基于工控機的虛擬儀器軟件設計方案

系統(tǒng)以工控機為核心，輔以一定的外圍簡單電路，通過GPIB、USB以及串行通信口，把現(xiàn)有的測量儀器連接起來，并通過編程人員開發(fā)針對測量過程的控制軟件。測量者只需要把儀器與設備正確地連接起來，向汁算機發(fā)出簡單的操作指令就可以實現(xiàn)測量、數(shù)據(jù)分析、處理和記錄的全過程。

1、作為COM 組件的測量儀器

在軟件開發(fā)中，可以先將儀器設計成COM組件。儀器的功能在C()M組件設汁中要全部實現(xiàn)并給出相應的接口函數(shù)，在虛擬儀器軟件中通過調用這些組件來實現(xiàn)對具體儀器的操作。這樣，編程人員在開發(fā)虛擬儀器控制軟件時可以把具體的儀器當成組件來對待，通過組件的各個函數(shù)來完成實際儀器的各個指令操作。這樣做不但容易對硬件可能出現(xiàn)的問題進行排錯，而且一旦硬件更新，開發(fā)人員只需要作針對C0M的升級維護即可。

以某型頻譜分析儀為例，設汁測量某信號在控壓變化范圍內的雜散值的過程：

1) 首先調整頻譜儀到對數(shù)坐標系，并根據(jù)該信號的變化范圍設定頻譜儀的中心頻率及合適的帶寬以保證頻譜儀在控壓變化范圍內可以捕獲信號．這樣實現(xiàn)了測量雜散初始化的子過程；

2) 在不同的控壓點讀取帶寬內信號主瓣外的所有信號，以最大的旁瓣值作為雜散值。為了避免信號的白噪聲影響雜散值的測量．采用同一控壓點測量若干組信號用軟件求平均的思路．平滑白噪聲引起的信號起伏，取平滑后的雜散值作為測量結果，這樣實現(xiàn)了測量當前信號雜散值的子過程。

圖1 雜散值測量流程圖

該型頻譜儀在連續(xù)測量若干組信號求平均的過程中，相鄰兩組數(shù)據(jù)測量之間有一個工控機與頻譜儀通信的時間，這就削弱了信號的時間相關性，不利于平滑白噪聲。為了提高測量的準確性，引入了可以作均值測量的頻譜儀，工控機只需讀取均值測量后主瓣外的所有信號最大值作為當前信號雜散值即可。按上述思路重新設計頻譜儀COM組件，測量雜散值的過程還是按照上述的測量流程圖，虛擬儀器軟件調用更新后的組件，程序員甚至可以不用改虛擬儀器軟件中的一句源代碼。

對同一信號改進前后軟件測出的雜散值分別為－76.3dB和－78.2dB，而用標定設備測出的值為－78.51dB，改進后軟件的測量值更加準確。

2、采用Access數(shù)據(jù)庫作實時測量存檔

在測量過程中，有時設備會因為突然斷電、計算機病毒發(fā)作等一系列不可預期的故障導致測量過程意外中斷，但此時用戶測量可能還沒有結束，也沒有大提交測量報表，而在系統(tǒng)內存中的數(shù)據(jù)將會全部丟失，這對用戶來說是非常不利的，所以必須對用戶的所有測量結果做一個實時的數(shù)據(jù)庫備份。

對用戶測量全過程進行監(jiān)控的數(shù)據(jù)庫采用全部內存變量存儲的方式，包括用戶的設定量、用戶的測量結果、用戶的操作步驟以及測量結果的自動評判，都在數(shù)據(jù)庫中建立相應的字段。在用戶進行虛擬儀器操作時。每新測量一個產品都會以用戶填入的產品編號及測量時間新建一條測量記錄，操作過程中實時地把用戶的操作及結果同步提交到數(shù)據(jù)庫中，只有當用戶全部測量完畢并保存報表之后，該條記錄才被刪除，否則記錄予以保留，留下來的某條記錄即為某個非正常退出系統(tǒng)的實時測量存檔，這就是系統(tǒng)實時測量存檔的過程。當用戶下一次打開虛擬儀器軟件時，軟件會自動加載該數(shù)據(jù)庫，如果數(shù)據(jù)庫存在數(shù)據(jù)記錄，則在加載操作界面之后會提示用戶有以前未完成的任務，讓用戶選擇是繼續(xù)未完成的任務還是刪除某次不全的測試記錄，如果選擇繼續(xù)則會給出未完成任務列表，讓用戶選擇開始某一次未完成的任務，用戶選擇后會自動把數(shù)據(jù)庫里對應的值恢復到虛擬儀器操作界面，恢復某一次意外狀態(tài)前的結果，這樣通過系統(tǒng)的問詢及用戶的選擇，實現(xiàn)了加載測量存檔的過程。當然，如果用戶也可以選擇刪除某些不全但不想保留的測試記錄，對存檔數(shù)據(jù)庫進行清理，同樣也可以選擇全新測量，開始新的操作。

虛擬儀器軟件的工作流程如圖2所示。

圖2 以數(shù)據(jù)庫為核心的軟件工作流程圖

3、系統(tǒng)性能評價

采用本文的方案，使用VB．NET程序設計語言開發(fā)的虛擬儀器軟件成功的應用在某產品的指標測量上。整套系統(tǒng)研發(fā)周期短、維護簡單方便。而“實時測量存檔”在軟件內部異常保護的基礎上又增加了一個抵御外部突發(fā)事件的能力，有效地保護了測量數(shù)據(jù)。每一個產品測量所需時間僅為原先人工用儀器測量的1／3～1／4(不包括后期的數(shù)據(jù)處理時間)，極大地提高了生產效率。而整個系統(tǒng)的開發(fā)成本非常低，所有的測量儀器都是利用現(xiàn)有的設備，硬件的投入只是一臺工控機和GPIB轉接卡及一些電纜。