基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)測試系統(tǒng)的構(gòu)架及實(shí)現(xiàn)

摘要：提出了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)測試系統(tǒng)的技術(shù)概念，分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)成，并建立了一個(gè)具體模型，闡述了對該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 網(wǎng)絡(luò)化 自動(dòng)測試系統(tǒng) DataSocket

計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)工程和信息管理等系統(tǒng)性能的巨大改進(jìn)，出現(xiàn)了將自動(dòng)測試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合起來的時(shí)機(jī)。測試系統(tǒng)正朝著計(jì)算機(jī)化、標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化三大趨勢發(fā)展，涌現(xiàn)了一些諸如“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”等先進(jìn)的測試?yán)砟?，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的自動(dòng)測試系統(tǒng)逐步成熟并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，已經(jīng)取得了巨大的效益。

1 自動(dòng)測試系統(tǒng)的發(fā)展概況

通常把在人工最少參與的情況下能自動(dòng)進(jìn)行測量、數(shù)據(jù)處理并輸出測試（量）結(jié)果的系統(tǒng)稱為自動(dòng)測試系統(tǒng)（Automated Test System）。自動(dòng)測試系統(tǒng)最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)50年代初期，至今歷經(jīng)三個(gè)階段。

第一階段，總裝階段。將幾種不同的輸入和輸出電路的幾種可程控儀器總裝在一起形成一個(gè)組裝系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)復(fù)雜，適應(yīng)性不強(qiáng)，研制費(fèi)用較高。

第二階段，接口標(biāo)準(zhǔn)化階段。這種系統(tǒng)組建方便，由專門的通用接口電路更改，增加測試內(nèi)容也很靈活，顯示了很大的優(yōu)越性，增加測試內(nèi)容也很靈活，顯示了很大的優(yōu)越性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

第三階段，PC儀器（Personal Computer-based instrument）階段。在此出現(xiàn)了所謂的“虛似儀器”（Virtual Instrument），給測試系統(tǒng)帶來了革命性的沖擊，對測試?yán)碚?、測試方法等很多方面都產(chǎn)生了重大影響。

計(jì)算機(jī)硬件和軟件的滲入給傳統(tǒng)測試技術(shù)帶來了新的革命，在計(jì)算機(jī)、微電子、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)不斷進(jìn)步的有力支撐和多領(lǐng)域科研需求和激勵(lì)下，明顯地表現(xiàn)出與高新技術(shù)深度融合，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始應(yīng)用到測試技術(shù)中，成為測試技術(shù)滿足實(shí)際需求的關(guān)鍵支撐，網(wǎng)絡(luò)化必然是測試系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢。

2 虛擬儀器簡介

所謂虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測試平臺(tái)，利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔、低價(jià)的新型儀器。虛擬儀器由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件三部分構(gòu)成，通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件與儀器硬件有機(jī)融合為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和儀器硬件測量、控制能力結(jié)合在一起，通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。

軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。沒有一個(gè)優(yōu)秀的控制分析軟件，很難想象可以構(gòu)成一臺(tái)理想的虛擬儀器系統(tǒng)。比較優(yōu)秀的開發(fā)軟件是美國國家儀器（National Instruments，NI）公司的Labview、Labwindows/CVI，是一種基于G語言（graphical programming language）的革命性的可視化(圖形化)開發(fā)平臺(tái)，最新推出的LabVIEW 6i是面向Internet的最新版本。

虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。

3 基本虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)

在此提出基于網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的自動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)的技術(shù)概念，如圖1所示。

該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際的測試項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)充、重構(gòu)。如服務(wù)器可具體分為：WWW服務(wù)器、e-mail服務(wù)器，ftp服務(wù)器。對于龐大的測試系統(tǒng)而言，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。系統(tǒng)中測試節(jié)點(diǎn)的每一個(gè)測試儀器都個(gè)有唯一的IP地址，可以很方便地實(shí)現(xiàn)測試儀器乃至多個(gè)測試系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)互連；通過網(wǎng)絡(luò)，用戶根據(jù)需要對分布式測試儀器、數(shù)據(jù)庫進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問與控制。網(wǎng)絡(luò)將是該測試系統(tǒng)平臺(tái)的核心，充分體現(xiàn)資源共享這一網(wǎng)絡(luò)的基本功能；也充分體現(xiàn)負(fù)荷均衡的思想，即在自動(dòng)測試系統(tǒng)的測試任務(wù)較繁重時(shí)，能夠把部分任務(wù)移到任務(wù)不足的計(jì)算機(jī)或其它測試系統(tǒng)中云處理，甚至可以將服務(wù)器中難以迅速解決大型任務(wù)，分配給網(wǎng)絡(luò)中個(gè)人PC機(jī)共同完成。

自動(dòng)測試（量）系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。一般由四個(gè)主要元素構(gòu)成：系統(tǒng)管理軟件、應(yīng)用程序、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和I/O接口軟件。其重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)連接部分，即實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”。另外，開發(fā)過程中還應(yīng)遵循虛擬儀器軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)：虛擬儀器的軟件構(gòu)架（Virtual Instrumentation Software Architecture），即VISA標(biāo)準(zhǔn)，使得不管虛擬儀器使用的計(jì)算機(jī)或者操作系統(tǒng)是什么，最終所編寫的用戶應(yīng)用程序都是可移值的，軟件模塊具通用性。

4 DataSocket——系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)原理

本系統(tǒng)利用LabVIEW 6i中的DataSocket控件實(shí)現(xiàn)了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化測試功能。DataSocket是由NI公司于1999年推出的一項(xiàng)新技術(shù)。使用新的DataSocket類，很容易地通過各種接送測量數(shù)據(jù)，如OPC、HTTP、FTP或其它網(wǎng)絡(luò)的DataSocket，包括Internet，而不必學(xué)習(xí)復(fù)雜的TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，完全能夠控制分散的測試節(jié)點(diǎn)。利用客戶/服務(wù)器架構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到最優(yōu)化，并使用戶交互式地在網(wǎng)上傳送現(xiàn)場數(shù)據(jù)成為實(shí)現(xiàn)。為網(wǎng)絡(luò)化測試工程應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了一條捷徑。

DataSocket遵循了TCP/IP協(xié)議，并對底層進(jìn)行了高度封裝，所提供的參數(shù)簡單友好，只需要通用資源定位符URL（Unifom Resource Locator），就可用來在Internet進(jìn)行及時(shí)分送所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。用戶可以象使用LabVIEW中的其他數(shù)據(jù)類型一樣使用DataSocket讀寫字符串、整形數(shù)、布爾量及數(shù)組數(shù)據(jù)。DataSocket提供了三種數(shù)據(jù)目標(biāo)：file、DataSocket Server、OPC Server，因而可以支持多進(jìn)程并發(fā)。

DataSocket是一種面向測量和自動(dòng)化工程的網(wǎng)上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的編程新技術(shù)，其控件包含以下三個(gè)工具：

DataSocket Active Control——連接數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)宿，并使其共享數(shù)據(jù)的元件。因?yàn)樗且环NActive控件，可以用它的VB、VC++、Borland和Delphi的Active環(huán)境中開發(fā)數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。

DataSocket Server——在兩個(gè)應(yīng)用程序間用DSTP（DataSocket Transfer Protocol）協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信交換是可行的。在服務(wù)器端運(yùn)行了DataSocket Server后，當(dāng)在客戶端也運(yùn)行DataSocket Server時(shí)，就可以使諸如Internet這樣的網(wǎng)絡(luò)連接是可訪問的。

DataSocket Server Manager——用以對DataSocket Server進(jìn)行配置。通過這種配置，可以機(jī)器creat items、read items、write items，并且可以選擇是否支持多用戶讀寫。

本文提出了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)測試系統(tǒng)的技術(shù)概念。用虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化的思想改造傳統(tǒng)的自動(dòng)測試系統(tǒng)，兼有了網(wǎng)絡(luò)和虛擬儀器的特點(diǎn)。該基于虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)測試系統(tǒng)平臺(tái)有較強(qiáng)的可移植性，適用于多種工業(yè)現(xiàn)場對象的測試、控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。對科研設(shè)計(jì)人員有較高的參考價(jià)值。另外，LabVIEW代碼的可移植性也簡化了該測試系統(tǒng)平臺(tái)的維護(hù)和配置。