基于虚拟仪器测控系统的设计和研究

基于虚拟仪器测控系统的设计和研究
[摘要]虚拟仪器是一种全新的仪器系统概念，与传统仪器不同之处在于虚拟仪器结合了计算机技术和网络通信
技术，其强大功能已完全超出了仪器概念本身。

本文针对传统实验平台的硬件成本高、构造复杂、重用性差、功能单一、开放性差等方面的问题，着重探讨了利用虚拟仪器技术开发基于虚拟仪器的测控实验平台的关键技术。

内容涉及虚拟仪器思想的确立，数据采集子系统的构建，GPIB仪器控制子系统的构建，VSIA技术的研究。

此外还对DDE技术、Datasoeket技术和DCOMA/ctiveX技术等进行了研究，并用这三种技术实现了基于局域网的远程测控，同时还定性给出了这三种方案在实时性、远程控制、开发难度和可靠性方面的性能比较。

将虚拟仪器技术应用到测控实验系统的构建中，通过运用计算机强大的计算与处理能力，大大地提高了系统的数据分析、处理能力；通过一机多用，硬件资源共享等，大大节约了系统构建的资金。

[关键词]虚拟仪器，测控系统，GPIB，viSA，远程测控中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0116-01
前言虚拟仪器是计算机技术和仪器技术结合的产物。

它
把计算机、仪器硬件、固件与计算机软件结合起来。

除继承传统仪器的已有功能外，还增加了许多传统仪器所不能及的先进功能。

虚拟仪器的最大特点是其灵活性。

用户在使用过程中可以根据需要添加或删除仪器功能，以满足各种需求和各种环境，并且能充分利用计算机丰富的软硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、表达、传送、存储方面的限制。

1.基于虚拟仪器测控实验系统的功能及结构
随着科技的发展，社会对工科大学生的综合素质，尤其是对实际操作能力要求越来越高。

这就迫使大学必须不断提高教学质量，以满足社会的要求。

本课题既针对于此，同时又作为实验室建设的一部分，开发了一个基于虚拟仪器的测控实验平台。

基于虚拟仪器测控实验系统主要研究?拟仪器在测控系统中的应用，同时提供一个综合实验平台，让学生完成对数据采集、仪器控制、远程测控等实验系统的设计、仿真和实测。

1.1 硬件配置
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，对测控系统提出了更高的要求：（1）能够进行多点测量；（2）能够快速进行动态在线实时测量和控制，满足网上远程实验的要求；（3）能够实时快速地进行信号分析和处理。

以传统仪器为主的测试方式已经不能满足要求，因此，以计算机为核心的虚拟仪器测控系统已逐渐取代传统的测试方式。

本虚拟仪器
测控实验系统就是按照实际测控系统的要求而构建的。

现场的多个现场计算机可以进行多点测量，远程测控计算机则通过网络对现场计算机进行远程控制。

按照硬件构成的不同，本测控实验平台主要分为数据采集子系统和仪器控制子系统。

数据采集是将信号发生器产生的各种波形信号送到采集板PCI一6023E、PCL一812PG进行采集，然后将刀D转换后的数据传送给计算机进行处理。

仪器控制是通过GPIB 接口板或串行口实现对GPIB仪器、串行口设备的控制。

本系统采用了对等网络的概念，即远程测控计算机和现场计算机之间处于对等的地位，不存在Sevrer和Client的区别，它们对相关的资源进行了共享。

如果远程测控计算机通过现场计算机进行远程数据采集，这个过程就可以把现场计算机看成逻辑意义上的Sevrer，远程测控计算机就成了Cleint，而现场计算机要通过远程测控计算机进行操作时，它将成为逻辑意义上的Client，而后者成为Sevrer。

本系统可以在现场通过现场计算机完成数据采集、数据分析和仪器控制的任务，也可以通过网络远程对多个现场计算机进行控制，完成以上任务。

1.2 软件设计
虚拟仪器的提出和实现带来测控技术的一次革命，人们开始接受这一全新的仪器概。

LbavEIW作为适时推出的一个优秀测控软件开发平台和虚拟仪器构建环境，得到了广泛的
推广和应用。

LabvIEw（Laborato叮ViurtalInsturmentEngineeringWokbreneh，实验室虚拟仪器工程平台）是由美国国家仪器公司（NationalInsturmeniS，简称N）l研制的基于图形化编程语言G的开发环境。

它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的编程语言，提供了一个直觉式的环境，与测量硬件紧密结合，能让用户迅速开发出满足用户需求的各种虚拟仪器系统。

使用LbaVIEW进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统，可以缩短系统的开发时间，大大地提高了生产效率。

因此，本测控实验系统的应用软件均是基于LbaVEIW平台来开发和实现的。

2.基于虚拟仪器远程测控技术的研究
2.1 远程测控技术的发展
远程测控技术的发展历程和网络通讯和传输技术的发
展密切相关。

首先是基于专用网络和专用传输控制协议的远程测控系统逐渐兴起，产生了如RS一232C、IEEE一488（GPIB）等著名的传输控制协议和相应的硬件实现。

但是，由于本身的缺点所限，这种基于专用网络和专用协议软硬件的远程测控体系并没能走得更远。

因为不仅需要大量的设备和资金的投入进行网络建设和专用软硬件的配置，而且整个体系缺乏通用性。

随着客户/服务器（Client/Serve）r模式的广泛应用，局域网开始逐步取代专用网络，通用网络协议也相应取代专业协议。

无论在整个体系结构的灵活程度，还是
系统构造的周期和难度方面，都使得远程测控系统向前迈进了一大步。

2.2 基于Dtskt技术的远程测控
Dtskt技术是一种面向测控领域的网上实时数据交换的编程新技术。

它是LbVE6O中新增加的一个网络测控系统开发工具。

它包括了Dtskt服务器管理程序、Dtskt服务器和Dtskt函数库这几个工具软件，以及DSTP （DatasoeketTrnasefrProtoeol）协议、通用资源定位符URL （UniofmrResoureeLocator）和文件格式等技术规范。

它能大大简化hietmet网上计算机之间的测控数据交换的编程工作。

同时，Datasocket也可用于一台计算机内或局域网中多个应用程序之间的数据交换。

3.结论
将虚拟仪器应用于教学实验中，建成所谓的虚拟实验室是目前实验室教学改革的热点之一。

本文的主要工作是开发基于虚拟仪器的测控实验系统，用先进的技术和设备来改善实验条件，提高实验效率，使数据的处理快捷和准确，使仪器的控制快速和高效。

通过前几章的分析探讨，得到以下结论：（1）虚拟仪器技术是当前测控领域应用和研究的重要方向之一，本文将虚拟仪器的思想溶入到测控实验平台的构建中，增强了实验平台的开放性，节省了实验室的投入，并为以后实验室建设提供了一个新的思路。

（2）LabVIEW是一套
专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的革命性图形化编程环境。

由于LbaVEIW开放式开发环境的灵活性，使得我们可以通过LbaVEIW来整合整个仪器实验室，或者在不增加新设备的情况下方便地改变系统的功能。

（3）LabVIEW驱动程序库中提供的驱动程序均是面向本公司生产的板卡的。

Nl公司生产的板卡价位较高，对于国内大多数用户来说难以接受。

如果能在LbaVEIW中实现对通用板卡的驱动，在满足同等条件下无疑会大大降低系统的成本。

参考文献
[1] 吴明华.基于虚拟仪器的自动测控系统设计与研究
[D].南京理工大学，2004.
[2] 吕欣，吴娟，王纪森.基于虚拟仪器的某液压装置测控系统的设计与研究[J].计算机测量与控制，2013，21（5）：1230-1232.。