虛擬儀器技術(shù)在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用

董建勛

摘 要：本文首先從國內(nèi)外虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢作為突破點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并結(jié)合現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展的需要，對其在測控領(lǐng)域的發(fā)展前景以及應(yīng)用的必要性進(jìn)行展望，并從技術(shù)層面對其主要的幾個(gè)問題進(jìn)行討論。然后再以具體的實(shí)驗(yàn)作為了解的出發(fā)點(diǎn)，對軟硬件的結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行深入的探究，找到網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器成為測控領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢的原因所在。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)化；數(shù)據(jù)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.093

由于歷史的原因，自建國以來的我國與西方國家科技之間的差距與日俱增，隨著改革開放的進(jìn)行，世界各大產(chǎn)品商家在自身利益的驅(qū)使下，紛紛向中國市場進(jìn)軍。在商品進(jìn)來的同時(shí)，國外虛擬儀器方面的上產(chǎn)科技也被引進(jìn)。本文就結(jié)合目前我國在虛擬儀器方面的發(fā)展?fàn)顩r，對其應(yīng)用方面進(jìn)行深入探討。

1 國內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展趨勢

對于虛擬儀器的科學(xué)定義，指的是將傳統(tǒng)的儀器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)的結(jié)合，開發(fā)實(shí)用儀器的其他。一般上來說，這種結(jié)合主要有兩者方式，是根據(jù)結(jié)合的主體不同進(jìn)行分類的，一種是將儀器作為主體，在嵌入式的支持下，將計(jì)算機(jī)嵌入其中，現(xiàn)在大多數(shù)的智能化儀器都是以這種方式結(jié)合的。第二種是以計(jì)算機(jī)為主題，借助計(jì)算機(jī)的硬件和操作系統(tǒng)，將各種儀器的功能附加到計(jì)算機(jī)上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，這種儀器的功能也水漲船高，慢慢的走向高高端。

自虛擬儀器進(jìn)入中國來的十幾年間，虛擬技術(shù)對于各種軟硬件的要求也漸漸的區(qū)域規(guī)范化，對于開發(fā)平臺的更高級硬件模塊、I/O接口總線等等漸漸的有了統(tǒng)一的規(guī)格，而且目前還在努力突破三個(gè)技術(shù)難關(guān)，其一是將I/O的標(biāo)準(zhǔn)化程度進(jìn)一步提高，減少杜宇硬件的依賴， 能夠適用于任何語言環(huán)境；其二是規(guī)范儀器的驅(qū)動(dòng)程序，將用戶對于儀器功能的使用提高到源代碼一級。其三是實(shí)現(xiàn)在軟面板上對系統(tǒng)操作的目標(biāo)，并且將安裝程序進(jìn)一步規(guī)范化，實(shí)現(xiàn)安裝程序的簡單、易用。

虛擬儀器技術(shù)發(fā)展成熟的一個(gè)方向就是實(shí)現(xiàn)圖形化的編程平臺。這不僅能夠降低儀器的使用難度，實(shí)現(xiàn)用戶進(jìn)行少量學(xué)習(xí)甚至在不用學(xué)習(xí)的前提下就能夠使用這種儀器。除此之外，對于復(fù)雜測試的執(zhí)行速度、質(zhì)量以及對測試結(jié)果的分析也是虛擬技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。

2 虛擬儀器技術(shù)在測控領(lǐng)域應(yīng)用中的技術(shù)關(guān)鍵

2.1 硬件系統(tǒng)方案的選擇

正確的硬件系統(tǒng)是組建一個(gè)測控系統(tǒng)的前提和基礎(chǔ)。一般情況下，為了使得測控系統(tǒng)能夠滿足使用者的需求，需要具備以下幾個(gè)特點(diǎn)，一是組件測試系統(tǒng)的難易程度要適中，盡量的簡化；二是升級的難度要小，越容易升級越好；三是傳輸數(shù)據(jù)的能力要強(qiáng)；其次還有體積空間小而緊湊、靈活性強(qiáng)、功能強(qiáng)且能夠高度符合實(shí)際的需求以及成本低廉等。而且以實(shí)際的需要作為前提，所選擇的硬件系統(tǒng)必須能夠與星載、機(jī)載、生產(chǎn)線以及自己量等大規(guī)模自動(dòng)檢測控制系統(tǒng)進(jìn)行匹配合作。

2.2 組件技術(shù)的應(yīng)用

軟件的質(zhì)量決定著虛擬儀器技術(shù)的水平，所以虛擬儀器技術(shù)的使用對于軟件的依賴性是很大的。近年來，在人們需求的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的黃金季節(jié)，所以在這種形式下，人們對于軟件的發(fā)展速度提出更高的要求。但是我國的軟件開發(fā)能力卻與要求相矛盾，從我國的研發(fā)能力來看，我國只能研發(fā)一些功能單一、結(jié)構(gòu)簡單以及無法處于核心地位的軟件。但是隨著改革開放的深入，我國在這方面的技術(shù)水平逐漸升高，尤其是“基于組件的開發(fā)技術(shù)”的出現(xiàn)，不僅降低了研發(fā)的費(fèi)用，而且縮短了軟件的開發(fā)周期，降低了維護(hù)成本。利用組件技術(shù)對軟件進(jìn)行分割，將其制成一個(gè)個(gè)可以獨(dú)立多次使用的組件，不僅提高了開發(fā)的質(zhì)量與水平，而且減少了認(rèn)為的誤差。對于升級，組件具有很高的封裝程度，所以需要對軟件進(jìn)行升級的時(shí)候，可以在不大規(guī)模改變原有組件的情況下，通過增加接口的方法來對軟件的功能進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，所以由此可見，組件技術(shù)具有良好的開放性和易擴(kuò)展性。

2.3 大型測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制

測控系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)控制，數(shù)據(jù)控制室一個(gè)統(tǒng)稱，其中包含著數(shù)據(jù)的處理以及分析等部分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟件在這種趨勢的推動(dòng)下不斷的向著復(fù)雜化與規(guī)?；l(fā)展，在這個(gè)過程中，數(shù)據(jù)的真實(shí)性與準(zhǔn)確性就成為要突破的一個(gè)難題，并且逐漸的越來越難以實(shí)現(xiàn)。

2.4 程序的出錯(cuò)處理

在程序運(yùn)行的過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)崩潰的情況產(chǎn)生，程序的出錯(cuò)處理就可以降低這種情況發(fā)生的幾率，能夠在一定程度上增強(qiáng)該軟件的功能。

3 試驗(yàn)的軟硬件框架結(jié)構(gòu)

3.1 硬件的選擇

工控機(jī)：工控機(jī)的質(zhì)量要求較高，要求能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，且為了具備高超的工作效率，所以數(shù)據(jù)的傳輸能力要強(qiáng)，而且總線類型是要求是CPCI/PXI。

通訊接口板：包括ARINC429（自制），4收4發(fā)；RS422，2收2發(fā)；RS232，2收2發(fā)；

其次還需要高精度DA板，多功能ADC板、高壓I/O板、總線通訊板、告訴AD板以及開關(guān)矩陣等元器件。

3.2 軟件功能及實(shí)現(xiàn)方案

3.2.1 軟件功能

對于軟件的要求，如下所示：最主要的是能夠滿足測控的需求，其次在操作上要具備以下特點(diǎn)，一是使用難度小、容易學(xué)習(xí)，二是人機(jī)界面具有人性化，容易理解和操作。最后是功能上要具有先進(jìn)性，既要測控速度快，還要減少人工操作的程度，爭取實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化。

3.2.2 軟件的實(shí)現(xiàn)方案

要想制作一個(gè)比較合格的軟件，需要處理好三個(gè)程序的制作問題，分別是主控程序、模塊程序和通訊模塊，這三個(gè)程序分工不同，共同為軟件的使用鑒定基礎(chǔ)。其中主控程序具有通訊功能，能夠提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換環(huán)境和程序編寫環(huán)境。模塊程序具有信息交換的借口，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的驅(qū)動(dòng)。通訊模塊提供通訊功能接口函數(shù)，保證分布式主控程序間的數(shù)據(jù)正確交換。

3.2.3 測控系統(tǒng)要求

根據(jù)實(shí)際的需要，測控系統(tǒng)的兼容性要好，這樣才能夠適用于各種硬件。而且要有良好的人機(jī)界面，提高實(shí)用性。除此之外，還要求網(wǎng)絡(luò)具有透明性，模塊具有積木化的特點(diǎn)。

4 虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化

隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有了很大的發(fā)展，并且已經(jīng)達(dá)成了運(yùn)用于實(shí)踐的成熟程度。網(wǎng)絡(luò)化智能虛擬儀器系統(tǒng)就是將這三種技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合使用的結(jié)果，不僅在開發(fā)與維護(hù)上較以前有了很大的進(jìn)步，而且由于其優(yōu)越的功能，被廣泛的應(yīng)用到航空、航天、教學(xué)、核工、軍工以及通信、鐵路等領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)通過實(shí)

（下轉(zhuǎn)第113頁）

（上接第111頁）

驗(yàn)將虛擬儀器在測控系統(tǒng)的應(yīng)用的優(yōu)勢表明了出來，體現(xiàn)了測控系統(tǒng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器技術(shù)的支持下，具有了更強(qiáng)的開放性、穩(wěn)定性、可靠性以及遠(yuǎn)程控制等特點(diǎn)，在一定程度上推動(dòng)了測控技術(shù)的發(fā)展，提高了側(cè)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果的精確度，簡化了測控工作的工作量，為社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展做出來積極的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)全球化的推動(dòng)下，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展速度十分迅猛， 這直接推動(dòng)著軟件的發(fā)展。無論是從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，實(shí)現(xiàn)測控字元的網(wǎng)絡(luò)化大有裨益，這不僅是因?yàn)樵跇O大程度上降低了成本，而且提高了工作的效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益。從樂觀角度來分析，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及各種硬件技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化將會(huì)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)能力。

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