包括传感器、信号调理电路、DAQ数据采集、信号源等模块。

　　硬件确定以后，主要确定软件功能模块，哪些仪器功能由软件实现，将软件功能划分为相对独立的模块。然后选择易于编写的图形化的软件平台。LabVIEW平台是一种图形化编程环境，提供了虚拟仪器的控件、丰富的数据处理分析函数、仪器驱动程序及数据库工具软件包，LabVIEW提供的SQL、DataSocket软件都是容易建立网络化测试环境的软件包。采用LabVIEW编写虚拟仪器软件简化了程序设计，提高了效率。我们利用LabVIEW和NI的数据采集卡实现了数据采集、虚拟示波器、虚拟信号发生器。

　　Virsual C++是一种面向对象的通用的功能强大的程序设计语言，提供集成性及可视化用户界面，采用面向对象的程序设计方法，它具有底层操作功能，也具有数据库开发功能，编程灵活，因此也是编程人员常选用的编程语言，我们也用VC++编写了虚拟仪器平台，可以组建示波器、频谱分析仪，信号发生器。现在我们计划用VC编写数据库软件，实现网络化虚拟仪器。

　　（2）网络结构设计

　　根据测试系统各部分所处的地理位置和覆盖的范围不同可构建局域网、城域网、广域网。一个大的复杂的测试系统由各个子系统组成，如一个航空白动测试系统，一个火炮测试系统，要对其进行环境测试、温度测试、振动测试，还有电子系统、通信系统的测试等等，每个子系统一般在一个单位的小范围内，因此可建立局域网，然后将每个局域网互联，形成企业测量系统。由于Internet网的发展，一些公用的数据还可以通过Internet网将测量数据发布到网上供网上用户使用，可建立测量发布系统。对于有些危险的、环境恶劣的不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集。

　　由于网络测试中每个测试点担任不同的测试任务，为了减少不必要的重复工作，通过网络实现资源共享，同时要减轻服务器与各节点的数据传输，提高网络系统性能，因此服务器和各个节点以及各节点之间协同工作显得尤为重要。基于Client/Server模式的分布式计算、分布式处理系统是解决这个问题的最好选择。基于C/S模式，将系统功能分解到各个节点，各个节点有机配合，用户在自己的终端上就可以观察到从服务器中获取的数据和处理结果。在C/S中，分客户机（Client）程序和服务器（Sewer）程序。客户机程序和服务器程序可以运行在一台计算机中，也可运行在两台或多台计算机中，Client程序与Sewer程序相互协同处理，一个测试系统由一个或承担不同任务的多个客户机与一个或多个服务器组成。客户机是用户与系统的交互接口，提供一个用户界面，完成用户命令与数据的输入，显示服务器送回的结果。服务器接受客户机提出的申请，完成所要求的操作并将结果传送给用户。在一个测试系统中，根据任务不同，每个服务器和客户机承担的任务也不同，例如可划分为采集、数据处理分析、输出、监控。一台计算机采集外部数据，将来集的数据存储并传输给另一台计算机，它就是服务器，另外它又需要得到远地计算机的数据，这时它又成为客户机。C/S模式是一种开放式系统的协同处理工作模式。