基于虚拟仪器的网络化自动测试系统的构架及实现

    摘要：提出了基于虚拟仪器的网络化自动测试系统的技术概念，分析了系统的结构和功能及系统的软硬件构成，并建立了一个具体模型，阐述了对该系统的网络功能实现。

    关键词：虚拟仪器 网络化 自动测试系统 DataSocket

计算机技术的飞速发展，数据通信、网络工程和信息管理等系统性能的巨大改进，出现了将自动测试技术、计算机技术和通信技术结合起来的时机。测试系统正朝着计算机化、标准化和网络化三大趋势发展，涌现了一些诸如“网络就是仪器”等先进的测试理念，以网络为基础的自动测试系统逐步成熟并应用到工业生产实践中，已经取得了巨大的效益。

1 自动测试系统的发展概况

通常把在人工最少参与的情况下能自动进行测量、数据处理并输出测试（量）结果的系统称为自动测试系统（Automated Test System）。自动测试系统最早出现于二十世纪50年代初期，至今历经三个阶段。

第一阶段，总装阶段。将几种不同的输入和输出电路的几种可程控仪器总装在一起形成一个组装系统。这种系统的设计、维护复杂，适应性不强，研制费用较高。

第二阶段，接口标准化阶段。这种系统组建方便，由专门的通用接口电路更改，增加测试内容也很灵活，显示了很大的优越性，增加测试内容也很灵活，显示了很大的优越性，因此得到了广泛的应用。

第三阶段，PC仪器（Personal Computer-based instrument）阶段。在此出现了所谓的“虚似仪器”（Virtual Instrument），给测试系统带来了革命性的冲击，对测试理论、测试方法等很多方面都产生了重大影响。

计算机硬件和软件的渗入给传统测试技术带来了新的革命，在计算机、微电子、传感器、通信网络等技术不断进步的有力支撑和多领域科研需求和激励下，明显地表现出与高新技术深度融合，尤其是网络技术开始应用到测试技术中，成为测试技术满足实际需求的关键支撑，网络化必然是测试系统发展的大趋势。

2 虚拟仪器简介

所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档、低价的新型仪器。虚拟仪器由计算机、应用软件和仪器硬件三部分构成，通过软件将计算机硬件与仪器硬件有机融合为一体，把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

软件是虚拟仪器系统的关键。没有一个优秀的控制分析软件，很难想象可以构成一台理想的虚拟仪器系统。比较优秀的开发软件是美国国家仪器（National Instruments，NI）公司的Labview、Labwindows/CVI，是一种基于G语言（graphical programming language）的革命性的可视化(图形化)开发平台，最新推出的LabVIEW 6i是面向Internet的最新版本。

虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，表着仪器发展的最新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。

3 基本虚拟仪器的网络化自动测试系统平台

在此提出基于网络化虚拟仪器的自动测试系统平台的技术概念，如图1所示。

该系统可根据实际的测试项目进行扩充、重构。如服务器可具体分为：WWW服务器、e-mail服务器，ftp服务器。对于庞大的测试系统而言，可提高系统的稳定性、安全性。系统中测试节点的每一个测试仪器都个有唯一的IP地址，可以很方便地实现测试仪器乃至多个测试系统之间的网络互连；通过网络，用户根据需要对分布式测试仪器、数据库进行远程访问与控制。网络将是该测试系统平台的核心，充分体现资源共享这一网络的基本功能；也充分体现负荷均衡的思想，即在自动测试系统的测试任务较繁重时，能够把部分任务移到任务不足的计算机或其它测试系统中云处理，甚至可以将服务器中难以迅速解决大型任务，分配给网络中个人PC机共同完成。

自动测试（量）系统软件结构如图2所示。一般由四个主要元素构成：系统管理软件、应用程序、仪器驱动软件和I/O接口软件。其重点是网络连接部分，即实现“网络就是仪器”。另外，开发过程中还应遵循虚拟仪器软件开发标准：虚拟仪器的软件构架（Virtual Instrumentation Software Architecture），即VISA标准，使得不管虚拟仪器使用的计算机或者操作系统是什么，最终所编写的用户应用程序都是可移值的，软件模块具通用性。

4 DataSocket——系统网络功能的实现原理

本系统利用LabVIEW 6i中的DataSocket控件实现了基于虚拟仪器的网络化测试功能。DataSocket是由NI公司于1999年推出的一项新技术。使用新的DataSocket类，很容易地通过各种接送测量数据，如OPC、HTTP、FTP或其它网络的DataSocket，包括Internet，而不必学习复杂的TCP/IP数据传输协议，完全能够控制分散的测试节点。利用客户/服务器架构，使网络上的数据传输达到最优化，并使用户交互式地在网上传送现场数据成为实现。为网络化测试工程应用软件的开发提供了一条捷径。

DataSocket遵循了TCP/IP协议，并对底层进行了高度封装，所提供的参数简单友好，只需要通用资源定位符URL（Unifom Resource Locator），就可用来在Internet进行及时分送所需传输的数据。用户可以象使用LabVIEW中的其他数据类型一样使用DataSocket读写字符串、整形数、布尔量及数组数据。DataSocket提供了三种数据目标：file、DataSocket Server、OPC Server，因而可以支持多进程并发。

DataSocket是一种面向测量和自动化工程的网上实时数据交换的编程新技术，其控件包含以下三个工具：

DataSocket Active Control——连接数据源和数据宿，并使其共享数据的元件。因为它是一种Active控件，可以用它的VB、VC++、Borland和Delphi的Active环境中开发数据应用程序。

DataSocket Server——在两个应用程序间用DSTP（DataSocket Transfer Protocol）协议进行数据通信交换是可行的。在服务器端运行了DataSocket Server后，当在客户端也运行DataSocket Server时，就可以使诸如Internet这样的网络连接是可访问的。

DataSocket Server Manager——用以对DataSocket Server进行配置。通过这种配置，可以机器creat items、read items、write items，并且可以选择是否支持多用户读写。

本文提出了基于虚拟仪器的网络化自动测试系统的技术概念。用虚拟仪器网络化的思想改造传统的自动测试系统，兼有了网络和虚拟仪器的特点。该基于虚拟仪器网络化自动测试系统平台有较强的可移植性，适用于多种工业现场对象的测试、控制和远程监控。对科研设计人员有较高的参考价值。另外，LabVIEW代码的可移植性也简化了该测试系统平台的维护和配置。