第12章 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)

1、第第1212章章 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述v12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢v12.2 12.2 分布式測量系統(tǒng)分布式測量系統(tǒng)v12.3 12.3 現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)v12.4 12.4 虛擬儀器虛擬儀器12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢特點(diǎn)和發(fā)展趨勢v現(xiàn)代傳感系統(tǒng)是傳感器及其應(yīng)用系統(tǒng)的總稱，實(shí)現(xiàn)信息量采現(xiàn)代傳感系統(tǒng)是傳感器及其應(yīng)用系統(tǒng)的總稱，實(shí)現(xiàn)信息量采集、處理、遠(yuǎn)程操作、資源網(wǎng)絡(luò)化共享，高效完成復(fù)雜、艱集、處理、遠(yuǎn)程操作、資源網(wǎng)絡(luò)化共享，高效完成復(fù)雜、艱巨的測量控制任務(wù)，綜合體現(xiàn)了信息獲取

2、、處理、傳輸及利巨的測量控制任務(wù)，綜合體現(xiàn)了信息獲取、處理、傳輸及利用等環(huán)節(jié)的技術(shù)集成優(yōu)勢，是現(xiàn)代信息社會(huì)測量控制與儀器用等環(huán)節(jié)的技術(shù)集成優(yōu)勢，是現(xiàn)代信息社會(huì)測量控制與儀器儀表學(xué)科重要的發(fā)展方向之一。儀表學(xué)科重要的發(fā)展方向之一。v現(xiàn)代傳感系統(tǒng)由現(xiàn)代傳感系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)傳感器節(jié)點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)、中央處理服務(wù)器中央處理服務(wù)器、處理電路處理電路和和相關(guān)軟件相關(guān)軟件組成，集成了傳感器技術(shù)、分布式測量組成，集成了傳感器技術(shù)、分布式測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、智能儀技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、智能儀器技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等，可以滿足現(xiàn)代測量、控制和數(shù)據(jù)器技術(shù)、虛擬

3、儀器技術(shù)等，可以滿足現(xiàn)代測量、控制和數(shù)據(jù)處理的多種需求。處理的多種需求。 12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)特點(diǎn)和和發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢v特點(diǎn)特點(diǎn)：協(xié)作性、自治性、靈活性、開放性、：協(xié)作性、自治性、靈活性、開放性、可擴(kuò)展性、智能化?？蓴U(kuò)展性、智能化。v發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢：網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)據(jù)融合、：網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)據(jù)融合、微微功耗和微型化。功耗和微型化。第第1212章章 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述v12.1 12.1 組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢v12.2 12.2 分布式測量系統(tǒng)分布式測量系統(tǒng)v12.3 12.3 現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)v12.4 12.

4、4 虛擬儀器虛擬儀器12.2.1 12.2.1 分布式測量系統(tǒng)及其分布式測量系統(tǒng)及其特征特征v分布式測量系統(tǒng)通過分布式測量系統(tǒng)通過Internet、Intranet或無線網(wǎng)絡(luò)等，把分或無線網(wǎng)絡(luò)等，把分布于不同地方、獨(dú)立完成特定功能的本地測量設(shè)備和測量計(jì)布于不同地方、獨(dú)立完成特定功能的本地測量設(shè)備和測量計(jì)算機(jī)連接起來，允許在不同地理位置的多個(gè)用戶與不同地理算機(jī)連接起來，允許在不同地理位置的多個(gè)用戶與不同地理位置的多個(gè)儀器交互，以完成特定的測試任務(wù)，達(dá)到測量位置的多個(gè)儀器交互，以完成特定的測試任務(wù)，達(dá)到測量資資源共享源共享、協(xié)同工作、協(xié)同工作、分散操作分散操作、集中管理集中管理、測量過程監(jiān)控和、測

5、量過程監(jiān)控和設(shè)備診斷等目的。設(shè)備診斷等目的。v分布式測量系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、測量技術(shù)發(fā)分布式測量系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、測量技術(shù)發(fā)展并緊密結(jié)合的產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)測量設(shè)備的動(dòng)態(tài)配置，測量數(shù)展并緊密結(jié)合的產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)測量設(shè)備的動(dòng)態(tài)配置，測量數(shù)據(jù)的資源共享，增加了系統(tǒng)的靈活性、移植性和擴(kuò)展性。據(jù)的資源共享，增加了系統(tǒng)的靈活性、移植性和擴(kuò)展性。 12.2.2 12.2.2 典型分布式測量系統(tǒng)的典型分布式測量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)v分布式測量系統(tǒng)以分布式測量系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)為為基礎(chǔ)基礎(chǔ)，測量中心服務(wù)測量中心服務(wù)器器為為核心核心，由測量中心，由測量中心服務(wù)器、服務(wù)器、現(xiàn)場測試子系現(xiàn)場測試子系

6、統(tǒng)統(tǒng)和和數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)組組成，具有開放互聯(lián)能力，成，具有開放互聯(lián)能力，支持網(wǎng)上測試應(yīng)用服務(wù)支持網(wǎng)上測試應(yīng)用服務(wù)的功能。的功能。 客戶層客戶層是由一臺或多臺計(jì)算機(jī)是由一臺或多臺計(jì)算機(jī)（或終端設(shè)備）組成，以網(wǎng)絡(luò)互（或終端設(shè)備）組成，以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方式接入測量系統(tǒng)，負(fù)責(zé)與普聯(lián)方式接入測量系統(tǒng)，負(fù)責(zé)與普通用戶的交互。普通用戶可以完通用戶的交互。普通用戶可以完成試驗(yàn)瀏覽、試驗(yàn)預(yù)約和數(shù)據(jù)查成試驗(yàn)瀏覽、試驗(yàn)預(yù)約和數(shù)據(jù)查詢、分析處理等過程。詢、分析處理等過程。管理層管理層是分布式測量系統(tǒng)的事務(wù)是分布式測量系統(tǒng)的事務(wù)響應(yīng)和事務(wù)處理中心，同時(shí)也是響應(yīng)和事務(wù)處理中心，同時(shí)也是測量數(shù)據(jù)的處理、存取和交換中測

7、量數(shù)據(jù)的處理、存取和交換中心。測量中心服務(wù)器負(fù)責(zé)完成用心。測量中心服務(wù)器負(fù)責(zé)完成用戶的數(shù)據(jù)處理請求，控制測量服戶的數(shù)據(jù)處理請求，控制測量服務(wù)器、響應(yīng)與處理測量請求，同務(wù)器、響應(yīng)與處理測量請求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和反饋。時(shí)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和反饋?，F(xiàn)場測量層現(xiàn)場測量層主要由測試儀器和數(shù)主要由測試儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成，主要任務(wù)是響據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成，主要任務(wù)是響應(yīng)測試中心的測試請求，并完成應(yīng)測試中心的測試請求，并完成數(shù)據(jù)采集和調(diào)理工作（信號放大、數(shù)據(jù)采集和調(diào)理工作（信號放大、濾波和轉(zhuǎn)換等）。濾波和轉(zhuǎn)換等）。 12.2.4 12.2.4 分布式測量系統(tǒng)的分布式測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)設(shè)計(jì)開發(fā)v基本因素基本因

8、素：系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)可靠：系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)可靠性，系統(tǒng)可操作性和維護(hù)成本等。性，系統(tǒng)可操作性和維護(hù)成本等。 v設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則：從整體到局部（自頂向下），分：從整體到局部（自頂向下），分析測量系統(tǒng)總體功能需求和技術(shù)指標(biāo)，制定析測量系統(tǒng)總體功能需求和技術(shù)指標(biāo)，制定總體設(shè)計(jì)要求；根據(jù)總體設(shè)計(jì)需求，將復(fù)雜總體設(shè)計(jì)要求；根據(jù)總體設(shè)計(jì)需求，將復(fù)雜要求簡單化，分解為相對獨(dú)立的任務(wù)，制定要求簡單化，分解為相對獨(dú)立的任務(wù)，制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施策略。詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施策略。 第第1212章章 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述v12.1 12.1 組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢v12.

9、2 12.2 分布式測量系統(tǒng)分布式測量系統(tǒng)v12.3 12.3 現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)v12.4 12.4 虛擬儀器虛擬儀器12.3 12.3 現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)v現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線：安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的：安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。 v測控領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)測控領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，使控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備之間有了，使控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備之間有了通訊能力，并組成信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，提高系統(tǒng)通訊能力，并組成信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)

10、定性。運(yùn)行的穩(wěn)定性。v現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備現(xiàn)場總線是以單個(gè)分散、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間通過總線連接實(shí)現(xiàn)信息交互，共同完作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間通過總線連接實(shí)現(xiàn)信息交互，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。v現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)。以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制系統(tǒng)。 12.3.1 12.3.1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)v具有總線接口的傳感變送器、控具有總線接口的傳感變送器、控制模塊等設(shè)備通過總線與控制器制模塊等設(shè)備通過總線與控制器相連

11、并形成網(wǎng)絡(luò)。相連并形成網(wǎng)絡(luò)。v各個(gè)現(xiàn)場總線控制器再與位于車各個(gè)現(xiàn)場總線控制器再與位于車間的控制計(jì)算機(jī)形成車間級的監(jiān)間的控制計(jì)算機(jī)形成車間級的監(jiān)控網(wǎng)?？鼐W(wǎng)。v每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備都具有微處理器和每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備都具有微處理器和通信單元，可以與閥門、開關(guān)等通信單元，可以與閥門、開關(guān)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接傳送信號，控制系執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接傳送信號，控制系統(tǒng)能夠不依賴中央控制室的計(jì)算統(tǒng)能夠不依賴中央控制室的計(jì)算機(jī)而在現(xiàn)場直接完成，實(shí)現(xiàn)徹底機(jī)而在現(xiàn)場直接完成，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。的分散控制。 12.3.3 12.3.3 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線儀表儀表v全數(shù)字式全數(shù)字式：這是現(xiàn)場總線技術(shù)的顯著特征，采用全數(shù)字式通：這是現(xiàn)場總線技術(shù)的顯著

12、特征，采用全數(shù)字式通信可以提高傳輸距離和通信可靠性。信可以提高傳輸距離和通信可靠性。 v精度高精度高：儀表的智能化和數(shù)字化從根本上提高了測量和控制：儀表的智能化和數(shù)字化從根本上提高了測量和控制的精度，基本上消除了模擬通信中數(shù)據(jù)傳送所產(chǎn)生的誤差。的精度，基本上消除了模擬通信中數(shù)據(jù)傳送所產(chǎn)生的誤差。v互操作性互操作性：不同廠家的設(shè)備可以相互通信，相互兼容。只要：不同廠家的設(shè)備可以相互通信，相互兼容。只要符合同一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的儀表都可以互相連接和交換數(shù)據(jù)，符合同一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的儀表都可以互相連接和交換數(shù)據(jù)，這就對用戶在系統(tǒng)構(gòu)建初期產(chǎn)品的選擇和后期維護(hù)更換帶來這就對用戶在系統(tǒng)構(gòu)建初期產(chǎn)品的選擇和后期維

13、護(hù)更換帶來了極大的便利。了極大的便利。v系統(tǒng)成本低系統(tǒng)成本低：一方面，一個(gè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多變量測量；另一：一方面，一個(gè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多變量測量；另一方面，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線比較簡單，現(xiàn)場布線的成本大大方面，現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線比較簡單，現(xiàn)場布線的成本大大降低，后期維護(hù)方便，成本低。降低，后期維護(hù)方便，成本低。 12.3.3 12.3.3 現(xiàn)場總線儀表現(xiàn)場總線儀表典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu)12.3.4 12.3.4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)v網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)橋等中繼設(shè)備，：設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)橋等中繼設(shè)備，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

14、v傳輸距離傳輸距離：每種現(xiàn)場總線都有其一定傳輸距離要求，在不：每種現(xiàn)場總線都有其一定傳輸距離要求，在不能夠滿足需要的情況下是否可以采用中繼器。能夠滿足需要的情況下是否可以采用中繼器。 v傳輸速度傳輸速度：傳輸速度必須滿足測量系統(tǒng)需要，保證整個(gè)系：傳輸速度必須滿足測量系統(tǒng)需要，保證整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 v負(fù)載能力負(fù)載能力：每種總線網(wǎng)絡(luò)可串行負(fù)載數(shù)量有一定的限制，：每種總線網(wǎng)絡(luò)可串行負(fù)載數(shù)量有一定的限制，如果負(fù)載需要擴(kuò)展，需要采用怎樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和擴(kuò)展設(shè)備。如果負(fù)載需要擴(kuò)展，需要采用怎樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和擴(kuò)展設(shè)備。v空間分布空間分布：現(xiàn)場總線系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)分布在不同空間，系統(tǒng)：現(xiàn)場總線系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)

15、分布在不同空間，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)往往與空間分布密切相連，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)往往與空間分布密切相連，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可提高系統(tǒng)可靠性、降低系統(tǒng)成本?？商岣呦到y(tǒng)可靠性、降低系統(tǒng)成本。12.3.4 12.3.4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)v節(jié)點(diǎn)功能節(jié)點(diǎn)功能：現(xiàn)場總線上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能單元，在：現(xiàn)場總線上每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能單元，在保證功能的前提下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和主控器分擔(dān)不同的功能，為保證功能的前提下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和主控器分擔(dān)不同的功能，為保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠，在節(jié)點(diǎn)硬件成本合理增加的基礎(chǔ)上，保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠，在節(jié)點(diǎn)硬件成本合理增加的基礎(chǔ)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量完成較多的計(jì)算任務(wù)，減少

16、現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量完成較多的計(jì)算任務(wù)，減少現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸量，提高系統(tǒng)的可靠性。傳輸量，提高系統(tǒng)的可靠性。v總線開放程度總線開放程度：有的總線協(xié)議是開放的，有的是不開放的，：有的總線協(xié)議是開放的，有的是不開放的，有的提供芯片級支持，而有的總線只提供設(shè)備級的支持，測有的提供芯片級支持，而有的總線只提供設(shè)備級的支持，測試設(shè)備設(shè)計(jì)中，要受到溫度、濕度、空間等使用條件限制，試設(shè)備設(shè)計(jì)中，要受到溫度、濕度、空間等使用條件限制，組建系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)這些因素，決定是否從每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最底層組建系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)這些因素，決定是否從每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最底層硬件設(shè)計(jì)開始還是選購現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)開始還是選購現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)

17、計(jì)。船舶振動(dòng)測試系統(tǒng)船舶振動(dòng)測試系統(tǒng) v同時(shí)監(jiān)控多個(gè)艙室中的振動(dòng)；同時(shí)監(jiān)控多個(gè)艙室中的振動(dòng)；v每個(gè)艙室有多個(gè)區(qū)域有振動(dòng)源，每個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)每個(gè)艙室有多個(gè)區(qū)域有振動(dòng)源，每個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)8 8個(gè)傳個(gè)傳感器；感器；v整個(gè)系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性，不僅監(jiān)控艙室的數(shù)量可整個(gè)系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性，不僅監(jiān)控艙室的數(shù)量可以擴(kuò)展，而且每個(gè)艙室內(nèi)監(jiān)控的區(qū)域也可以擴(kuò)展；以擴(kuò)展，而且每個(gè)艙室內(nèi)監(jiān)控的區(qū)域也可以擴(kuò)展；v滿足滿足-40-40120120溫度范圍；溫度范圍；v系統(tǒng)總線距離在系統(tǒng)總線距離在500m500m左右，每個(gè)艙室內(nèi)總線距離在左右，每個(gè)艙室內(nèi)總線距離在100100米以內(nèi)；米以內(nèi)；v監(jiān)控監(jiān)控10Hz10Hz10KHz1

18、0KHz頻率范圍的振幅。頻率范圍的振幅。船舶振動(dòng)測試系統(tǒng)船舶振動(dòng)測試系統(tǒng)船舶振動(dòng)測試系統(tǒng)：測量處理單元船舶振動(dòng)測試系統(tǒng)：測量處理單元第第1212章章 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述現(xiàn)代傳感系統(tǒng)概述v12.1 12.1 組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢v12.2 12.2 分布式測量系統(tǒng)分布式測量系統(tǒng)v12.3 12.3 現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)v12.4 12.4 虛擬儀器虛擬儀器12.4.1 12.4.1 虛擬儀器的虛擬儀器的組成組成與與特點(diǎn)特點(diǎn)v虛擬儀器：以通用計(jì)算機(jī)為硬件平臺，利用相應(yīng)具有高性虛擬儀器：以通用計(jì)算機(jī)為硬件平臺，利用相應(yīng)具有高性能測試功能的硬件作為輸入能測試功能的硬件作為輸入/ /輸

19、出接口，結(jié)合高效靈活的儀輸出接口，結(jié)合高效靈活的儀器軟件，在計(jì)算機(jī)屏幕上虛擬出儀器面板和交互功能，通器軟件，在計(jì)算機(jī)屏幕上虛擬出儀器面板和交互功能，通過鼠標(biāo)或鍵盤實(shí)施操作的儀器。過鼠標(biāo)或鍵盤實(shí)施操作的儀器。v虛擬儀器由虛擬儀器由計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件和和儀器硬件儀器硬件組成。無論哪種組成。無論哪種虛擬儀器系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到虛擬儀器系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到PXI/Compact PCI、臺式臺式PC、筆記本電腦、掌上電腦或工作站等各種計(jì)算機(jī)平、筆記本電腦、掌上電腦或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺，配備專用應(yīng)用軟件構(gòu)成。根據(jù)計(jì)算機(jī)總線的標(biāo)準(zhǔn)，儀臺，配備專用應(yīng)用軟件構(gòu)成。根據(jù)計(jì)算機(jī)總線的標(biāo)

20、準(zhǔn)，儀器硬件可能有器硬件可能有PCMCIA、PXI、PCI、USB等不同的接口形等不同的接口形式。式。 12.4.1 12.4.1 虛擬儀器的組成與虛擬儀器的組成與特點(diǎn)特點(diǎn)虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測合為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。由于計(jì)算機(jī)性能以每半年提

21、高一倍的速度飛速發(fā)展，已把由于計(jì)算機(jī)性能以每半年提高一倍的速度飛速發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面。傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面。12.4.2 12.4.2 虛擬儀器的虛擬儀器的硬件支持硬件支持v從虛擬儀器的組成看，從虛擬儀器的組成看，計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)是虛擬儀器的硬件是虛擬儀器的硬件平平臺臺，作為輸入，作為輸入/ /輸出接口的具有高性能測試功能的輸出接口的具有高性能測試功能的硬件模塊硬件模塊是硬件支持的是硬件支持的核心核心。v儀器制造商提供了具有不同功能的儀器硬件模塊，儀器制造商提供了具有不同功能的儀器硬件模塊，如高速數(shù)字化儀、動(dòng)態(tài)信號分析儀、信號源、數(shù)字如高速數(shù)字化儀、動(dòng)態(tài)信號分析儀、信號源、數(shù)字I/OI

22、/O、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器/ /定時(shí)器、圖像采集、運(yùn)動(dòng)控制、分布定時(shí)器、圖像采集、運(yùn)動(dòng)控制、分布式式I/OI/O等模塊。等模塊。v不同功能的儀器模塊又可以使用不同的接口標(biāo)準(zhǔn)，不同功能的儀器模塊又可以使用不同的接口標(biāo)準(zhǔn)，如如PCMCIAPCMCIA、PCIPCI、PXIPXI、VXIVXI、USBUSB等以適應(yīng)不同的計(jì)等以適應(yīng)不同的計(jì)算機(jī)平臺。算機(jī)平臺。12.4.4 12.4.4 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器虛擬儀器v網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器是在虛擬儀器的基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器是在虛擬儀器的基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)通訊能力，具有測量儀器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通訊能力，具有測量儀器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的雙重功能。的雙重功能。v根據(jù)客戶端和服務(wù)

23、器的不同，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀根據(jù)客戶端和服務(wù)器的不同，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器包括基于器包括基于Client/ /Server模式的虛擬儀器和模式的虛擬儀器和基于基于Web的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器。的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器。 12.4.4 12.4.4 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器：虛擬儀器：Client/ /Server模式模式 v將儀器的不同功能模塊分解到不同的計(jì)算機(jī)上，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)將儀器的不同功能模塊分解到不同的計(jì)算機(jī)上，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。一臺計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給絡(luò)傳輸。一臺計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給其它作為客戶的計(jì)算機(jī)，同時(shí)這臺計(jì)算機(jī)也可以作為客戶接其它作為客戶的計(jì)算機(jī)，同時(shí)這臺計(jì)算機(jī)也可以作

24、為客戶接收其它計(jì)算機(jī)傳來的數(shù)據(jù)和指令。收其它計(jì)算機(jī)傳來的數(shù)據(jù)和指令?？蛻鬋lient服務(wù)器應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫服務(wù)器ServerInternet數(shù)據(jù)采集儀器控制數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示客戶端應(yīng)用程序首先打開一個(gè)服務(wù)器的連接，發(fā)送命令到服客戶端應(yīng)用程序首先打開一個(gè)服務(wù)器的連接，發(fā)送命令到服務(wù)器并得到反饋信息。如果連接正確，則開始接收服務(wù)器傳務(wù)器并得到反饋信息。如果連接正確，則開始接收服務(wù)器傳來的數(shù)據(jù)；否則返回錯(cuò)誤信息。最后關(guān)閉與服務(wù)器的連接。來的數(shù)據(jù)；否則返回錯(cuò)誤信息。最后關(guān)閉與服務(wù)器的連接。服務(wù)器端應(yīng)用程序首先進(jìn)行初始化等，然后開始等待客戶端服務(wù)器端應(yīng)用程序首先進(jìn)行初始化等，然后開始等待客戶端的連接命令，與

25、客戶端的連接一旦建立，根據(jù)客戶端的命令的連接命令，與客戶端的連接一旦建立，根據(jù)客戶端的命令傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直到連接關(guān)閉。傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)，直到連接關(guān)閉。12.4.4 12.4.4 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器：虛擬儀器：Web模式模式v虛擬儀器技術(shù)與面向虛擬儀器技術(shù)與面向Internet的的Web技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。虛技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。虛擬儀器的主要工作是把傳統(tǒng)儀器的前面板移植到普通計(jì)擬儀器的主要工作是把傳統(tǒng)儀器的前面板移植到普通計(jì)算機(jī)上，利用計(jì)算機(jī)的資源處理相關(guān)的測試需求?；谒銠C(jī)上，利用計(jì)算機(jī)的資源處理相關(guān)的測試需求。基于Web的虛擬儀器則更進(jìn)一步，它把儀器的前面板移植到的虛擬儀器則更進(jìn)一步，它把儀器的前

26、面板移植到Web頁面上，通過頁面上，通過Web服務(wù)器處理相關(guān)的測試需求。服務(wù)器處理相關(guān)的測試需求。 瀏覽器Web服務(wù)虛擬儀器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端Internet虛擬儀器客戶端虛擬儀器客戶端12.4.5 12.4.5 虛擬儀器虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)用設(shè)計(jì)v溫度監(jiān)測系統(tǒng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)：DAQ(DataDAQ(Data Acquisition)Acquisition)即數(shù)據(jù)采集即數(shù)據(jù)采集儀器是一種典型的虛擬儀儀器是一種典型的虛擬儀器，具有性價(jià)比高、設(shè)計(jì)器，具有性價(jià)比高、設(shè)計(jì)手段靈活、通用性強(qiáng)的優(yōu)手段靈活、通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)典型數(shù)據(jù)采集卡點(diǎn)。一個(gè)典型數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)

27、字輸出、數(shù)字I/OI/O、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器/ /計(jì)時(shí)器等，這些功能分別計(jì)時(shí)器等，這些功能分別由相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn)。由相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn)。12.4.5 12.4.5 虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)v需求分析和制定技術(shù)方案：選擇具有需求分析和制定技術(shù)方案：選擇具有PCIPCI接口的接口的臺式臺式PCPC作為計(jì)算機(jī)平臺，選擇作為計(jì)算機(jī)平臺，選擇AD590AD590作為溫度傳感作為溫度傳感器，選擇器，選擇NINI公司的公司的PCI6220MPCI6220M系列低成本數(shù)據(jù)采集卡系列低成本數(shù)據(jù)采集卡作為儀器硬件。作為儀器硬件。 v操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境：選用臺式操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境：選用臺式PCPC

28、通常通常應(yīng)用的應(yīng)用的WindowsXPWindowsXP作為操作系統(tǒng)；選用作為操作系統(tǒng)；選用NINI公司的公司的LabVIEWLabVIEW作為軟件開發(fā)環(huán)境，作為軟件開發(fā)環(huán)境，LabVIEWLabVIEW是一種圖形化是一種圖形化的開發(fā)語言，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析的開發(fā)語言，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)。和數(shù)據(jù)表達(dá)。 12.4.5 12.4.5 虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)硬件的安裝硬件的安裝12.4.5 12.4.5 虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件編程調(diào)試應(yīng)用軟件編程調(diào)試 12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢和發(fā)展趨勢

29、v協(xié)作性協(xié)作性：現(xiàn)代傳感系統(tǒng)中各分散的基本功能單元通過網(wǎng)絡(luò)互：現(xiàn)代傳感系統(tǒng)中各分散的基本功能單元通過網(wǎng)絡(luò)互連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)資源共享，協(xié)同工作，完成大型、連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)資源共享，協(xié)同工作，完成大型、復(fù)雜的測量任務(wù)；各節(jié)點(diǎn)設(shè)備功能可動(dòng)態(tài)配置，信息量大、復(fù)雜的測量任務(wù)；各節(jié)點(diǎn)設(shè)備功能可動(dòng)態(tài)配置，信息量大、速度快、信息數(shù)字化，可遠(yuǎn)距離傳輸，系統(tǒng)監(jiān)控不受地域限速度快、信息數(shù)字化，可遠(yuǎn)距離傳輸，系統(tǒng)監(jiān)控不受地域限制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放、靈活。制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開放、靈活。 v自治性自治性：現(xiàn)代傳感系統(tǒng)具有根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)、以理性的：現(xiàn)代傳感系統(tǒng)具有根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)、以理性的方式進(jìn)行推理和學(xué)習(xí)的功能。

30、能感知自身狀態(tài)和所處環(huán)境的方式進(jìn)行推理和學(xué)習(xí)的功能。能感知自身狀態(tài)和所處環(huán)境的變化，能不需要其它實(shí)體的干預(yù)情況下，通過主動(dòng)行為來適變化，能不需要其它實(shí)體的干預(yù)情況下，通過主動(dòng)行為來適應(yīng)這種變化并做出適當(dāng)響應(yīng)。應(yīng)這種變化并做出適當(dāng)響應(yīng)。 12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢和發(fā)展趨勢v靈活性靈活性：用戶可以根據(jù)功能需要選擇不同供應(yīng)商提供的設(shè)備、：用戶可以根據(jù)功能需要選擇不同供應(yīng)商提供的設(shè)備、不同類型傳感器和測量設(shè)備，構(gòu)成傳感系統(tǒng)。用通訊協(xié)議來不同類型傳感器和測量設(shè)備，構(gòu)成傳感系統(tǒng)。用通訊協(xié)議來協(xié)同設(shè)備間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)信息交換、融合和資源共享，互聯(lián)協(xié)同設(shè)備間的聯(lián)

31、系，實(shí)現(xiàn)信息交換、融合和資源共享，互聯(lián)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息安全傳送，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的統(tǒng)一、協(xié)設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息安全傳送，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)處理。調(diào)處理。v開放性開放性：可以根據(jù)單一任務(wù)和多任務(wù)組成不同規(guī)模的傳感系：可以根據(jù)單一任務(wù)和多任務(wù)組成不同規(guī)模的傳感系統(tǒng)，規(guī)?？纱罂尚?。系統(tǒng)還可以根據(jù)新任務(wù)的需要，不斷地統(tǒng)，規(guī)模可大可小。系統(tǒng)還可以根據(jù)新任務(wù)的需要，不斷地添加新的傳感單元；也可以隨著某任務(wù)的完成或因傳感單元添加新的傳感單元；也可以隨著某任務(wù)的完成或因傳感單元發(fā)生故障，使某些傳感單元退出系統(tǒng)，而不會(huì)影響整個(gè)傳感發(fā)生故障，使某些傳感單元退出系統(tǒng)，而不會(huì)影響整個(gè)傳感系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)的正

32、常運(yùn)行。12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢和發(fā)展趨勢v可擴(kuò)展性可擴(kuò)展性：系統(tǒng)為完成特定任務(wù)而組織在一起時(shí)，各單元之：系統(tǒng)為完成特定任務(wù)而組織在一起時(shí)，各單元之間合理地分配任務(wù)，相互協(xié)作，解決由單一單元不能完成的間合理地分配任務(wù)，相互協(xié)作，解決由單一單元不能完成的復(fù)雜問題。針對不同的測量任務(wù)，系統(tǒng)可以隨時(shí)增加或除去復(fù)雜問題。針對不同的測量任務(wù)，系統(tǒng)可以隨時(shí)增加或除去某個(gè)硬件而不必改變結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以增加新的測量功能而不某個(gè)硬件而不必改變結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以增加新的測量功能而不需重新設(shè)計(jì)，軟件可以不斷升級，功能不斷擴(kuò)展。需重新設(shè)計(jì)，軟件可以不斷升級，功能不斷擴(kuò)展。

33、v智能化智能化：系統(tǒng)具有自診斷、自修正和自保護(hù)功能，能確定故：系統(tǒng)具有自診斷、自修正和自保護(hù)功能，能確定故障位置、識別故障狀態(tài)等，傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程測量障位置、識別故障狀態(tài)等，傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程測量處理與控制等功能可以在系統(tǒng)內(nèi)完成；可以隨時(shí)診斷設(shè)備的處理與控制等功能可以在系統(tǒng)內(nèi)完成；可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提供可選擇的運(yùn)行操作方案；可以根據(jù)不同的測運(yùn)行狀態(tài)，提供可選擇的運(yùn)行操作方案；可以根據(jù)不同的測量要求，選擇合理的工作流程，對信息進(jìn)行綜合分析處理，量要求，選擇合理的工作流程，對信息進(jìn)行綜合分析處理，對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。 12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組

34、成現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢和發(fā)展趨勢v集成化集成化：硬件上可將原來分散的、各自獨(dú)立的傳感器集成為：硬件上可將原來分散的、各自獨(dú)立的傳感器集成為具有多敏感功能的傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量，全面反應(yīng)被具有多敏感功能的傳感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量，全面反應(yīng)被測對象的綜合信息。軟件支持平臺可幫助用戶將多個(gè)測量設(shè)測對象的綜合信息。軟件支持平臺可幫助用戶將多個(gè)測量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)或總線技術(shù)為接入設(shè)備提供標(biāo)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)或總線技術(shù)為接入設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口，可以組建不同規(guī)模的測試系統(tǒng)，具有再開發(fā)、可重準(zhǔn)接口，可以組建不同規(guī)模的測試系統(tǒng)，具有再開發(fā)、可重組性。軟、硬件的模塊化處理，方

35、便了系統(tǒng)集成，減小了維組性。軟、硬件的模塊化處理，方便了系統(tǒng)集成，減小了維護(hù)工作量。護(hù)工作量。v網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化：系統(tǒng)利用通信網(wǎng)絡(luò)、總線和各種標(biāo)準(zhǔn)接口，不受時(shí)：系統(tǒng)利用通信網(wǎng)絡(luò)、總線和各種標(biāo)準(zhǔn)接口，不受時(shí)空制約地把所需的信息采集、傳輸、處理、控制等組成一個(gè)空制約地把所需的信息采集、傳輸、處理、控制等組成一個(gè)統(tǒng)一的整體。統(tǒng)一的整體。 12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)和現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢v網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化：可以實(shí)現(xiàn)資源共享，使已有資源得到充分：可以實(shí)現(xiàn)資源共享，使已有資源得到充分利用，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)、多專家的協(xié)同測試與診斷。利用，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)、多專家的協(xié)同測試與診斷。用戶

36、可以完成單機(jī)不能完成的工作，使用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)用戶可以完成單機(jī)不能完成的工作，使用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)大功能和海量存儲，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和共享；庫的強(qiáng)大功能和海量存儲，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存取和共享；重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多機(jī)備份，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)重要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多機(jī)備份，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)測控過程的高度自動(dòng)化、智能化，同時(shí)減現(xiàn)了整個(gè)測控過程的高度自動(dòng)化、智能化，同時(shí)減少硬件的設(shè)置，有效降低了系統(tǒng)的成本。少硬件的設(shè)置，有效降低了系統(tǒng)的成本。 12.1 12.1 現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)和現(xiàn)代傳感系統(tǒng)的組成特點(diǎn)和發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢v智能化智能化：采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)，：采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)，將將CPUCPU、存儲器、存儲器、A/DA/D轉(zhuǎn)換器和輸入、輸出功能集成轉(zhuǎn)換器和輸入、輸出功能集成在一起，充分利用了計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲能力，對在一起，充分利用了計(jì)算機(jī)的計(jì)算和存儲能力，