（机械设计及理论专业论文）计算机远程测试平台集成化的研究.pdf

摘要 摘要 在2 0 0 0 年以后的新世纪里，数字化、模块化、网络化和系统化已成为测试仪 器发展的新趋势，一种基于先进p c 技术的被人们称之为“2 0 0 0 技术”的新概念， 被使用在测量仪器上，使测量仪器的性能获得最大程度地提高。本课题基于现代 测试系统和集成技术的思想提出了一个新型的计算机测试系统，就该系统的实现 进行了详细和认真的讨论，最后通过一个实验性的计算机远程测试平台对提到的 关键技术和模型进行了论证。 计算机远程测试平台是一种超越单一特定对象的通用测试平台。它不仅可以 最大化地减少因测控要求改变、测控环境改变和测控设备变化所带来的系统变化， 还能够实现全系统范围内资源的最佳分配，并得到最好的资源共享效果，同时也 支持测控设备的即插即用。这种模型的提出无论是对于企业生产、测试项目的技 术改造，还是对于节约资源，进行可持续发展都具有非常重大的现实意义。 计算机远程测试平台结合分布式技术和面相对象技术，采用了客户机，服务器 和流览器，服务器两种计算模式具有良好的可扩充性和重用性。本文从功能分析、 结构分析、工作流程三个方面详细分析了计算机远程测试平台，并利用面向对象 技术从计算机远程测试平台的功能与关系上构造出计算机远程测试平台系统软件 的基本结构框架。 本文论述的计算机远程测试平台实例包括了在底层实现a d 卡w d m 驱动， 实现对数据的实时采集和处理。在上层体现集成系统的特点和优点，实现了多种 信号处理方法( 频率抽选基2 f f t ，窗函数法f i r 数字滤波等) 。总体目标是突 破一个单纯的数据采集平台，实现一个具有丰富功能的远程测试平台。 关键词；集成；面向对象；虚拟仪器；测试 a b s t r a c t i n t w e n t y f i r s t c e n t u r y d i g i t a l i z a t i o n ，m o d u l a r i z a t i o n ，n e t w o r k i n g a n d s y s t e m t i s mb e c a m et h en e wt e n d e n c yo fm e a s u r e m e n ti n s t r u m e n t ak i n do fn e w t e c h i n c a lb a s e do na d v a n c ep cw h i c hc a l l e d ”2 0 0 0t e c h n o l o g y ”w e r ea p p l i e do n m e a s u r e m e n ti n s t r u m e n t i tw a su s e di nm e a s u r e m e n ti n s t r u m e n ta n dr u n r i n g s a r o u n dt r a d i t o n a lm e a s u r e m e n ti n s t r u m e n t t h i ss u b j e c tb r i n gf o r w a r dan e wk i n d o f c o m p u t e rm e a s u r e m e n ts y s t e m b a s e do nm o d e r nm e a s u r e m e n tt h e o r i e sa n d i n t e g r a t e dc o n c e p t i o n t h i sp a p e rd e e p l y d i s c u s s e dt h ek e yt e c h n i q u eo ft h es y s t e m i nt h ee n dd e m o n s t r a t et h em o d e la n d k e yt e c h n i q u e v i aar e a lm e a s u r e m e n t p l a t f o r m c o m p u t e rr e m o t em e a s u r e m e n tp l a t f o r m i sak i n do fu n i v e r s a lm e a s u r e m e n t p l a t f o r m w h i c he x c e e d st h es i n g l ec e r t a i nm e a s u r e m e n to b j e c t i tc a nn o to n l y d e c r e a s et h es y s t e mr a r i t yb e t w e e nd i f f e r e n tk i n d so fm e a s u r e m e n te n v i r o n m e n t ， m e a s u r e m e n t r e q u e s t a n dm e a s u r e m e n te q u i p m e n t a s s i g nt h e r e s o u r c eo ft h e s y s t e m a n ds h a r et h es y s t e mr e s o u r c e ，b u ta l s os u s t a i nt h ep l u ga n dp l a y t h i s m o d e la r eh e l p f u lt oe n t e r p r i s ep r o d u c t i o na n dt e c h n i c a lr e b u i l d i n go fm e a s u r e m e n t i t e m ，i tc a ns a v er e s o u r c ea n d b em e a n i n g f u lt os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t c o m p u t e rr e m o t em e a s u r e m e n tp l a t f o r mc o m b i n e sd i s t r i b u t i n gt e c h n i q u ew i t h o o p ，a n da p p l i e st h e c l i e n t s e r v e ra n db r o w s e r s e r v e rc a c u l a t em o d e l s p o s s e s s e s e x p a n s i o na b i l i t ya n dc a nb er e u s e d t h i sp a p e rd e t a i l s t b ep l a t f o r mi nf u n c t i o n a n a l y s e s ，s t r u c t u r ea n a l y s e sa n dw o r kf l o w ，a n dc o n s t r u c t st h eb a s i cf r a m eo f t h e s y s t e mf r o mi n t e g r a t e dt e s t i n gs y s t e ma n do o p t e c h n i q u e t h ec o m p u t e rr e m o t em e a s u r e m e n tp l a t f o r md i s c u s s e di n t h i sp a p e rc o n t a i n s r e a l i z i n go fa dc a r dd r i v e r ，r e a lt i m ea c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g g i v ee x p r e s s i o n t oi n t e g r a t e ds y s t e m 。r e a l i z e ds e v e r a lk i n d so fs i n g a lp r o c e s s i n gw a y s t h e t o t a li s b r e a k t h r o u g has i n g l e d a t aa c q u i s i t i o np l a t f o r m ，a n dr e a l i z ear e a lr e m o t et e s t i n g p l a t f o r m k e yw o r d ：i n t e g r a t i o n ：o o p ；v i r t u a li n s t r u m e n t ；m e a s u r e m 。n t 珏 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：日期：披年月勿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密口， 本学位论文属于 不保 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：丐s 导师签名撕 解密后适用本授权书。 日期：协吣年 月书日 日期：年月 日 第一章概述 - _ - _ - _ i _ _ l i imi i _ _ l _ _ i _ i _ i - _ _ - _ - - _ - _ l - 第一章概述 入类在从事社会生产、经济交往和科学研究中，都与测试技术息息相关。随 着科学技术的发展和生产力水平的提高，测试的重要性日益凸现。现代化的科研 工作不仅需要对多参数、相关参数、瞬闻信息进行快速、实时、连续、准确的捕 捉和测量，且需完成浩繁的数据处理工作。这些测试任务均非手动或人工测试所 能完成的，这就必须采用自动测试手段。国际上发达国家早己在2 0 世纪8 0 年代 末就推出了跨世纪的总线测试系统及产品，它采用开放的总线标准，使用户在最 短的时间内利用总线式仪器和软件，灵活组建自动测试系统，大大节约了测试时间 并降低了测试费用。在2 0 0 0 年以后的新世纪里，数字化、模块化、网络化和系统 化已成为测试仪器发展的新趋势，采用各种各样先进技术的第3 代电子测试仪器 将不断问世。 1 1 电子测量仪器与自动测试系统 测量是通过试验方法对客观事物取得定量信息即数量概念的过程“”。电子测 量泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。它是测量学和电子学相结合的产 物。电子测量除具体运用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号的特 性和参数进行测量以外，还可通过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量， 而且往往更加方便、快捷、准确有时是其它测量方法所不能替代的。近几十年 来计算机技术和微电子技术的迅猛发展，为电子测量和测量仪器添加了巨大活力。 电子计算机尤其是微型计算机与电子测量仪器相结合，构成了一代崭新的仪器和 测试系统，如人们常说的“智能仪器”和“自动测试系统”，不仅仅改变了若干传 统测量概念，更对整个电子技术和其它科学技术产生了巨大推动作用。 通常，电子测量仪器可以分为独立式仪器、模块化仪器和p c 插卡式仪器3 个大类。1 在实际应用领域中，独立仪器又分为基础仪器和专业仪器两种。基础仪器通 常包括示波器、逻辑分析仪和数字万用表等电子测试仪器；专业仪器则是以网络 分析仪、r f 信道仿真器、调制域分析仪、频谱分析仅、矢量信号分析仪、峰值功 率分析仪等通信测试仪器为主，它们大多数采用g p i b 总线进行仪器之闽互连或者 与p c 机之间进行通信。 模块化仪器通常有模拟和数字信号源、电压、电流、频率等参数模拟量测量 模块、a d 、d a 等数字测试产品、射频和微波产品、电源电子负载等，绝大 部分模块化仪器目前都采用v x i 总线技术。它兼有通用仪器总线g p i b 和p c 总线 - - - - 一兰竺三奎兰三兰翌圭兰筌鎏苎 v m e 的优点通常，v x i 模块化仪器具有开放的系统结构、可互换的模块以及即插 即用等特点，给测试仪器的更新和改造带来了极大的便利。 p c 插卡式仪器主要有p c 数据采集板( d a q ) 、基于i s a p c i c o m p a c tp c i 总线的功能仪器板以及相应的驱动软件。目前，一些先进的d a q 板已经采用板上 微处理器和存储器，以减轻p c 机中c p u 和r a m 的负担，也有利于诸如图像处理、 数据传输、信息存储等功能的实现。 1 1 1 智能仪器 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物。由于它拥有对数据的存储、 运算、逻辑判断和自动化操作等功能，因而称之为智能仪器。f 3 圈+ 图日圈日圈 图i - i 智能仪器 f i g l l i n t e l l i g e n tg a u g e 智能仪器是计算机技术向测量仪器、控制仪器移植的产物。含有计算机或者 微处理器的各种仪器仪表，由于拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化控 制操作等功能，有着人工智能的作用。现在的一些智能仪器还具有校正、故障自 诊断、打印、自动量程转换及通讯等较强的功能。仪器仪表已不再是简单的硬件 实体，而是硬件、软件相结合，软件在仪器智能高低方面起重耍作用的新型仪器。 仪器与微处理器相结合，取代了许多笨重的硬件，内部结构和前面板大为改 观，节省许多开关和调节旋钮。微处理器通过键盘或遥控接口接受命令和信号， 并用来控制仪器的运行，执行常规测量，对数据进行智能分析和处理，数字显示 或传送，而传统的模拟方法是很难做到的。智能仪器具有如下特点： ( 1 ) 采集信息借助于传感器和变送器，按处理器的要求采集电量和非电量。 ( 2 ) 与外界对话使用管能接口进行入机对话及与外部仪器设备对话，接入 自动测试系统，甚至接入i n t e r n e t 。另一方面，使用者借助面板上的键盘和显示 2 第一苹概述 - _ _ _ _ _ _ _ - i i - _ l i i i i - _ l l - i - _ l _ i - i _ 屏，可用对话方式选择测量功能、设置参数。当然，通过显示器等也可获得测量 结果。 ( 3 ) 记忆信息智能仪器的存储器既用来存储测量程序、相关的数学模型以 及操作人员输入的信息，又用来存储以前测得的和现在测得的各种数据。 ( 4 ) 处理信息按设置的程序对测得的数据进行算术运算，求均值、对数、 方差、标准偏差等数学运算f f t 变换，求解代数方程，比较、判断、推理等。 ( 5 ) 控制以分析、比较和推理的结果输出相应的控制信息。 ( 6 ) 自检自诊断自测试( 自检) 程序对仪器自身各部分进行检厕，验证能 否正常工作。自检及格时显示通过信息或发出相应声音。否则，运行自诊断程序， 迸一步检查仪器的哪一部分出了故障，并显示相应的信息。若仪器中考虑了替换 方案，则经内部协调和重组还可自动修复。 ( 7 ) 自补偿自适应智能仪器能适应外界的交化。比如，能自动补偿环境温 度、压力等对被测量的影响，能补偿输入的非线性，并根据外部负载的变化自动 输出与其匹配的信号等等。 ( 8 ) 自校准自学习智能仪器常常通过自校准( 校准零点、增益等) 来保证 自身的准确度。不仅如此，它们还能通过自学习学会处理更多更复杂的测控程序。 1 1 2 虚拟仪器 虚拟仪器是充分利用计算机技术，并可由用户自己设计、自己定义的仪器。 虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各 种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因 此可以说“软件即仪器”。1 它通常由计算机、仪器模块和软件三部分组成。仪器模块的功能主要靠软件 实现，通过编程在显示屏上构成波形发生器、示波器或数字万用表等传统仪器的 软面板。而波形发生器发生的波形、频率、占空比、幅值、偏置等，或者示波器 的测量通道、标尺比例、时基、极性、触发信号( 沿口、电平、类型) 等都 可用鼠标或按键进行设置，如同常规仪器一样使用，不过，虚拟仪器具有更强的 分析处理能力。随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展，用户只能使用制造商提 供的仪器功能的传统观念正在改变，而用户自己设计、定义的范围迸步扩大； 同一台虚拟仪器可在更多场合应用，比如既可在电量测量中应用，又可在振动、 运动和图像等非电量测量中应用，甚至在网络涮控中应用。软件技术是虚拟仪器 的核心技术。常用的仪器用开发软件有l a b v i e w 、l a b w i n d o w s c v i 、v e e 等等。 这些软件已相当完善，而且还在升级、提高。以l a b v i e w 为例，这是基于图形化 编程语言g 的开发环境，用于如g p i b 、v x i 、p x i 、p c i 仪器及数据采集卡等硬件 的系统构成，而且，具有很强的分析处理能力a 一 兰要耋苫查主三兰鎏圭兰釜鲨兰 1 1 3 网络化仪器 网络化仪器是适合在远程测控中使用的仪器。“。这是计算机技术、网络通信 技术与仪表技术相结合所产生的一种新型仪器。许多仪器仪表具有远程通信能力， 这是早就知道的事情，不过最近这几年正发生着许多新的、重要的变化，最重要 的一点是扩展了w e b 技术的应用，特别是扩展了传输控制协议网络协议 ( t c p i p ) 、浏览器和嵌套服务器的应用。比如，通过g p i b e n e t 转换器、 r s 2 3 2 r s 4 8 5 一t c p i p 转换器，将数据采集仪器的数据流转换成遵循t c p i p 协议 的形式，然后接入i n t r a n e t i n t e r n e t 网；而基于t c p i p 的网络化智能仪器则通 过嵌入式t c p i p 软件，使现场变送器或仪器直接具有i n t r a n e t i n t e r n e t 功能。 它们与计算机一样，成了网络中的独立节点，很方便地就能与就近的网络通信线 缆直接连接，而且“即插即用”，直接将现场测试数据送上网；用户通过浏览器 或符合规范的应用程序即可实时浏览到这些信息( 包括处理后的数据、仪器仪表 的面板图像等) 。虚拟仪器( v i ) 把传统仪器的前面板移植到w e b 页面上，通过w e b 服务器处理相关的测试需求，通过i n t r a n e t i n t e r n e t 实时地发布和共享测试数 据。考虑远程测量控制和集中数据收集处理，仪器需要这种强有力的有线、无 线连通性能。这种连通性能给用户带来许多实惠： ( 1 ) 通过网络，用户能够远程监测控制过程和实验数据，而且实时性非常 好。一旦过程中发生问题。有关数据也会立即展现在用户面前，以便采取相应措 施( 包括向远方制造商咨询等) ，可靠性大为增强。 ( 2 ) 通过网络，一个用户能远程监控多个过程，而多个用户也能同时对同 一过程进行监控。例如，工程技术人员在他的办公室里监测一个生产过程，质量控 制人员可在另一地点同时收集这些数据，建立数据库。 ( 3 ) 通过网络。大大增强了用户的工作能力。用户可利用普通仪器设备采 集数据，然后指示另一台功能强大的远方计算机分析数据，并在网络上实时发布。 ( 4 ) 通过网络，用户还可就自己感兴趣的闯题在世界范围内进行合作和访 问，比如，软件工程师可以利用网络化软件工具把开发程序或应用程序下载给远 方的目标系统，进行调试或实时运行，就像目标系统在隔壁房间一样方便a 总之， 网络通过释放系统的潜力，改变了测量技术的以往面貔，打破了在同一地点进行 采集、分析和显示的传统模式；依靠i n t e r n e t 和网络技术，人们已能够和将能够 有效地控制远程仪器设备，在任何地方进行采集、任何地方进行分析、任何地方 进行显示。不久的将来，越来越多的测试和测量仪器将融入i n t e r n e t 网。 1 1 4 自动测试系统 自动测试系统( a t s - - a u t o m a t e dt e s ts y s t e m ) 是指在人工最少参与的情况 4 耋三：量j 坠一 下，能自动进行测量、数据处理、并以适当方式显示或输出测试结果的系统，至 今大体经历了三个发展阶段。o ” ( d 一代自动测试系统 第一代自动测试系统多为专用系统，是针对菜项具体测试任务而设计的，它 主要用于要求大量重复测量、要求可靠性高的复杂测试或为了提高测试速度及工 作于测试人员难于停留的场合。例如六十年代，国际上发展起来的 c a m a c ( c o m p u t e r a u t o m a t i c m e a s u r e a n d c o n t r 0 1 ) 总线，主要用于组建大型自动 测试系统。这种测试系统与手工测试福比功能丰富，性能提高，使用方便，显示 出很大的优越性。但这种系统接口通用性不够强，改交测试内容一般需要重新设 计电路，这是第一代测试系统最主要的缺点。 ( 2 ) 第二代自动测试系统 从七十年代开始，自动测试系统解决了标准化的通用接口母线问题，进而使 自动测试进入了目前最广泛的第二代。在这种系统中，各设备都用标准化的接口 和母线按积木式的形式连接起来。系统中的各种设备包括计算机、可程控仪器、 可控开关等均称为器件或装置，均以通用接口灵括组态到标准总线上，组建成通 用的总线式自动测试系统，达到人们所向往的测试任务改变而测试系统结构不变 的目的。当今，对自动测试的需求来自各行各业，且测试内容不断变化，通用总 线式自动测试系统从总线到接口，从软件到硬件都已是国际标准，在系统组建的 灵活与迅速，工作的可靠性和性能价格比上都随着国际标准的实施与推广雨表现 出越来越大的优越性，从面成为当代自动测试技术发展的主流。这种系统组建方 便，组建者不需自己设计接1 ：i 电路，更改、增加测试内容也很灵活，因此得到了 广泛的使用。目前普遍使用的一种可程控测量仪器的接口系统，是在1 9 7 2 年由美 国h p 公司首先提出的，它很快被接受为i e e e 4 8 8 标准( 1 9 7 5 ) 和i e c 一6 2 5 国际 标准( 1 9 8 0 ) 。这套标准接口母线系统已被我国作为标准采用，通常称它为g p i b 或i e e e 4 8 8 。g p i b 的推广应用使得世界上不同制造厂商生产的各种仪器，可根据 设计者的需要配置于自动测试系统中。扶而导致了测试界的场革命，开创了自 动测试系统的新纪元。当今发达国家的仪器几乎无不装备6 p i b 的事实证明了g p i b 是一条非常成功的仪器系统总线。 ( 3 ) 第三代自动测试系统 第三代自动测试系统是由模块式仪器构成的。从1 9 8 7 年开始l i p 、t e k 等主要 的电子测量仪器生产厂联合，提出了模块式仪器的新方案即v x i 总线系统。y x i 华阿理工大学工学硕士学位论文 总线为模块式电子测量仪器提供一个开放式的标准结构，对模块式仪器的机械尺 寸、电气特性、通讯规程、电磁兼容和其它硬件特性作出了明确的规定，从而使 所有仪器厂家生产的模块式仪器可在一个主机箱内运行。随着计算机、微电子、 通信和网络等技术的发展，仪器仪表在智能化、标准化、网络化等方面将会有更 大发展。 1 2 计算机远程测试平台的组成结构 测试仪器从模拟技术向数字技术过渡，从单台仪器向多种功能仪器组合过渡， 从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合方向过渡，从简单的功能组合向以个人 计算机为核心构成通用测试平台过渡。从硬件模块向软件包形式过渡是今后电子 类测试仪器的发展新动向。一种基于先进p c 技术的被人们称之为“2 0 0 0 技术” 的新概念，被使用在测量仪器上，使测量仪器的性能获得最大程度地提高。这种 以计算机软硬件和总线技术为核心的“2 0 0 0 技术”，它包括高速总线技术u s b i e e e l 3 9 4 e t h e rn e t 、仪器总线接口驱动技术i v i 、w i n d o w s 2 0 0 0 及其w i n d o w sc e 操作系统。简化仪器数据传输的i n t e r n e t 访问技术s o c k e td a t a 、基于元件目标 模式( c o _ f ) 的仪器软硬件互操作技术o p c 、软件开发技术等等。 典型的计算机测试系统由下列子系统组成( 图卜2 ) ； 被测量 网 数据采集微机 愕萎出 子系统基本 子系 斗 统 基本i o o i 数据通信 子系统及 卜 子系统接口 控制 显示 印 盘输入 图l - 2 计算机测试平台的典型结构 f i g l 2t y p i c a l s t r u c t u r eo f c o m p u t e rt e s t i n gp l a t f o r m 被测信号( 例如温度、流量、压力、动不平锯量，噪声等) 经传感器变换为 电流或电压信号。如果信号太弱，则应经过前端预处理电路进行放大或滤波等处 理，经光电隔离或电磁隔离后。由数据采集子系统将模拟信号转换为数字信号送 入微机处理子系统中。微机根据实际情况对所采集到的信号进行必要的处理，由 6 第一孽概述 数据分配子系统和接口输出到执行机构，以实现自动控制，或由基本i o 子系统 输出到c r t ，打印机或绘图仪等。 ( 1 ) 微机基本子系统 微机基本子系统可以为普通的p c 机。工控机等，这种计算机采用通用型微处 理器，具有良好的通用性和兼容性的特点。可以分为硬件系统和软件系统两部分， 软件系统采用多任务操作系统系统w i n d o w s2 0 0 0 ，w i n d o w sc e 等和面向对象开发 工具v i s u a ls t u d i o n e t ，j a v a 等。 微机系统的硬件结构已逐渐形成一种标准，在通用型c p u 的基础上扩展一些 标准总线，总线控制器，存储器，i o 口等，其结构表示如图卜3 。 指令和数据经c p u 发出后，经过l 2 c a c h e 缓冲，到达北桥芯片，经过北桥芯 片的分频。扩展出a g p 总线、内存总线和p c i 总线。a g p 总线是高速的显示总线， a g p 8 x 的带宽可以达到1 g b s 以上。p c i 总线是i n t e l 为其奔腾系列处理器开发的 高速总线，e c i 总线除了高速以外，还有一个特点：即插即用( p n p ) 。p n p 设备 能够自身识别，自动提出资源需求，并且可以在运行时接受资源分配。p c i 总线 也成为了北桥和南桥的连接通道。南桥芯片主要扩展出一些中速总线，如i d e 总 线、i s a 总线和u s b 总线，并且直接和c l o s 进行信息交流。i s a 总线除了接一些 i s a 设备之外，也用来连接超级i o ，所谓超级i o 是因为它集成了早期的并行扩 展，串行扩展的一些i o 芯片，用来与一些老的低速接口保持兼容。主要有串行 口c o m ，并行口l p t ，b i o s ，p s 2 键盘接口和软驱接口等。 图1 - 3 微机的基本硬件结构 f i g l - 3m i c r oc o m p u t e r sc o m p o n e n t 7 华南理工大学工学硕士学位论文 - _ _ l i _ _ l _ i - i i l i - - _ i i _ _ - _ - _ l _ - _ _ _ l _ i _ l i _ _ - _ _ 自_ _ - l _ l _ - _ _ - _ l l _ _ _ _ l _ _ _ ( 2 ) 数据采集子系统 数据采集子系统由传感器，信号调理电路和总线接口芯片组成( 如图卜4 ) 。 数据经传感器转换为电信号后，需要进行放大、滤波、隔离等处理，由多路开关 选通后，送采样保持器，然后经过a d 转换，通过接口芯片送入计算机进行处理。 通常我们用的接口为p c i 总线接口，接口芯片可以为a m c c 公司的$ 5 9 3 3 ，p l x 公司 的9 0 5 4 等。专用芯片可以实现完整的p c i 主控模块和目标模块接口功能，将复杂 的p c i 总线接口转换为相对简单的用户接口，用户只要设计转换后的总线接口即 可。亦可采用可编程逻辑器件( e p l e 或f p g a ) 实现通用p c i 总线接口。 - j 传感器卜斗 放 采 接大 多 计 样 o路 - - b 口 斗 算 保 芯 隔 开 d机 持 片 l 叫i 传感器p 离 关 图1 4 数据采集子系统 f i g l 一4d a t aa c q u i s t i o ns u b s y s t e m ( 3 ) 数据通信子系统 近年来，网络技术发展十分迅猛，i n t e r n e t 和p c 网络正在逐渐地改变人们 的生活和工作方式。为了满足测试系统互连、测试数据共享和提高测试系统工作 的可靠性等方面的需要，网络技术也逐渐遗被应用到了测试领域，从而为数据采 集、数据分析和数据表达带来了些新的方法和途径。在这种系统组建方案中， 可以配置一个或多个远端测试节点来完成测试任务，并将颡0 试的数据发送回一台 本地p c 。目前，很多公司都提出了自己的网络测试解决方案，基于网络的测试系 统必将逐步地得到广泛应用。 ( 4 ) 数据输出子系统 负责输出信号以推动执行机构，以实现控制的功能e 例如停止或启动测试设 备等。 1 3 国内外研究现状和本课题的研究内容、意义 在20 世纪80 年代末美国研制成功虚拟仪器，代表了仪器发展的一种新方 向。虚拟仪器是计算机技术与电子仪器相结合而产生的一种新的仪器模式，它通 。坚型二 常是由个人计算机、模块化的功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界 面的应用软件有机结合构成，使计算机成为一个具有各种测量功能的数字化测量 平台a 它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、 存储、显示等功能。虚拟仪器的关键技术之一是应用软件，仪器的主要功能多是 由软件来体现的，所谓”软件即仪器”。通过虚拟仪器的软件开发平台，如ni 美国国家仪器公司的labvi ew 、labwj i id 0ws 及agjjent 公司的vee 等图形化、交互式的编程设计环境，使用者无需软件专业背景，在 几天培训后即可根据图标用鼠标自行编程设计测量仪器和测量程序，有wi nd 0ws 经验的使用者更容易掌握。由于它提供了大量虚拟仪器面板设计用开关、 按钮、旋钮、表头等面板组件以及用于数据采集、仪器通信与控制系统、建立网 络和数据分析等的程序库，其编程效果是常规编程方法效率的几十倍。此外，也 可利用诸如ni 的fi e idp0int 软件做分布测试，它对整个网络来说是 一个测量节点，从这些钡4 量节点所得出的测量信息共享，利用虚拟仪器的开发平 台、标准的数据库技术或电子表格如ni 的l8bvi ew 和microsof t 的exc el 等，对信息进行分析和构成一个新的系统，使信息系统与测量系 统无缝地连接起来，对数据的分析、处理、交换更加方便。 a u d i o s c s i 是一款基于声卡的虚拟仪器软件，包含了示波器、频谱仪、信号 发生器、扫频仪等常规仪器的功能。可以用来测量音频范围的各种信号( 声音、 脉搏、地震波、心电、脑电等) ；完全仿真现有仪器面板，容易操作等。c o o le d i t 2 0 0 0 除此之外还具有信号叠加和分析的功能。 z l 世纪初叶，虚拟仪器的生产厂家将超过千家，品种将达到数千种，市场占 有率将达到电测与电控仪器的5 0 ! 在2 1 世纪，虚拟仪器无可争议的成为仪器的 发展方向。随着通信及网络等技术的迅速发展，分布式测控系统的集成技术是当 今的一个研究热点。目前国内的大型厂矿，如石油、化工等生产设备具有大型化、 复杂化和单系列的特点，而中小型厂一般分成几个相对独立的车间或工段。在生 产过程中，这些局部工序往往地域分散、负载不同、功能各异，但又是相互制约 和关联，因此在一个规模较大的工业测控系统中，常常有几十、几百个甚至更多 的测量和控制对象，它们分散在各工段或单系列工序中，彼此相隔一定的距离， 但又需要统一的管理和调度，采用分布式测控系统就具有非常重大的实际意义。 分布式测控系统主要是研究以通用计算机为核心，采用标准总线，选取标准硬件 模板( a d 采集卡、i o 板等等) 及必要的专用接口与设备，构造满足不同需要的 网络系统。 北京航思通科技发展有限公司生产的h s t 3 0 0 0 d 分布式测控系统，测量系统 9 华南理工大学工学硕士学位论文 _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ i _ _ l _ _ l _ - _ 一_ 以美国太平洋仪器( p a c i f i c i n s t r u m e n s ) 公司的p a c i f i c 6 0 0 0 数据采集系统为 核心。系统高度集成，采用程控化处理、软硬件一体化解决方案，通过软件界面 对信号调节和采集并进行自动监控。具有自诊断功能、数据采集处理存储，数据 实时趋势显示等功能。 上海新华公司研制的x d p s 一4 0 0 分散型控制系统是一种高性能、高质量、低 成本的分散控制系统系列产品，具有开放式系统结构和良好的兼容性。系统的模 块化设计、软硬件功能配置和易于扩展的能力，已广泛用于各种大、中、小型电 站的分散型控制、发电厂自动化系统改造以及钢铁、化工、造纸、水泥等工业生 产过程控制。 本课题基于现代测试系统的思想提出了一个新的集成模型和基本运算重定义 的思想。在这个模型中，用户可以根据具体的情况把实际的测试任务分解为一个 个小任务，再视实际硬件资源情况和测试把这些简单任务分派给具体的计算机执 行，执行的结果经网络通信传送到某个节点，最后根据用户的定义进行结果显示、 控制等等。用户在分配任务的时候应该考虑任务完成的顺序( 时间) 、任务完成 的工作量及硬件资源。由于节点计算机所承担的测试任务是根据用户的定义而改 变的，因而我们可以最大化地减少因测控要求、测控环境和测控设备等的改变所 带来的系统结构变化，并且可以使测控资源得到最有效的利用。这样便真正体现 集成的思想。这无论是对于企业的生产，还是对于节约资源，进行可持续化发展 都具有非常大的现实意义。 论文共分为四章，各章节的主要内容安排如下： 第一章概述讲述了测试技术的功能，简述了一些现代测试系统的概念，计算 机远程测试系统的基本构成，国内外发展状况及本课题的研究意义； 第二章计算机远程测试系统的结构分析和规划包括计算机远程测试系统的计 算结构，网络通信以及数据存储、分配。采用面向对象方法对测试系统进行分析 和建模，阐述了系统集成的思想，包括技术环境的集成，数据环境的集成，w d m 驱动的集成和应用程序的集成等； 第三章计算机远程测试平台的实现、关键问题的解决和展望介绍了计算机远 程测试平台的开发环境，和一些关键问题的解决方案； 第四章计算机远程测试平台的运行实例构建了一个简单的远程测试平台，实 现了计算机远程测试的主要功能，也是对本课题的验证a 1 0 一至三耋生兰墨誊堡型釜至笙箜丝垫坌堑翟塑型 第二章计算机远程测试系统的结构分析和规划 计算机远程测试是一种新型的测试平台，具有分布式结构，通用性和开放性 的特点。远程分布式结构体系之所以得到广泛认可的原因应归功于它大大降低了 用户和他访问的信息以及信息本身之间存在的距离所引起的问题。通用和开放为 系统注入了活力，集成技术得到了广泛运用。 2 1 关子系统集成 2 1 1 系统集成思想 信息系统的诞生把人们从繁重的体力劳动中解脱出来，不需要为那些堆积如 山的档案文件雨不知所措，也不需要为审批一份文件而来回奔波。这一切的工作 只需要在计算机上用键盘、鼠标或触摸屏，轻松的击键或指点就可以完成。可是 当我们轻松的完成工作时，信息系统却面临着开发困难、周期太长、质量不高等 难题。虽然把系统工程运用于软件开发丽产生软件工程，把系统工程运用于网络 开发面产生网络工程，但是，这些仍然无法把涉及网络、操作系统、数据库、各 种开发工具、方法学等概括在一起，从而形成一整套信息系统开发的概念和方法。 在以往的系统中，系统集成往往由设备供应商运行。而在开放环境下，随着技术 的日新月异，一方面出现了各种高性能的产品，另一方面也使得用户在网络协议、 网络结构、应用软件类型、系统管理体系等多方面难以选择。系统集成便是对上 述问题提供一个完整的解决方案。系统集成通常由多家供应商提供一个完整的解 决方案，供应商之间的分工与协作成为计算机工业的时代特征，标准化比以往任 何时候都显得重要。 系统集成的内容包括技术环境的集成、数据环境的集成和应用程序的集成 【3 6 1 。对于大型系统的设计者来说，如何理解它的体系结构，如何实现它的系统集 成，应该是值得深思熟虑的头等大事。系统集成就是运用先进的计算机技术与通 信技术，将支持各个信息孤岛的小运行环境集成统一在一个大运行环境中。从系 统集成的观点来看，一个典型的分布式系统由不同的系统组成。这些系统通常来 自多个供应商，包括多种不兼容的硬件和软件平台，运行各种商业、科学计算以 及工程应用程序。现在，用户希望把所有不同的系统连接起来，构成一个完整的 企业级( e n t e r p r i s e l e v e l ) 系统。为了实现把这些异构的系统连接起来，并把 应用程序从一种系统移植到另一种系统上，现存的专有系统必须适应标准的接口， 进而向开放系统过渡。用户希望得到的是多供应商平台间的可互操作性。可以说， 系统集成是开放系统驱动的，是计算机技术发展的必然趋势。 华南理工大学工学硕士学位论文 。l 。_ _ - _ _ l _ _ _ _ - ；_ ；二 近年来，专业系统集成公司如雨后春笋般遍布全国，系统集成的项目也源源 不断，但系统集成直缺乏理论指导，方法不够科学。每一个系统集成商对系统 集成的概念都有自己的理解，虽然侧重点不同，但本质上是相同的。通俗的说， 系统集成就是按照用户的需求，对众多的技术和产品进行合理选择，最佳配置各 种软件和硬件产品与资源，组合成完整的、能够解决客户具体应用需求的集成方 案，使系统的整体性能最优，在技术上具有先进性，实现上具有可能性，使用上 具有灵活性，发展上具有可扩展性，投资上具有受益性。 系统集成已经成为提供整体解决方案，提供整套设备，提供全方位服务的代 名词。 广义系统集成定义：系统是指为实现某一目标而形成的一组元素的有机结合， 而系统本身又可以作为一个元素单位参与多次组合，这种组合过程可概括地称为 系统集成。 系统集成定义：根据应用的需求，将硬件平台、网络设备、系统软件、工具 软件及相应的应用软件等集成为具有优良性能价格比的计算机系统的全过程。 系统集成商将为用户提供从方案设计开始，经过产品选优、网络施工、软硬 件平台配制、应用软件开发到售后培训、咨询和技术支持等一揽子服务，使用户 能得到一体化的解决方案。 简单说，系统集成的概念是：以计算机有关技术储备为基础，以可靠的产品 为工具，用以实现某一特定的计算机系统功能组合的工程行为。 2 1 2 系统集成的视角、特点和方法 2 1 2 1 系统集成的视角 ( 1 ) 功能集成 功能集成的工作有： 对所需的各种软硬件平台、网络平台、数据库平台等的确认。 对设计的系统目标进行确认。 对整个系统的组装完成并负责监督和实施。 网络方案、软件开发规划设计 系统集成商协助用户所进行的系统可靠性分析、需求分析、系统分析、总体 方案设计、总体数据库设计、计算机软件系统、主机系统、网络系统及数据库系 统的验收及组织安装等工作均属于这一方面的系统集成。 ( 2 ) 技术集成 对已产品化的系统的技术集成：产品测试，验收以及提供对设备、异种网络 结构、异种数据库之闯的连接技术。要求大量、广泛地掌握和积累各种软硬件、 网络、数据库厂商的产品特性，了解国内外有关的规范和标准，准备各厂商有关 1 2 釜三耋生兰垫耋堡型鎏歪釜盥苎塑坌堑翌塑型 的产品的监测验收及工程实施标准，以避免在工作当中的疏忽大意而造成的损失。 应用软件开发部分的技术集成：在软件开发管理、软件质量管理、文档管理 以及软件可维护性、可靠性等多方面对应用软件开发商进行约束，以使得集成商 可以取得对相应应用软件系统的控制权和维护权。必要时，可以通过预留接口对 应用子系统进行必要的调整，以实现各个应用子系统的可互联、可互操作、可运 行。 技术集成工作实旌的方法即生成一系列有关软件开发管理的规范、标准，并 在集成工作中加以实施。 ( 3 ) 产品集成 提供系统所需产品，特别是功能完善的应用软件产品。 2 2 2 2 系统集成的特点 ( 1 ) 系统集成的关键技术 接口是系统集成的技术关键。因为系统集成的实质是让不同产品、不同设备 互联，让不同网络、不同系统互联。如网络集成时，涉及不同网络设备之间、不 同网络技术之间、不同网络系统之间的接口问题。 系统集成的技术关键不是对具体产品设备的研究开发，而是解决产品、系统 之间的接口问题。因此，对系统集成商而言，不仅要对产品、技术或系统有全面 深入的了解和分析，还应具备设计开发接口的能力。 ( 2 ) 系统集成的技术特点 系统协调与优化是系统集成技术难关。 当一个系统建设完成以后，可能会存在许多问题，如运转不理想，甚至很糟， 离设计目标相差甚远，需要进行调整或优化、响应速度慢等。其主要原因是：在 系统集成过程中，注重的往往只是产品、设备、技术、功能的集成或局部的系统 调整，一旦规模较大，结构较复杂时，就很难面面俱到。 2 2 2 3 系统集成的原则和方法 系统集成的工作在项目建设中非常重要，它通过硬件平台、网络通