传感器与自动检测技术课件：第8章 现代检测技术

1、第8章 现代检测系统 8.1 计算机检测技术8.2 虚拟仪器8.3 网络监控系统8.4 视觉检测技术8.1 计算机检测技术8.1.1概述 所谓计算机检测，是将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。 随着计算机技术和传感器技术的发展，计算机检测技术融合了许多领域的新技术、新器件、新方法，计算机检测系统也有许多的类型。但就其共性来说，一般包括硬件及软件两大部分：软件部分除了具有必要的计算机操作系统软件外，主要包含有信号的采集、处理与分析等功能模块软件；硬件部分主要是由信号调理、采样/保持、模/数转换、数/模转换、定时/计数器、总线接口电路等

2、部分组成 。典型计算机检测系统的组成如图8.1所示。 图8.1 典型计算机检测系统的组成8.1.2 输入通道的计算机接口技术 在计算机检测系统中，往往需要同时采集多个传感器的参数，然后进行模数转换。这种多线巡回采集系统，从降低成本的角度出发，般只采用一个A/D 转换器，由计算机对各参数分时进行采样。为此，需要有个多路开关，轮流把各传感器输出的模拟信号切换到A/D转换器。 由于A/D转换器的转换过程需要定的时间，因而需要采样值在A/D转换过程中能够保持不变。否则，转换精度可能会受到影响，尤其是当被测信号是快速变化量时更是如此。有效的措施是在A/D转换器的前级设置采样保持电路。另外，模拟量输出系统

3、(D/A转换过程)也可能是分时工作的，对于每一个输出信号，也需要保持输出值在一定时间内不变，能够完成这一工作的电路，称之为采样保持器(简称为S/H)。采样保持电路和多路模拟开关是不少计算机检测系统中输入、输出通道的重要组成部分，目前已有较多的此类芯片供选用。（有关内容见第7章）。 8.1.3 输出通道的计算机接口技术 将微型机处理后的数字信号，用于控制执行机构时，就必须考虑输出信号的形式。实际工程应用中，根据不同的受控对象和具体要求，信号输出可以有多种。所以，微型机与执行装置之间还要有一个接口部分，以实现信号转换、参数匹配及功率放大等功能。因大多数的执行装置为电动或气动执行器等形式，它们只能够

4、接收模拟信号。（1）输出通道信号种类 根据输出对象的不同，计算机检测系统输出信号有：模拟量、开关量、数字量等输出信号。1）模拟量输出信号 模拟量输出信号是最常见的输出信号方式，通常有直流电流、电压两种输出形式。2）开关量输出信号 从性质上讲，开关量是一种二值型的输出量，即表征“开”与“关”，或者“是”与“非”等二种状态。控制系统及智能仪器系统中的开关量输出信号具有以下几种基本的表现形式。 开关量控制 越限报警 反映系统本身的工作状态 3）数字量输出信号 数字量的输出方式是计算机控制系统中重要的信号输出形式。数字量输出信号分为串行和并行两种。 串行用于较远距离的数据传输和信息交换，例如系统与上位

5、计算机之间通信多为串行。 并行方式传输速度快，但所需导线条数多，只适合于较短距离的传输，例如系统与周围的其他智能设备之间的数据交换。 （2）输出通道的计算机接口 一般来说，模拟量输出通道主要包括有：D/A转换器；多路模拟开关；采样/保持器等部分。 1）8位D/A转换器与CPU的接口 D/A转换器与CPU的接口电路有两种基本形式。一种是通过I/O接口(输入/输出接口或锁存器)与CPU的数据总线相连；另一种是与数据总线直接连接。采用那一种接口电路主要取决于D/A转换器芯片内部是否设置了数据锁存器。对于芯片内部已有锁存器的芯片，则可采用直接连接，也可用并行接口或锁存器连接，应用较灵活。但内部没用锁存

6、器的D/A转换器，如AD7520、DAC0808等，必需使用并行接口或锁存器进行连接。 图8.2中给出了DAC0832与803l单片机连接成单缓冲方式的接口电路。 图8.2 DAC0832单缓冲接口电路 图8.3 为DACl208与8031单片机的接口电路示意图图8.3 DAC1208与8031CPU的接口电路示意图8.1.4 计算机检测系统的设计 （1）传感器的选择选择传感器时应从以下几方面的条件考虑：1）与测量条件有关的因素：输入信号的幅值，频带宽度、精度要求、测量所需要的时间。2）与传感器有关的技术指标有：精度、稳定度、响应特性、模拟量与数字量、输出幅值、对被测物体产生的负载效应、校正周

7、期、超标准过大的输入信号保护等。3）与使用环境条件有关的因素有：安装现场条件及情况、环境条件(湿度、温度、振动等)、 信号传输距离、所需现场提供的功率容量等。4）与购买和维修有关的因素有：价格、零配件的储备、服务与维修制度、保修时间、交货日期等。 （2）主计算机选型 微型计算机是计算机检测系统的核心，对系统的功能、性能价格以及研发周期等起着至关重要的作用。对“微机内置式”系统，需要选择微处理器、外围芯片等构成嵌入在系统之中的微型计算机；而对“微机扩展式” 系统，则需要选择适用的微型计算机系统作为开发和应用平台，搭建“微机扩展式” 检测系统、虚拟仪器系统等。（3）输入、输出通道设计 输入通道数应

8、根据需检测参数的数目来确定。输入通道的结构可综合考虑采样频率要求及电路成本按前述的几种基本结构来选择。输出通道的结构主要决定于对检测数据输出形式的要求，如是否需要打印、显示，是否有其他控制、报警功能要求等。 （4）软件设计 计算机检测系统的软件应具有两项基本功能：其一是对输入、输出通道的控制管理功能；其二是对数据的分析、处理功能。对高级系统而言，还应具有对系统进行自检和故障自诊断的功能及软件开发、调试功能等。 （5）典型计算机检测系统的组成 系统通常由系统硬件与软件两大部分组成。1）系统硬件组成图8.4所示为智能检测系统的典型结构图，它主要包含有微机子系统、数据采集子系统及接口、基本I/O子系

9、统及接口、通信子系统及接口、控制子系统及接口等部分。图8.4 智能检测系统的典型结构图2）系统软件组成图8.5所示为检测系统的软件组成框图，它包含有初始化管理模块、数据采集模块、人机接口、测试算法、通信与控制程序、时钟管理模块、故障诊断与处理、中断服务程序、监控主程序等。 图8.5 检测系统的软件组成框图（6）计算机检测系统设计的基本步骤 计算机检测系统设计大致可分为总体设计与详细设计两个阶段。 1）系统总体设计 确定所需的信息、同时确定为提供所需信息而测量的系统物理参数 测试方法的选择 检测系统采用的测试方法取决于系统的性能指标，诸如非线性度、精度、分辨率、误差、零漂、温漂、可靠性等，在这些

10、性能指标确定后。根据成本预算、人机界面、测量模块与其它模块的界面要求选择合适的测试方法。 2）系统详细设计 总体设计完成之后，即可开始进行详细设计。详细设计宜采用模块化设计方法，需要考虑以下因素： 根据性能要求选择相应的测量方法； 选择适当的传感器或转换器； 考虑系统所处现场需要的处理功能； 与传感器、转换器相配合的硬件和机电装置的规格，以及专用器材的制造； 有关的应用软件的选择及软件的编制。 8.1.6 计算机检测技术应用实例（1）转轴等回转体转速的实时测量、数据处理图所示为系统硬件电路原理图图8.6 单片机测速系统电路原理图（2）汽车万向节、传动轴扭转疲劳试验台计算机测控系统 1）试验台对

11、计算机测控系统的要求 该试验台用于汽车万向节、传动轴的扭转疲劳试验，图8.8为该试验台的结构示意图，图8.9为试件在试验过程中应承受的扭矩载荷示意图图8.8 试验台结构示意图图8.8 试件在试验过程中应承受的转矩载荷示意图图8.10 计算机测试与控制系统组织方框图 （3）齿轮传动部件试验中的测量和控制系统图8.11为齿轮传动部件试验中的测量和控制系统。在试验系统中驱动转速和负载控制由工业控制计算机通过RS232等串行接口控制直流或交流变频调速系统和耦合或负载控制装置来实现。 图8.11 齿轮传动部件试验中的测量和控制系统（4）液压泵试验液压泵的试验在液压泵试验台上进行，试验台的基本回路如图8.

12、12所示。图（a）为溢流阀加载的试验回路，而图（b）为调节阀加载的试验回路。 图8.12 液压泵的基本试验回路8.2 虚拟仪器8.2.1 虚拟仪器的概述（1）虚拟仪器的基本概念虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）就是在以计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统（如图8.13） 。 图8.13 VI内部功能划分（2）虚拟仪器的构成及其特点1）虚拟仪器的构成虚拟仪器由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和应用软件两个部分构成。虚拟仪器的硬件平台 虚拟仪器的硬件平台一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件（I/O接口设备）。 虚

13、拟仪器的硬件构成有多种方案，通常采用以下几种（如图8.14所示）基于数据采集的虚拟仪器系统 基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统 基于VXI总线仪器实现虚拟仪器系统基于串行口或其它工业标准总线的系统 图8.14 虚拟仪器的基本构成框图虚拟仪器的软件 虚拟仪器软件主要由两部分组成，即应用程序和I/O接口仪器驱动程序。 目前的虚拟仪器软件开发工具有以下两类：文本式编程语言，如Visual C+，Visual Basic，Labwindows/CVI等。图形化编程语言，如LabVIEW，HPVEE等。 2）虚拟仪器的特点 虚拟仪器与传统仪器相比，具有以下特点： 传统仪器的面板只有一个，其表面布置着

14、种类繁多的显示与操作元件。 在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。 仪器的功能可以由用户根据需要由软件自行定义，而不是由厂家事先定义的，增加了系统灵活性。 仪器性能的改进和功能扩展只需要更新相关软件设计，而不需购买新的仪器，节省了物质资源。 研制周期较传统仪器大为缩短。 虚拟仪器是基于计算机的开放式标准体系结构，可与计算机同步发展，与网络及其周设备互联。 虚拟仪器的关键是软件 （3）虚拟仪器技术的应用 虚拟仪器技术作为计算机技术与仪器技术相结合的创新技术，应用前景十分广泛。从总体上而言，虚拟仪器是测量/测试领域的一个创新概念，改变了人们对仪器的传统观念，适应了现代测

15、试系统网络化、智能化发展趋势。虚拟仪器技术应用方式多种多样。 8.2.2 虚拟仪器的整体设计 虚拟仪器的设计方法与实现步骤和一般软件的设计方法和实现步骤基本相同，只不过虚拟仪器在设计时要考虑硬件部分。步骤如下：（1）确定所用仪器或设备的接口形式 （2）确定所选择的接口卡是否具有设备驱动程序（3）确定应用管理程序的编程语言专业的图形化编程软件，如LabVIEW、LabWindows/CVI，采用通用编程语言，如Visual C+、Visual Basic或者Delphi。 （4）编写用户的应用程序根据仪器的功能，确定软件采用的算法、处理分析方法和显示方式。（5）调试运行应用程序用数据或仿真的方法

16、，验证仪器功能的正确性，调试并运行仪器。8.2.3 虚拟仪器系统开发环境目前世界上最具有代表性还是美国国家仪器公司（NI）两个虚拟仪器开发平台：LabWindows/CVI和LabVIEW。（1）LabWindows/CVI 1）LabWindows/CVI下虚拟仪器软件组成在LabWindows/CVI软件平台中，设计完成的虚拟仪器软件组成框图如图8.15所示。 图8.15 用Lab Windows/CVI 设计的虚拟软件构成框图2）LabWindows/CVI编程环境LabWidows/CVI开发环境可以分为四个区域：菜单区、工程列表区、函数库区、编译区。 4）用LabWindows/CV

17、I设计虚拟仪器的步骤与方法 在LabWindows/CVI虚拟仪器开发平台上，利用其丰富的函数库和强大的接口功能，可方便地设计出符合用户要求的程序。使用LabWindows/CVI编程的基本步骤如下。 制定程序的基本框架 根据测量任务确定程序的基本框架、仪器面板及程序中所需的函数。 创建用户界面 根据第一步制定的方案，创建用户界面、设置控件属性和回调函数名称。 程序源代码的编写 在创建好用户界面后保存用户界面时，计算机自动生成头文件（*.h文件）。利用计算机自动生成源程序（*.c文件）代码框架，并在框架中添加函数代码来完成代码的编写。 创建工程文件并运行 将用户界面文件（*.uir文件）、源代

18、码文件（*.c）和头文件（*.h文件）添加到工程文中来完成工程文件的创建，然后编译调试工程文件。LabWindows/CVI编程基本步骤如图8.18所示。（2）LabVIEW 编译型图形化编程语言LabVIEW是一种程序开发环境，类似于C和BASIC开发环境，也是通用的编程系统，使用图形化编程语言G编写程序，产生的程序是框图形式，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。 1）LabVIEW程序的基本构成 采用LabVIEW编程的应用程序，通常被称为虚拟仪器程序（Virtual Instruments），简

19、称虚拟仪器（VIs）。它主要由前面板（Front Panel）、框图程序（Block Diagram）以及图标和连结器窗格（Icon and Connector）三部分组成。 2）LabVIEW的编程环境LabVIEW是一个多功能的集成编程环境。它主要由前面板窗口和框图程序窗口组成。其中，前面板窗口用于编辑和显示前面板对象。框图程序窗口用于编辑和显示框图程序（程序代码）。两个窗口都由相应菜单和工具栏组成，其中菜单是相同的，框图程序窗口的工具栏增加了用于程序调试的按钮。 3）LabVIEW程序设计的一般过程一个完整的VI程序由3部分组成：前面板、框图程序和图标/连接口，因此一个VI程序设计主要包

20、括前面板的设计、框图程序的设计以及程序的调试。 8.2.3 虚拟仪器系统的数据采集实现（1）基于LabWindows/CVI数据采集 虚拟仪器的硬件平台由计算机和I/O接口设备两部分组成。I/O接口设备主要完成输入信号的采集、放大与模/数或数/模转换等任务。 在数据采集方面，LabWindows/CVI提供了两个函数库：数据采集数库（Data Acquisition Library）与易用数据采集函数库（Easy I/O for DAQ）。在总线数据获取方面，LabWindows/CVI提供了四个函数库：RS 232库（RS 232 Library）、仪器控制函数库（GPIB/GPIB 488

21、.2 Library）、VISA库（VISA library）、VXI库（VXI Library）。 LabWindows/CVI环境中，I/O接口设备数据采集卡的软件驱动分以下两种情况。 NI公司生产的数据采集卡 可利用LabWindows/CVI自带的驱动函数驱动。设计者只需正确设置输入参数就可实现数据采集的任务，不需编写代码程序。 非NI公司生产的数据采集卡 在LabWindows/CVI环境中使用非NI公司的数据采集卡，需要自己编写数据采集卡的驱动程序。如果该数据采集卡支持标准C系列的计算机开发语言，如VC等，把该驱动程序的动态链接库(*.dlI)移到LabWindows/CVI子目录

22、下，可实现数据采集卡与LabWindows/CVI环境的数据交换。（2）基于LabVIEW编程语言的数据采集1）概述基于LabVIEW的数据采集系统的组成结构如图8.19所示。 图8.19 基于LabVIEW 的数据采集系统2）DAQ硬件设备数据采集卡的功能 一般情况下，DAQ硬件设备的基本功能包括模拟量输入（Analog Input）、模拟量输出（Analog Output）、数字I/O（Digital I/O）和定时/计数（Timer/Couter）。数据采集卡的选用 在实际应用中，选用数据采集卡时需要注意以下一些问题：数据分辨率和精度最高采样速度通道数数据总线接口类型是否需要隔离板卡本身

23、是否带有微处理器是否有标定功能 支持的软件驱动程序及其软件平台数据采集卡的软件配置 NI公司还提供了一个数据采集卡的配置工具软件Measurement & Automation Explorer，它可以配置NI公司的软件和硬件，比如执行系统测试和诊断、增加新通道和虚拟通道、设置测量系统的方式、察看所连接的设备等 3）设备驱动程序 一般来说，数据采集卡都有自己的驱动程序，用于控制采集卡的硬件操作。通常，驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般无须通过低层才能与采集卡硬件打交道。 4）LabVIEW 数据采集模块的分类 LabVIEW中数据采集模块按照功能分为模拟量输入（Analog Input）

24、、模拟量输出（Analog Output）、数字I/O（Digital I/O）、计数器Timer/Counter等，如图8.20所示。 模拟量输入模块根据功能的不同分为四层，如图8.21所示。 8.2.4 虚拟仪器的综合实例和工程实例基于Web虚拟仪器技术的电热连续结晶机远程监控为例来说明虚拟仪器的设计。采用基于DDE、Java Applet和数据库技术的Web虚拟仪器构架，实现结晶机槽内温度梯度的远程监控，如图8.22所示。 图8.22 基于Web虚拟仪器技术的电热连续结晶机远程监控实现方案图8.25中利用多通道单点采集编程节点进行结晶机七段左右两端共14通道温度采集，该框图程序中为了减少

25、数据采集过程中可能的噪声干扰造成的误差，采用重复采样10次求平均值作为一次温度采集的结果。 图8.25 结晶机槽内温度采集框图程序实现简单的DDE服务器/DDE 客户端编程 利用DDE Client VIs可以方便地实现DDE Client的冷链接或热链接通信方式。其中，使用DDE Advise Start.vi与DDE Advise Check.vi可以实现热链接方式的DDE通信，其框图程序如图8.28所示。 数据采集与数据库连接的框图程序如图8.30所示。图8.32为服务器端的结晶机运行主界面图8.33为Web客户端的结晶机远程监控主界面。服务器端结晶机槽内温度分布图8.34所示客户端显示

26、的结晶机操作指导界面如图8.35所示服务器端结晶机历史时刻梯度趋势曲线界面如图8.36所示Web客户端结晶机历史时刻梯度趋势曲线界面如图8.37所示。8.3 网络监控系统 当今覆盖世界范围的INTERNET与测试技术相结合，形成了一种具有强大生命力和广阔应用前景的开放式的远程测试体系结构，能够实现多专家和多系统的协同测试与诊断，成为当今测试技术中的热门研究课题，本章主要是对网络监控系统的组建、特点、工作原理、运行状况和基于INTERNET的远程数据采集等关键技术进行了深入介绍。 8.3.1 系统总体分析和规划 （1） 基本原则 “先总体、后局部，由上而下，由简到繁”。（2） 设计步骤 （1）进

27、行初步调查，明确基本任务、主要功能 （2）对现有环境进行分析 （3）制定初步计划 （4）确立详细设计 （5）执行实施 （6）整理文档（3） 网络概念 国际标准化组织（latematioaal Standards Organization，ISO)于19771984年之间所发展的通信架构。OSI把网络通信系统分为7层：l物理层、2数据链路层、3网络层、4传输层、5会话层、6表示层、7应用层。 1）物理层 物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。 2）链路层 数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理

28、层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程，这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。数据链路的建立、拆除、数据的检错/纠错是数据链路层的基本任务。 3）网络层 主要提供路由功能。具体为：路由选择和中继，建立终端网络连接，采取分时复用技术在一条数据链路上复用多条网络连接，差错检测与恢复、流量控制，网络管理等。 4）传输层 传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时，第一个端到端的层次，具有缓冲作用。现在各种通信子网在性能上存在着很大差异，例如电话交换网、分组交换网、公用数据交换网、局域网等通信子网都可互连，但它们提供时吞吐量、传输速率、数据延

29、迟、通信费用各不相同。对于上一层的会话层来说，却要求有一性能稳定的界面，传输层就承担了这一功能，它采用分流合流，复用解复用技术来调节上述通信子网的差异，使会话层感受不到。 5）会话层 会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。会话层、表示层、应用层构成开放系统的高3层，面对应用进程提供分布处理，对话管理、信息表示、恢复最后的差错等。 6）表示层 其作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。 7

30、）应用层 应用层是开放系统的最高层，是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成了系列业务处理所需的服务。这些将涉及到虚拟终端、作业传送与操作、文件传送及访问管理、远程数据库访问、开放系统互连管理等等。 （4） 网络监控系统基本功能 主要功能： 设备信息的采集； 设备信息的传送； 设备信息的分析与处理； 专家意见的汇总； 分析结论的返回。 （5） 网络化设备体系结构总体框架 为了满足以上要求，基于INTERNET网络监控系统由两个主要部分组成，即安装于工作现场的检测系统和测试分析中心的测试分析系统。8.3.2 网络监控系统关键技术实现（1） 软硬件平台的选择

31、1）硬件平台的选择 网页服务器主要是为系统外部用户提供各种网页和相关的网络接口服务，为加快系统响应速度，网页服务器应该配置大容量内存和较高速的硬盘系统。一般可以考虑配置128M或更大容量的内存、及SCSI接口的硬盘。 数据库服务器主要是用于存储各检测系统传输来的设备状态信息及历史数据、分析诊断所需的故障诊断特征数据信息和分析诊断形成的结果信息。因此数据库服务器应具有大容量的硬盘系统，最好配置CDR等数据备份设备。 测试分析系统所在的服务器主要是根据设备状态信息，运算各种数学分析算法和工具进行分析和诊断，这些运算对CPU的要求较高，同时必须需要大量的内存，所以诊断系统服务器应该配置较高档次的CP

32、U和较大容量的内存，一般可以考虑采用奔腾600或以上CPU和128M以上内存。 连接系统各部分的网络应具有较大的带宽，有利于加快数据交换的速度。同时，基于速度和安生性的考虑，检测系统与测试分析系统的网络连接采用了100M内部以太网。若采用公共通信线路则选用高速的因特网接入方式（如ISDN、ADSL等）。 网页服务器对外的连接带宽根据实际的并发客户数目确定。 专家诊断浏览器和用户浏览器的计算机硬件要求较低，能接入INTERNET即可。 对于运行检测系统的计算机硬件配置要求也不高，例如奔腾300CPU、64M内存即可满足一般要求。选择的重点是根据该检测系统实际测试任务选择各种符合测试要求的数据采集

33、卡和接口卡，如多路AD卡、GPIB接口卡和现场总线接口卡等等。 （）软件平台的选择 选择软件平台首先是选择各部分的操作系统。目前在PC上运行的主流操作系统主要有：Windows9X、windows NT、 Linux/UNIX和Windows2000。 Windows9X是当前PC机上最常用的操作系统，是一个多用户、多线程的操作系统，并且直接支持常见网络，拥有丰富的开发资源。 Windows2000是Windows9X的升级版；Windows NT是一个专门设计用于工作站和服务器的操作系统，他的稳定性、安全性和网络性能比Windows9X具有大幅度的提高，而且对多用户和多任务方面的支持也比较强

34、大，适合在windows NT上运行的服务器软件功能强大，开发工具众多；Linux是UNIX操作系统家族中的一员，他的源代码全部公开，非常适合根据用户的需要定制不同的系统，但目前各种资源相对较少，而且开发工具种类较少，易用性较差，开发应用系统的工作量相当大。 综合以上各操作系统的特点，选择Windows NT作为服务器的操作系统；选择Windows9X或Windows2000作为检测系统的操作系统。 （2） 基于INTERNET的通信技术 网络监控中检测子系统与服务器、服务器之间的数据交换和消息传递都是通过INTERNET完成的，基于INTERNET的通信技术是实现远程测试系统的关键技术之一。

35、TCP/IP协议是当今因特网是最成熟、应用最广泛的通讯协议，这一套总体结构和协议标准是构成因特网的基石，按照TCP/IP协议而建立的因特网已经成为当今社会最大的信息网络。TCP/IP协议其实可分为IP和TCP两大议族，其中IP协议的主要功能包括无连接数据包传送、数据包寻址以及差错处理三部分，而TCP协议是通过IP协议提供的数据包来传送数据段的协议。 Socket是TCP/IP网络的API，也就是说Socket定义了许多TCP/IP协议通信函数和例程，人们可以利用他们来开发TCP/IP网络上的程序。当使用Socket对网络通信编程时，Socket就是网络通信过程中端点的抽象表示，对网络的通信就可

36、以采用类似对文件读写的概念和方法。图8.2说明了因特网上互相通信应用程序间的关系。 （3） 系统动态重构技术 任何一个系统都必须根据实际需求不断改进和升级，最好的解决方案是将各种分析诊断方法制作成一定的模块，系统能根据不同用户的情况把这些模块动态重构全盛制作成新的模块，通过系统动态重构在无需改变系统框架的前提下实现系统动态升级。Windows系统本身的DLL文件就提供了一个调用模块的很好的解决方案。DLL称为动态链接库，其中可以包含一系列用户自定义的函数，系统只有在需要调用DLL中的函数时才由Windows系统加载DLL，然后调用函数进行运算。加载DLL有隐式和显式两种方式。隐式加载是DLL最

37、常用的加载方式，只需在应用程序生成时加以一定的说明即可；而显式加载则可以在应用程序运行时动态决定调用所需要的DLL。在所开发的系统根据数据库各分析诊断模块所在的DLL文件名，可采用显式加载的方式加载DLL。新添加的分析诊断模块必须按照一定的数据接口规范编写，再添加到系统数据库中即可。 加载DLL文件并调用其中某个函数的步骤： 向系统申明需要调用的函数返回值的类型和每个输入参数的类型； 调用WIN32函数LoadLibrary()函数，取得系统加载的DLL文件所对应的句柄； 利用上一步取得的句柄，调用WIN32函数GetProcAddress()，取得DLL文件中需要调用的函数的指针； 利用上一

38、步取得的函数指针即可象平常调用函数一样调用DLL中的函数。 （4）网页动态生成技术 网络服务器提供给外部用户一个观察本系统所连接的设备状态的接口，他是通过用户使用浏览器观看网页服务器上的网页实现的。由于设备状态的数据、分析结果的图表会随着设备状态的变化而变化，因此用户观看到的网页必须在用户观看时动态生成。动态生成网页主要使用ASP结合数据库进行开发，主要使用ASP的几个内置对象：Request对象、Response对象、ADO接口的RecordSet对象。 （5） 多线程编程技术 一个成熟的检测系统必须具备同时检测多个参数的能力，而且在基于INTERNET的远程测试环境中，客户端检测系统还必须

39、同时与服务器端进行通信，这就对检测系统提出了具有多任务要求。多线程技术是Windows系统提供给用户的一个极好的多任务机制。在Windows环境中，每个运行的应用程序都建立一个进程，而每一个进程可以由一个或多个执行线程组成。这样，实现同时检测的多任务安排工作都可以交给操作系统来统筹和完成，开发人员只需专注于具体检测任务程序的开发，这样既减轻开发人员的负担，又减少了系统由于安排不当而引起错误的概率。 应用多线程编程技术必须处理好线程的划分与优先级分配和线程之间的通信问题。若线程划分过细则系统资源就会被划分得支离破碎，系统耗费在线程调度上的资源就会过多，从而降低了系统整体的执行效率；线程划分过粗则

40、不会很好地利用多任务机制同时检测多个设备参数。划分线程的基本原则是将几个需要串行执行的或相互依赖的任务模块划分为一个线程，而相互之间依赖性不强的任务模块则划分为不同的线程。实时性强的任务模块所在线程（如数据采样线程）的优先级设定为高优先级，而实时性要求不高的线程（如人机交互线程）的优先级则设定为低优先级，这样就可以保证优先处理数据采样的实时性任务，同时又可以提高系统中其他模块的处理速度。需要发送消息的线程只要采用Windows的PostMessage函数将自定义的消息发送到指定的线程即可；而接收到消息的线程只需要Windows系统传递来的消息的内容和发送者信息即可作出相应的处理。 （6） 高速

41、数据采样技术 Windows系统是一个多任务系统，表现为多个线程在操作系统的统筹安排下分时共享CPU时同，操作系统本身的一些系统任务的优先级是最高的，他会中断用户正在运行任务，这对于实时性要求高的数据采样非常不利。 VxD用来支持硬件设备的管理，是以DLL的形式链入Windows操作系统的核心层（ring0），VxD主要解决不能被应用层（ring3）处理的一系列问题 。利用VxD驱动硬件的过程的说明。8.4 视觉检测技术 视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术。基于视觉传感器的检测系统具有抗干扰能力强、效率高、组成简单等优点，非常适用生产现场的在线非接触检测及监控，为解决在

42、线问题提供了一个理想的手段，美国国家标准局在调查的基础上曾做过预测，今后工业检测工作的80%将由视觉检测技术完成。8.4.1 视觉检测系统组成图8.41所示为视觉检测系统组成的原理框图，通常它由光源、被测物体、图像采集系统（包括成像系统、图像传感器）、数字图像处理、计算机及其接口、监视器和图像显示与输出装置等构成。 （1）光源 光源是视觉检测系统的重要组成部分，许多被测目标图像是在光源的照射下，经物镜成像在各种图像传感器的像面上才能获得图像信号的。 光源可分为自然光源和人工光源等。自然光源包括太阳、星体和大气等各种天体；人工光源按发光原理可分为荧光灯光源、卤素灯光源、气体放电灯光源、半导体发光

43、二极管光源以及激光光源等。 用于视觉检测系统的光源应满足： 1）照度适中、稳定、可调 2）亮度均匀稳定 3）无阴影 光源的照明一般有漫反射照明、透射照明、结构光照明、定向照明等方式（如图8.42所示）。 （2）图像采集系统成像系统1）成像系统 视觉检测系统中的成像系统有光学成像系统、红外成像系统和过程层析成像系统等。 光学成像系统是将被测对象通过光学的方法以一定的放大倍率成像在图像传感器上，通常可以根据物像面位置、物像面大小等成像条件分为照相摄影、显微、望远或投影等典型光学系统，对其成像质量有一定的要求。 红外成像系统是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上。在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外图像进行扫描，