（通信与信息系统专业论文）基于虚拟仪器的远程测试系统.pdf

中北大学学位论文 基于虚拟仪器的远程测试系统 摘要 随着计算机技术 网络技术 电子技术与仪器技术的发展及深层次的结合 虚拟仪 器技术及以i n t e r n e t 为核心的网络化测控系统得到进一步发展 使得人们组建复杂 远 程和范围较大的测试任务变得相对容易 为实现资源共享 共同完成测试任务提供了很 大方便 尤其在危险的 测试人员难以进入的场地 如核爆炸现场 海底 高寒山区 管道内部等 因此 将网络技术和虚拟仪器技术相结合和组建远程虚拟测试系统就显得 非常必要 基于虚拟仪器的远程测试系统是以虚拟仪器技术 w e b 发布技术 计算机网络技术 为基础 建立的一种i n t e m e t 环境下的网络测试系统 本文围绕远程虚拟测试系统的设 计与实现 做了以下工作 首先 分析了网络化测试系统模型 提出了采用c s 和b s 混合模型来设计远程虚 拟测试系统 并对系统中的虚拟仪器技术 远程数据采集和远程数据传输技术进行了深 入的研究 然后 根据系统功能要求 设计了基于l a b v i e w 软件平台下的远程虚拟测试系统总 体方案 并通过对现场测试服务器单元 服务器监控单元和远程用户测试单元的详细设 计完成了系统的设计 同时 设计实现了基于计算机机箱周围温度和噪声测试的虚拟仪 器系统 最后 通过实际测试 实现了对计算机机箱周围温度和噪声远程测试 该系统达到 了预期的目标 基于虚拟仪器的远程测试系统应用计算机网络技术 虚拟仪器技术以及l a b v i e w 语 言的特点 实现7 n 试系统的网络化 远程化 自动化 降低了测试系统成本 提高了 测试效率 在自动控制 测控领域以及教学科研中具有广泛的应用 关键词 远程测试 虚拟仪器 l a b v i e w 中北大学学位论文 r e m o t et e s t i n gs y s t e mba s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t a u t h o r l i ug a i m e it u t o r h a nh u i l i a n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n dc o m b i n eo ft e c h n o l o g yo fc o m p u t e r n e t w o r ka n de l e c t r o n t h e t e c h n o l o g yo fv i r t u a li n s t r u m e n ta n dn e t w o r kt e s t i n gb u i l d i n go ni n t e m e ta r eb ef u r t h e r d e v e l o p e d w h i c hm a k ei te a s yt os e tu pc o m p l i c a t e d r e m o t ea n dw i d ea r e at h en e t w o r k t e s t i n gs y s t e m t h es y s t e mp r o v i d ec o n v e n i e n c et or e a l i z er e s o u r c e s s h a r ea n df i n i s ht o g e t h e r t e s t i n g e s p e c i a l l yi nt h ep l a c ew h i c hi sd a n g e r o u sa n du n a b l et og e ti n s u c ha s n u c l e a r e x p l o s i o n t h eb o t t o mo ft h es e a t h em o u n t a i na r e ao fh ig ha n dc o l d t h ei n t e r n a lp a r to f c h a n n e la n ds oo n s oi ti sn e c e s s a r yt od e s i g nt h er e m o t ev i r t u a lt e s t i n gs y s t e m r e m o t et e s t i n gs y s t e mb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n ti san e t w o r kt e s t i n gs y s t e mi ni n t e r n e t w h i c hi sb a s e do nt h et e c h n o l o g yo fv i r t u a li n s t r u m e n t w e bp u b l i s ha n dc o m p u t e rn e t w o r k i no r d e rt od e s i g na n dr e a l i z et h er e m o t ev i r t u a lt e s t i n gs y s t e m t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e st h e f o l l o w i n gw o r k f i r s t t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z et h em o d e lo fn e t w o r kt e s t i n gs y s t e mn e t w o r kt e s ts y s t e m a n db r i n gf o r w a r dt od e s i g nt h er e m o t ev i r t u a lt e s t i n gs y s t e mw i t ht h ec sa n db sh y b r i d m o d e l a n da n a l y z ea n ds t u d yt h et e c h n o l o g yo f v i r t u a li n s t r u m e n t r e m o t ed a t aa c q u i r ea n d r e m o t ed a t at r a n s m i s s i o n t h e n a c c o r d i n gt os y s t e mr e q u i r e m e n t s d e s i g nt h eo v e r a l lp r o g r a mo fr e m o t ev i r t u a l t e s t i n gs y s t e mb a s e do nt h el a b v l e ws o f t w a r ep l a t f o r m a n dt h r o u g hd e s i g n i n go n s i t e t e s t i n gs e r v e ru n i t s e r v e rm o n i t o r i n gu n i ta n dr e m o t eu s e r st e s t i n gu n i t t oc o m p l e t et h e d e t a i l e dd e s i g no ft h es y s t e m a tt h es a m et i m e d e s i g na n dr e a l i z et h ev i r t u a li n s t n m a e n t s y s t e m w h i c ht e s tt h et e m p e r a t u r ea n d n o i s eb a s e do nc o m p u t e rc h a s s i s f i n a l l y t h r o u g ha c t u a lt e s t r e a l i z et h er e m o t et e s t i n gt e m p e r a t u r ea n dn o i s ea r o u n d c o m p u t e rc h a s s i s t h es y s t e ma c h i e v e dt h ee x p e c t e dg o a l s r e m o t et e s t i n gs y s t e mb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n tu s e st h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e r n e t w o r k v i r t u a li n s t r u m e n ta n df e a t u r e so fl a b v l e wl a n g u a g e r e a l i z et h en e t w o r k r e m o t e a u t o m a t e do ft e s t i n gs y s t e m r e m o t ev i r t u a lt e s ts y s t e mr e d u c e sc o s t sa n di m p r o v e st h e e f f i c i e n c yo ft h et e s ts y s t e m r e m o t ev i r t u a lt e s ts y s t e mw i l lb ew i d ea p p l i e di nt h ef i e l da n d r a n g eo fa u t o m a t i cc o n t r o l m o n i t o r i n ga n dc o n t r o l t e a c h i n ga n d r e s e a r c h k e yw o r d s r e m o t et e s t i n gs y s t e m v i r t u a li n s t r u m e n t l a b v i e w 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在指导教师的指导下 独 立进行研究所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本声明的法律责任由本人 承担 论文作者签名 盈书池 日期 丛隘 二互一 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解中北大学有关保管 使用学位论文的规定 其中包括 学校有权保管 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件 学校可 以采用影印 缩印或其它复制手段复制并保存学位论文 学校可允许学 位论文被查阅或借阅 学校可以学术交流为目的 复制赠送和交换学位 论文 学校可以公布学位论文的全部或部分内容 保密学位论文在解密 后遵守此规定 签 名 刘丑蔓i e ii 每i 迎翌j l 导师签名 中北大学学位论文 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 2 0 世纪7 0 年代以来 计算机 微电子等技术迅猛发展 在其推动下 测控仪器与技 术不断进步 相继诞生了智能仪器 p c 仪器 v x l 仪器 虚拟仪器及互换性虚拟仪器等 微机化仪器及其自动测控系统 使得计算机与现代仪器设备间的界线同益模糊 测控领 域和范围不断拓剧 近些年来 以i n t e r n e t 为代表的网络技术的出现以及它与其他高 新技术的结合 各种互联网应用下的高性能的电子元器件和开发软件相继而出 使传统 测试系统越来越不能满足复杂 远程和范围较大的测控任务的需求 如在国防 通信 航天 医疗 机械制造等领域 尤其对于有危险的 环境恶劣的测试人员难以进入的测 试场地 如核爆炸现场 石油勘测管道内部 偏远高寒地区的测试 2 1 因此 建立以计 算机为中心 以i n t e r n e t 为核心的网络化测试系统已经成为测试行业发展的一个重要的 环节 网络化测试系统充分利用了计算机网络术的优点 使现有资源得到充分利用 减少 了硬件的设置 有效降低了测试系统的成本 解决了单仪器单设备 单系统单用户的限 制 3 同时 使测试人员不受时间和空间的限制 随时随地获取所需信息的要求得到满 足 实现测量信息最大程度上的共享 其必将使得测试系统逐渐地向着网络化 远程化 方向发展 成为具有开放性 可互操作性 分散性 网络化 智能化的测试系统 1 2 网络化测试系统发展概况 网络化测试系统的发展是随着计算机网络和通信技术的发展而发展的 4 1 主要经历 了以下三个发展过程 第一阶段 基于专用网络和专用传输控制协议 如r s 2 3 2 c i e e e 4 8 8 g p m 的网 络化测试系统 这一阶段的测试系统是伴随着专用网和标准化的通用接口母线的实现而 出现 它主要利用专用网或专用总线将计算机与相对独立的测控机箱或机柜连接 组成 计算机控制的自动测试系统或网络 基于专用网络和专用传输控制协议网络化测试系统 是针对某项具体测试任务而设计的 主要用于要求大量重复测量 可靠性要求高的复杂 1 中北大学学位论文 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 这种系统组建方便 组建 者不需自己设计接口电路 更改 增加测试内容也很灵活 因此得到了广泛的使用 但 是 这种远程测控体系不仅需要大量设备和资金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 所以没有能够广泛的发展 第二阶段 基于局域网的网络化测试系统 随着测试任务 测试系统规模的增大 测试中需要每个测试点担任不同的测试任务 以减少不必要的重复工作 但由于基于专用网络和专用传输控制协议的网络化测试系统 接口通用性不够强 扩展性差 无法满足一个大的局域范围内的测试需求 客户机朋艮务 器 c l i e n t s e r v e r 模式的出现 使局域网开始逐步取代专用网络 通用网络协议也相应取 代专用协议 t c p i p 基本上成为应用最广泛的网络通信协议 人们可以通过局域网将 各测试点连接起来实现资源共享 同时减轻服务器与各节点的数据传输 提高网络系统 性能 客户机 服务器这种新的网络化测试模型 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 但是 客户 服务 器模式用户必须安装 配置和维护本系统专用的客户端软件 在很多情况下 尤其是客 户端软件的安装和配置比较复杂时 这个限制是很不方便的 一旦软件配置或者安装不 正确的话 就很可能会使系统无法工作 或者违背远程测控的开放性和通用性的宗旨 第三阶段 基于i n t e m e t 的网络化测试系统 i n t e r n e t 的出现和爆炸式增长 网络技术的飞速发展 给网络测试的发展注入了新 的活力 浏览器和h t r p 协议在全球范围的广泛使用给客户机 服务器模式的软件安 装 配置问题提供了满意的解决方案 这就是现在远程测控中广泛采用的浏览器服务器 模式 b r o w s e s e r v e r 只要有一个网络接口和一台安装了浏览器的计算机 用户就可以 通过浏览器实现全球范围内的远程测控 由于i n t o r n e t 网络遍及全世界 并且正在与更 大带宽的有线电视网和电力网进行互联 而且i n t e m e t 拥有成熟的通讯协议 用较少的 资金和设备投入 较短的开发周期就可以构建整个系统 此外 任何适用于i n t o m e t 的 技术均可被加以利用 来实现系统功能的扩充而不需要修改客户端软硬件 因此 浏览 器 服务器模式 b r o w s e s e r v e r 相对于其它两种远程测控方式而言 有着无可比拟的优 势 总线式 局域网模式的测试系统的应用 使组建集中和分布式测控系统变得更为容 2 中北大学学位论文 易 然而随着i n t e r n e t 的迅速发展 集中式测控越来越满足不了复杂 远程和范围较大 的测控任务的需求 近年来 i n t e r n e t 的出现和网络技术的飞速发展 突破了传统通信 方式的时空限制和地域障碍 使更大范围内的通信变得十分容易 浏览器和h 1 v r p 协 议在全球范围的广泛使用给c l i e n t s e r v e r 模式的软件安装 配置问题提供了满意的解决 方案 即浏览器 服务器模式 b r o w s e s e r v e r 的应用 只要有一个网络接口和一台安装了 浏览器的计算机 用户就可以通过浏览器实现全球范围内的远程测控 由于i n t e m e t 网 络遍及全世界 并且正在与更大带宽的有线电视网和电力网进行互联 i n t e m e t 成熟的 通讯协议 用较少的资金和设备投入 较短的开发周期就可以构建整个系统 任何适用 于i n t e m e t 的技术均可被加以利用而不需要修改客户端软硬件 因此 浏览器 服务器 模式 b r o w s e s e r v e r 相对于其它两种远程测控方式而言 有着无可比拟的优势 随着无线通信技术的快速发展和广泛应用 下一代测试系统将与各种无线网络通信 技术相结合 使得构建无线远程测试 无线远程监控系统成为网络测试系统发展必然趋 势 1 3 虚拟仪器的发展现状 虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成 具有可视化界面的 仪器 从而使任何一个用户都可方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏上操作虚拟仪 器软面板的各种 按钮 进行测试工作 并可根据不同测试要求通过窗口切换不同的虚 拟仪器 或通过修改软件来改变 增减虚拟仪器系统的功能和规模 5 自1 9 8 6 年 美国n i 公司提出虚拟仪器概念至今 虚拟仪器随着计算机总线技术的不 断更新从最初的g p i b 总线控制的仪器发展到了当今集成度很高的超大型的v x i p x i 总 线以及l x i 局域网仪器系统 目前 伴随着以i n t e r n e t 为代表网络化测控系统的发展 虚拟仪器作为新型的仪器已经超越了p c 功能 逐步地与计算机网络相结合 向着标准化 网络化方向发展 网络化虚拟仪器利用网络技术将分散在不同位置 不同功能的测试设备联系在一 起 突破了一般虚拟仪器将测试仪器的三大功能模块都集中在单一的计算机上的限制 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 6 一台计算机采集 的数据可立即传输到另 台计算机上进行分析处理 使信号采集 传输和分析处理成为 3 中北大学学位论文 一体 实现实时采集 实时监测 网络化虚拟仪器技术在发达国家的应用已经非常普及 美国已有6 0 的高校开展 了以互联网为主要手段的远程教育 远程教育丌设的学历 学位课程数已达到4 9 万个 基本上覆盖了美国高等学校的所有学科和专业 通过网络学习的人数正以每年3 倍的速 度增长 由于虚拟仪器在我国的出现比较晚 基于网络的虚拟仪器技术与发达国家相比 还存在一定的差距1 7 1 因此 网络化虚拟仪器技术在我国的应用和扩展需要快速提高 日前 在我国虚拟仪器设计 使用也己起步 有几家企业在研制p c 虚拟仪器 产品已 达到一定的批量未来的几年内 我固将有更多的仪器为虚拟仪器 伴随着互联网技术已 不可阻挡之势进入世界每个角落 届时 国内将有更多行业用网络化虚拟仪器系统对生 产设备的运行状况进行远程实时监测 1 4 课题研究的目的意义 网络化测试技术和网络化虚拟仪器的相互渗透和推动给测试测量领域带来了前所 未有的发展空间和机遇 另外 随着信息网络技术的不断深化 网络信道容量和网络速 度将不再成为网络应用的障碍 利用i n t e m e t 进行远程诊断 远程教学 远程控制等已 成为人们十分关注的问题f 8 1 9 j 基于虚拟仪器的远程测试系统正是为了满足人们远程化 和仪器虚拟化这一要求而出现的一种新型的网络化测试系统 是虚拟仪器在网络测试领 域的拓展 基于虚拟仪器的远程测试系统主要以现场虚拟仪器为核心 利用i n t e m e t 网络技术 设计的一个可扩展 易维护的具有远程监控 远程数据采集 远程数据传输功能的综合 网络测试平台 使远程用户在能够通过浏览器登录测试平台 在授权情况下对服务器端 测试设备进行远程监控 并通过下载客户端应用程序 与服务器建立网络连接 获取测 试数据 远程虚拟测试系统使数据采集 传输 存储为一体 为实现在网络上高效 便 捷的测试提供了很好的解决方案 基于虚拟仪器的远程测试系统除了具备虚拟仪器的优点外 主要优势还在于用户可 以不受时问 地点和环境的限制 远程完成测试任务 同时实现了资源共享 降低成本 许多昂贵的硬件设备的某些功能可以通过软件完成 有些复杂的任务还可以通过网络协 同工作 共同完成 它有利于测试系统的扩展 提高测试效率 使现代测试系统得到更 4 中北大学学位论文 广泛的应用 8 1 1 5 课题研究内容和文章安排 通过对网络化测试系统的发展过程和虚拟仪器技术发展现状分析 了解的基础上 本文主要进行了以下几个方面的研究 1 提出了基于l a b v i e w 的远程虚拟测试系统方案 2 分析研究了虚拟仪器技术 数据发布和数据传输技术 3 利用l a b v i e w 设计实现了虚拟仪器和远程虚拟测试系统 文章结构安排如下 第一章绪论 本章首先介绍了课题研究的背景 总结了网络化测试系统的发展历史及虚拟仪器的 研究现状 并指出远程虚拟测试系统研究的目的和意义 第二章远程测试系统体系结构 本章主要分析了c s b s 和c s 和b s 混合模式的网络化测试系统结构 根据本 课题设计的目的和要求 选择了c s 和b s 混合模式来组织系统各模块 并对各模块功 能进行了介绍 第三章远程虚拟测试系统的设计 本章对远程测试系统中所应用到的虚拟仪器 w e b 数据发布 远程数据传输以及数 据库访问等基础技术进行了分析研究 第四章虚拟仪器系统的设计 本章首先给出了远程虚拟测试系统总体设计方案 并对利用l a b v i e w 软件设计网 络化测试系统方面的所具有的网络化 数据访问和网络监控功能进行了分析 详细地论 述了系统各模块的设计方法 第五章 虚拟仪器系统是实现远程虚拟测试系统的最基本的组成部分 本章以对计 算机周围温度和噪声的测试为例 简要介绍了其软硬件设计过程 第六章远程虚拟测试系统的实现 本章将虚拟仪器系统应用于整个远程测试系统当中 通过对计算机机箱周围温度和 噪声的远程测试 实现系统的连接和测试 达到了预期目标 5 中北大学学位论文 第二章基于虚拟仪器的远程测试系统体系结构 远程测试系统是以 定的网络测试模型和关键性技术为基础 建立的在i n t e m e t 下 的网络化测试系统 通常 根据系统中数据流量状况以及不同的测试要求 实际中常见 的网络化测控模式主要有客户机 服务器 c l i e n t s e r v e r 简称c s 浏览器 服务器 b r o w s e r s e r v e r 简称b s 模式和这两者的组合 i o 2 1 网络化测试模型 2 1 1c s 模式 c s 模式即客户机 h i 务器模式 一般由多个客户端测试设备和一个中心服务器组 成 客户端是数据请求和任务执行部分 服务器端是提供服务的部分 c s 模式工作原 理 客户机向服务器端发送操作请求 服务器对客户端发来的请求进行处理 将操作指 令返回给客户机 客户机根据服务器返回的指令执行某项测试任务 将处理结果显示给 用户 并将过程数据传输给服务器 服务器对客户机的数据进行综合处理 将结果写入 数据库 采用c s 模式的网络化测试系统结构如图2 1 所示 服务嚣 容只机 寅 x 白士n 宜自加 卤圈i 1 1 1 圈 u s i j 豳圆圈 图2 1 基于c s 模式的网络测控系统结构示意图 c s 模式可以充分利用两端硬件环境的优势 将测试和控制任务合理地分配到服务 器端和客户端来实现 降低了系统的通讯开销 适合局域网范围内的数据传输 6 中北大学学位论文 2 1 2b s 模式 b s 即浏览器 服务器模式 是随着i n t c r n c t 技术的发展而产生的一种计算模式 w e b 服务为用户提供良好的信息查询界面 w e b 服务把各种形式的信息 如文本 图像 声 音和视频等无缝隙地集成在一起 用户只需要通过浏览器提出自己的查询要求 w e b 服 务器自动完成查询结果 并将与查询条件相关的文件取回并显示在屏幕上 用户无需关 心这些文件存放在i n t e r n e t 上的哪台计算机中 为了方便用户在w e b 下实现远程测试 网络测试系统采用b s 模式结构 b s 模式 的网络测试模型如图2 2 所示 向 亡兰 兰3 w e b 浏览器 嘁l i 服务器 通信总射 l 测试设备测试设备副试设备 图2 2 基于b s 模式的网络测控系统结构示意图 b s 模式的网络测试系统一般由客户机 b s 服务器以及与服务器相连的测试设备 组成 w e b 服务器响应用户请求 负责控制测试设备进行数据采集 并将界面实时发布 到网上 远程客户端通过浏览器操作控制仪器 一个用户在操作时 其他用户可通过浏 览器观察仪器 b s 模式不需要客户端程序的开发和维护 其主要工作集中在服务器端 程序的开发 包括对数据库的访问和应用程序的执行都由服务器来完成 与c s 模式相 比 由于b s 模式将c s 的结构中的处理模块从客户机分离出来 均衡地分配给了w e b 服务器 因此大大减轻了客户机压力 节约了开发成本 2 1 3c s 和b s 混合模式 在测试过程中 为了让更多的用户能够使用测试系统 增加系统的重复使用性以及 降低系统维护成本 网络测试系统结构出现了多层分布 单一的网络测试模式无法适应 7 中北大学学位论文 多层结构的需求 因此 需要将c s 和b s 模型相结合来组建网络测试系统 1 1 12 1 c s 和b s 混合模式的网络化测试系统结构如图2 3 所番 主要是由客户机 w 曲服务器 测试服务器和与服务器相连的测试设备组成 务器 现场测试设备现场测试设备 图2 3 基于c s 和b s 混合模式的网络测控系统结构示意图 c s 和b s 混合结构的测试系统将c s 和b s 的优点结合起来 在w e b 服务器和测 试设备间进行c s 模式的网络数据交换 而在客户端和w e b 服务器端实现b s 模式的 网络通信 在c s 模式下 测试服务器响应w e b 服务器的命令 通过测试设备进行数 据采集 并将测试结果传输给w e b 服务器 在b s 模式下 w e b 服务器将测试结果发 布出去 用户通过浏览器对结果进行观看 这种c s 和b s 混合模式的网络化测试系 统 既有c s 高度的交互性和安全性 又有b s 的客户端平台无关性等 在实际应用中 具有很好的交互性 2 2 基于虚拟仪器的远程测试系统结构 我们所需要设计的远程测试系统是以虚拟仪器技术 远程数据采集和网络通信为基 础的网络化测试系统 它将现场中的虚拟测试仪器挂接到网络上 使用户可以通过浏览 器对虚拟仪器进行操作 实现远程数据采集和数据传输 从功能来看 远程虚拟测试系 统主要由三部分组成 一部分是现场测试单元 主要由测试服务器和位于服务器上的虚 拟仪器以及数据库组成 一部分是网络服务器单元 包括w 曲服务器和监控管理服务器 以及中心数据库组成 一部分是客户单元 主要由位于不同网域范围的用户组成 l3 1 其 8 中北大学学位论文 系统结构如图2 4 所示 现场测试设各 图2 4 远程虚拟测试系统结构图 现场测试服务器是由多个测试设备和数据库组成 每台测试设备即可看作一个具有 某项测试功能的独立的测试系统 也可以看作整个测试系统中承担部分测试任务的一个 测试模块 现场测试服务器主要功能是为远程用户提供网络测试和数据服务 现场测试 服务器本身具有网络发布和数据传输功能 能够配合用户预约信息将虚拟仪器测试程序 以动态网页形式发布出去 供用户测试使用 同时 现场测试服务器需要与客户机建立 网络连接 将测试结果通过网络传输给用户 服务器端是一台或多台性能配置较高的p c 主要由w e b 服务器 测试中心服务器及 相应网络数据库组成 w e b 服务器主要服务于用户的信息注册和测试预约请求 完成用 户与数据库的信息交互 测试中心服务器主要作用是监控现场测试机上各个虚拟仪器应 用程序的运行状态 并作为系统网络数据库对用户信息和测试数据进行管理维护 协调 测试过程 分配测试任务 配合现场测试服务器完成测试任务的顺利进行 网络数据库 主要用于存储用户信息和记录现场各个测试机测试数据 为w e b 数据访问提供数据来源 客户端由地理位置分布 权限不同的用户组成 在b s 模式下的用户主要功能是利 用网络浏览器完成远程测试 浏览和查看测试数据变化 c s 模式下的用户除了具有以 9 中北大学学位论文 上功能外 还可以通过下载客户端软件 与服务器建立通信过程 实现测试数据的获取 2 3 本章小结 本章主要分析了c s b s 和c s 和b s 混合模式的网络化测试系统结构 根据本 课题设计的目的和要求 选择了c s 和b s 混合模式来组织系统各模块 并对各模块功 能进行了介绍 1 0 中北大学学位论文 第三章基于虚拟仪器的远程测试系统的技术基础 基于虚拟仪器的远程测试系统 它不仅要向用户提供必要的虚拟仪器系统和测试服 务 而且需要将虚拟仪器系统移植到到网络中 结合w e b 发布和网络数据传输将测试服 务和测试结果以网页或数据的形式提供给用户 以便用户能够通过浏览器进行远程操作 和观察 因此 虚拟仪器的技术 w e b 发布和网络数据传输是实现基于虚拟仪器的远程 测试系统的基础 3 1 虚拟仪器技术 虚拟仪器是远程虚拟测试系统中的基本部件 承担着各种测试任务和功能 而虚拟 仪器技术指利用高性能的模块化硬件 结合高效灵活的软件来完成各种测试 测量和自 动化的应用 灵活高效的软件能帮助使用者创建完全自定义的用户界面 模块化的硬件 能方便地提供全方位的系统集成 1 4 1 3 1 1 虚拟仪器硬件系统 虚拟仪器系统硬件系统一般分为计算机硬件平台和i 0 接口设备 主要完成被测信 号的采集 传输 存储处理和输入 输出等工作 l5 1 计算机是虚拟仪器的硬件支撑 用 来提供实时高效的数据处理 显示功能 其在其硬件技术 如微处理 存储器 输入 输出设备 总线标准等方面的发展将影响着虚拟仪器系统的发展方向 i o 接口设备是数据的采集调理部件 按测控功能硬件的不同可分为g p i b v x i p x i 和d a q d a t aa c q u i s i t i o n 数据采集 四种标准体系结构 l6 1 如图3 1 所示 目 前常用的是数据采集系统 g p i b 控制系统 v x i 仪器系统或者这三者的任意组合 中北大学学位论文 偿呈溷柙i j 独程宰韭丰l r ll 丐 司理广 1 鳅如爪朱卜i 7 r s 2 3 2 肛e e 4 8 8 接口仪器 被 测 j d t 口圭当奎垒 山 业l jr d r d 4 1 sl j n t n 世一上l 叫计算机 对 1 v l 工i j 褂确n 胄一i r lw j 屯巩ll r iu f l 口拔hr i r 象 叫v 总线仪器卜 lv x i 电缆hv x i 接口卡k l i 口 1 n 啪亡刍立肆 曲驵 r ir l e j 晒芯域 葡i 7 图3 1 虚拟仪器硬件结构 d a q 数据采集系统是指基于p c 计算机标准总线 如 i s a p c i u s b 等 的数据采 集功能模块 d a q 数据采集系统利用计算机资源 大大增加了测试系统灵活性和可扩展 性 利用它可方便组建基于计算机的仪器 实现 一机多型 和 一机多用 g p i b 系 统是虚拟仪器发展的第一阶段 主要以g p i b 标准总线和计算机硬件构件仪器控制系统 系统中仪器的增减只需对计算机软件进行更改 即排除了各种人为因素造成的误差 也 提高了测试的效率 v x i 系统是以v x i 高速标准总线仪器与计算机硬件相结合开发的高 速度和精度的仪器系统 v x i 总线具有标准开放 结构紧凑 数据吞吐能力强 定时和 同步精确等特点 因此 在组建大 中型规模自动测试仪器系统和对速度 精度要求高 的场合有着无可比拟的优越性 无论上述哪种形式的虚拟仪器系统 都是通过应用软件将仪器的模块化功能硬件与 各类计算机相结 其中p c d a q 测试系统是构虚拟仪器v i 的最常用的最基本的方式 因 为一般而言 这种类型的虚拟仪器成本比较低 它能充分利用计算机的计算能力 目 前为不同的应用目的和环境 已设计了多种性能和用途的数据采集板卡 从低速采集板 卡到高速同步采集板卡 直至图象采集卡都有成熟的产品 为虚拟仪器系统的建立提供 了物质基础 3 1 2 虚拟仪器软件 软件即仪器 是虚拟仪器技术研究的核心思想 其目的是尽量的使用软件来替 代传统由硬件完成的功能 以便最大限度降低系统成本 增强系统的功能和灵活性 虚 拟仪器软件系统分为v i s a 库 仪器驱动程序和仪器应用程序三层 1 7 结构如图3 2 所 12 中北大学学位论文 不o 二二三堕量口系统管理软件 至垂亟至至圃开发软件 二二二堕垂口仪器驱动程序 i 0 接口 仪器硬件 图3 2 虚拟仪器软件结构 v i s a v i r t u a li n s t r u m e n t a t i o ns o f t w a r ea r c h i t e c t u r e 体系结构是标准的i o 函数库及 其相关规范的总称 一般称这个i o 函数库为v i s a 库 它驻留于计算机系统之中执行 仪器总线的特出功能 使计算机与仪器之间的软件层连接 以实现对仪器的控制 它对 于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集 驱动程序是仪器硬件与计算机的接口 操作系统通过这个接口控制硬件设备的工 作 仪器驱动程序一般由厂商提供给用户 应用软件是建立在仪器驱动程序之上 由用户开发满足实际需求的功能软件 随着 计算机软件技术的不断发展进步 虚拟仪器技术也得到了空前的繁荣 无论在国内外虚 拟仪器已经越来越广泛应用于社会各行各业中 因此在开发虚拟仪器上也出现了各种软 件平台 有v i s u a lc v i s u a lb a s i c d e l p h i p o w e r b u i l d e r 等通用的程序开发工具 有像h p 的v e e n i 的l a b v i e w l a b w i n d o w s c v i 等专用开发工具 其中 尤其以 l a b v i e w 和v e e 软件平台最为突出 其图形化的程序编辑模式为不同层次的用户提供 了简便的开发平台 3 1 3 虚拟仪器特点 现代化生产要求电子仪器品种多 功能强 精度高 自动化程度高 而且要求测试 速度快 实时性好 具有良好的人机界面 虚拟仪器j 下可以实现这些要求 与传统仪器 相比 虚拟仪器具有如下优点 1 8 1 虚拟仪器具有开放性 模块化 可重复使用及互换性等特点 在一定通用硬 13 中北大学学位论文 件模块和软件环境的支持下 用户可以根据实际情况构设自己的测试方案 以完成不同 的测试任务 2 用户自定义性 用户可以自行定义虚拟仪器的功能 通过对其软件模块的扩 充 相当于购买一台新仪器 虚拟仪器使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能 而 不像传统仪器那样 受到仪器厂商的限制 3 各种测量数据可以由不同的处理模块进行处理 也就相当于把各种测试能力 集于一体 从而提高测试谏度和测试效率 3 2w e b 发布 w e b 发布指将服务器端的测试过程或数据 通过一定的技术手段 借助a s p j s p 等脚本语言以超文本方式提供到网页上 远程用户可利用浏览器通过此系统与服务器进 行信息交互 实现对测试程序的远程操作与控制 以及测试数据的查询和浏览等功能 1 9 1 3 2 1 远程数据发布 基于网络 特别是基于i n t e m e t 的信息发布技术 从最初的静态文本 发展到目前 的动态图像 以及今天的网络信息发布形成的由静态和动态的h t m l 文件 各种图片 文件 表单 c g i 程序和j a v a 程序等构成的混合体 2 0 1 w e b 化的快速应用程序开发方案 r a d 模型 在此r a d 模型中 通过使用一些插件或控件以外的一些数据库驱动程序 这样客 户方有些胖 服务器端的w e b 与数据库服务器是相互独立地运行的 很多公司都有相 应的产品 例如 b o f l a n d 公司在推出i n t r a b u i l d e r 之后 又把i n t r a n e t w e b 技术真正融 合入其c b u i l d e r 和d e l p h i 中 p o w e r s o f i 公司为p o w e r b u i l d e r 增加了一个 i n t e m e t d e v e l o p m e n t k i t 更加突出了i n t r a n e t w e b 技术 o r a c l e 公司新办d e s i g n e r 2 0 0 0 和d e v e l o p e r 2 0 0 0 也能直接生成w e b 数据库应用 2 纯h t m l 模型 这种方式对w e b 用户来说是最普遍的访问方式 客户端软件在功能上最简单 服 务程序通过标准的h t m l j a v a s c r i p t 或两者结合起来形成用户接口 w e b 服务器实现 客户端与服务器之间的所有交互操作 组件被用于提高处理的效率 服务器利用c g i 14 中北大学学位论文 i s a p i i d c 或j a a 语言来生成基于数据信息的h t m l 文件 w e b 浏览器访问数据库 的过程为 浏览器使用h t t p 将请求提交给w e b 服务器 w e b 服务器通过i n t e r n e t 数据库连接器 i d c 及其他组件完成对数据库的访问 w e b 服务器将结果以w 曲页面 的形式返回给浏览器 i d c 使用两类文件控制如何访问数据库及如何构造输出w e b 页 面 这些文件是i n t e m e t 数据库连接器 i d c 文件和h t m l 扩展文件 h t x i n t e m e t 数 据库连接器文件包含连接适当o d b c 数据源和执行s q l 语句所必需的信息 i n t e m e t 数据库连接器文件还包含h t m l 扩展文件的名称和位置 h t m l 扩展文件是实际 h t m l 文档的模板 h t m l 文档用i d c 将数据库信息并入其中之后返回w e b 浏览器 3 混合模式 服务器利用h t m l 语言实现了界面 同时通过a c t i v e x 组件 j a v a 组件或两者结 合来实现界面中的窗体 客户端无需任何数据库驱动 但客户需要对这些组件进行下载 以使客户端功能趋于完善 w e b 服务器可通过许多不同的方式来访问数据库 包括c g i i s a p i i d c a s p 或j a v a 它的缺点是不是所有的浏览器都支持不同组件 但是组件技术是面向对象程序设计 中新近发展起来的一项技术 以微软公司的a c t i v e x 技术为代表 a c t i v e x 技术是以c o m c o m p o n e n t o b j e c t m o d e l 足见对象模型 d c o m d i s t r i b u t e d c o m p o n e n t o b j e c t m o d e l 分布式组建对象模型 为基础的 它包括早期的o l e 技术 符合文档 自定义空间以 及应用于i n t e m e t i n t r a n e t 的多种技术 它是不同进程 包括网络上的进程 之间可通过 c o m d c o m 协议进行相互通信 c o m d c o m 模型中使用的c o m d c o m 队形可用任 何一种语言编写 可以以d l l 或可执行文件的方式实现 使用c o m d c o m 对象的客 户端不必知道该对象使用什么语言写成的 也不必知道它是以d l l 的形式或独立的过 程进行运行 对于客户端来竖着都一样 有了这种通用的方法后 软件可封装起来使用 可从w e b 服务上下载 当作浏览器的一个c o m d c o m 对象在浏览器内运行 3 2 2w e bs e r v e r 技术 从前面几种数据发伽的手段来看 当日仃所有发布方式都是通过一些访问接口 或足 控件接口的方式 让使用者访问服务器端数据库或者其它形式的数据资源 用这些方法 实现测试过程的发布 存在结构复杂 平台不一致 接口兼容难 实现起来困难等问题 15 中北大学学位论文 2 目前将w 曲技术和虚拟仪器技术结合产生的基于w 曲的虚拟仪器技术 能够很方 便的将虚拟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 实现了将测试过程提供给用户 2 2 图3 3 显示了v i 和w r e b 集合的基本模型 浏览嚣浏览器浏览器 jl jlj l it j i l u 上上 虚拟仪器虚拟仪器 图3 3 基于w e b 的虚拟仪器基本模型 虚拟仪器测试过程的发布可以通过w e bs e r v e r 技术来实现 其原理是 现场测控服 务器将设计好的虚拟仪器的前面板窗口以h t m l 网页格式发布到互联网上去 用户通 过w e b 浏览器直接在本地打丌 观看或操作位于远端服务器上的虚拟仪器 w e bs e r v e r 技术是一种远端面板的软件共享方式 在进行远端面板发布前 首先必须通过配置w e b s e r v e r 来对服务器端进行设置 如网页路径 客户权限等以增强网络安全性 当服务器 设置好后客户机只要安装了r u n t i m ee n g i n e 并输入服务器地址就可以实现连接 使用 这种方法用户无需编程 面板配置容易 能跨平台 无需a c t i v ex 控件 j a v aa p p l e t 或者c g i 脚本 只需设置网络通信参数就可方便的将程序前面板发布到网络上 3 3 网络数据传输 网络数据传输是指将系统中的测试数据通过一定的网络协议实时可靠的传输给远 端用户 是远程虚拟测试系统实现远程测试 本地数据获取的重要技术 对于i n t e m e t 的网络通信应用是建立在t c p i p t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i