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1、第第1212章章 现代传感系统概述现代传感系统概述v12.1 12.1 现代传感系统的现代传感系统的组成特点和发展趋势组成特点和发展趋势v12.2 12.2 分布式测量系统分布式测量系统v12.3 12.3 现场总线系统现场总线系统v12.4 12.4 虚拟仪器虚拟仪器12.1 12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势现代传感系统的组成特点和发展趋势v现代传感系统是传感器及其应用系统的总称，实现信息量采现代传感系统是传感器及其应用系统的总称，实现信息量采集、处理、远程操作、资源网络化共享，高效完成复杂、艰集、处理、远程操作、资源网络化共享，高效完成复杂、艰巨的测量控制任务，综合体现了信息获取
2、、处理、传输及利巨的测量控制任务，综合体现了信息获取、处理、传输及利用等环节的技术集成优势，是现代信息社会测量控制与仪器用等环节的技术集成优势，是现代信息社会测量控制与仪器仪表学科重要的发展方向之一。仪表学科重要的发展方向之一。v现代传感系统由现代传感系统由传感器节点传感器节点、通信网络通信网络、中央处理服务器中央处理服务器、处理电路处理电路和和相关软件相关软件组成，集成了传感器技术、分布式测量组成，集成了传感器技术、分布式测量技术、计算机技术、网络通讯技术、现场总线技术、智能仪技术、计算机技术、网络通讯技术、现场总线技术、智能仪器技术、虚拟仪器技术等，可以满足现代测量、控制和数据器技术、虚拟
3、仪器技术等，可以满足现代测量、控制和数据处理的多种需求。处理的多种需求。 12.1 12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势现代传感系统的组成特点和发展趋势v特特点点：协协作作性性、自自治治性性、灵灵活活性性、开开放放性性、可扩展性、智能化。可扩展性、智能化。v发发展展趋趋势势：网网络络化化、智智能能化化、数数据据融融合合、微微功耗和微型化。功耗和微型化。12.1 12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势现代传感系统的组成特点和发展趋势v协作性协作性：现代传感系统中各分散的基本功能单元通过网络互：现代传感系统中各分散的基本功能单元通过网络互连，进行数据传输，实现资源共享，协同工作，完成大型
4、、连，进行数据传输，实现资源共享，协同工作，完成大型、复杂的测量任务；各节点设备功能可动态配置，信息量大、复杂的测量任务；各节点设备功能可动态配置，信息量大、速度快、信息数字化，可远距离传输，系统监控不受地域限速度快、信息数字化，可远距离传输，系统监控不受地域限制，系统结构开放、灵活。制，系统结构开放、灵活。 v自治性自治性：现代传感系统具有根据已有知识和经验、以理性的：现代传感系统具有根据已有知识和经验、以理性的方式进行推理和学习的功能。能感知自身状态和所处环境的方式进行推理和学习的功能。能感知自身状态和所处环境的变化，能不需要其它实体的干预情况下，通过主动行为来适变化，能不需要其它实体的干
5、预情况下，通过主动行为来适应这种变化并做出适当响应。应这种变化并做出适当响应。 12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点 12.1.1 12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点v灵灵活活性性：用用户户可可以以根根据据功功能能需需要要选选择择不不同同供供应应商商提提供供的的设设备备，或或为为了了探探测测不不同同量量型型信信息息的的不不同同类类型型传传感感器器和和测测量量设设备备，构构成成传传感感系系统统。用用通通讯讯协协议议来来协协同同设设备备间间的的联联系系，实实现现信信息息交交换换、融融合合和和资资源源共共享享，互互联联设设备备间间、系系统统间间的
6、的信信息息安安全全传传送送，实现系统信息的统一、协调处理。实现系统信息的统一、协调处理。v开开放放性性：可可以以根根据据单单一一任任务务和和多多任任务务组组成成不不同同规规模模的的传传感感系系统统，规规模模可可大大可可小小。系系统统还还可可以以新新任任务务的的需需要要，不不断断地地添添加加新新的的传传感感单单元元；也也可可以以随随着着某某任任务务的的完完成成或或因因传传感感单单元元发发生生故故障障，使使某某些些传传感感单单元元退退出出系系统统，而而不不会会影影响响整整个个传传感感系系统统的正常运行。的正常运行。12.1.1 12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点v可扩展
7、性可扩展性：系统为完成特定任务而组织在一起时，各单元之：系统为完成特定任务而组织在一起时，各单元之间合理地分配任务，相互协作，解决由单一单元不能完成的间合理地分配任务，相互协作，解决由单一单元不能完成的复杂问题。针对不同的测量任务，系统可以随时增加或除去复杂问题。针对不同的测量任务，系统可以随时增加或除去某个硬件而不必改变结构。系统可以增加新的测量功能而不某个硬件而不必改变结构。系统可以增加新的测量功能而不需重新设计，软件可以不断升级，功能不断扩展。需重新设计，软件可以不断升级，功能不断扩展。 v智能化智能化：系统具有自诊断、自修正和自保护功能，能确定故：系统具有自诊断、自修正和自保护功能，能
8、确定故障位置、识别故障状态等，传感测量、补偿计算、工程测量障位置、识别故障状态等，传感测量、补偿计算、工程测量处理与控制等功能可以在系统内完成；可以随时诊断设备的处理与控制等功能可以在系统内完成；可以随时诊断设备的运行状态，提供可选择的运行操作方案；可以根据不同的测运行状态，提供可选择的运行操作方案；可以根据不同的测量要求，选择合理的工作流程，对信息进行综合分析处理，量要求，选择合理的工作流程，对信息进行综合分析处理，对运行状态进行预测。对运行状态进行预测。 12.1.1 12.1.1 现代传感系统的组成及特点现代传感系统的组成及特点v集成化集成化：硬件上可将原来分散的、各自独立的传感器集成为
9、：硬件上可将原来分散的、各自独立的传感器集成为具有多敏感功能的传感系统，实现多参数测量，全面反应被具有多敏感功能的传感系统，实现多参数测量，全面反应被测对象的综合信息。软件支持平台可帮助用户将多个测量设测对象的综合信息。软件支持平台可帮助用户将多个测量设备集成到单个系统，利用网络或总线技术为接入设备提供标备集成到单个系统，利用网络或总线技术为接入设备提供标准接口，可以组建不同规模的测试系统，具有再开发、可重准接口，可以组建不同规模的测试系统，具有再开发、可重组性。软、硬件的模块化处理，方便了系统集成，减小了维组性。软、硬件的模块化处理，方便了系统集成，减小了维护工作量。护工作量。v网络化网络化
10、：系统利用通信网络、总线和各种标准接口，不受时：系统利用通信网络、总线和各种标准接口，不受时空制约地把所需的信息采集、传输、处理、控制等组成一个空制约地把所需的信息采集、传输、处理、控制等组成一个统一的整体。统一的整体。 12.1.2 12.1.2 现代传感系统的发展趋势现代传感系统的发展趋势v网网络络化化：可可以以实实现现资资源源共共享享，使使已已有有资资源源得得到到充充分分利利用用，从从而而实实现现多多系系统统、多多专专家家的的协协同同测测试试与与诊诊断断。用用户户可可以以完完成成单单机机不不能能完完成成的的工工作作，使使用用远远程程数数据据库库的的强强大大功功能能和和海海量量存存储储，对
11、对数数据据进进行行存存取取和和共共享享；重重要要数数据据实实现现多多机机备备份份，提提高高了了系系统统的的稳稳定定性性，实实现现了了整整个个测测控控过过程程的的高高度度自自动动化化、智智能能化化，同同时时减减少硬件的设置，有效降低了系统的成本。少硬件的设置，有效降低了系统的成本。 12.1.2 12.1.2 现代传感系统的发展趋势现代传感系统的发展趋势v智智能能化化：采采用用超超大大规规模模集集成成电电路路技技术术，嵌嵌入入式式系系统统，将将CPUCPU、存存储储器器、A/DA/D转转换换器器和和输输入入、输输出出功功能能集集成成在在一一起起，充充分分利利用用了了计计算算机机的的计计算算和和存
12、存储储能能力力，对对传传感感器器的的数数据据进进行行处处理理，并并能能对对其其内内部部工工作作状状况况进进行行调调节节，使使采采集集的的数数据据最最佳佳，并并且且可可以以自自补补偿偿、自自校校准准和和自自诊诊断断等等。由由于于具具备备数数据据处处理理、双双向向通通信信、信信息息存存储储和和记记忆忆以以及及数数字字量量输输出出等等功功能能，从从而而可可以以完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。完成图像识别、特征检测和多维检测等复杂任务。 12.1.2 12.1.2 现代传感系统的发展趋势现代传感系统的发展趋势v数数据据融融合合：对对冗冗余余数数据据进进行行网网内内处处理理，即即中中间间节节
13、点点在在转转发发传传感感器器数数据据之之前前，首首先先对对数数据据进进行行综综合合，去去掉掉冗冗余余信信息息，在在满满足足应应用用需需求求的的前前提提下下将将需需要要传传输输的的数数据据量量最最小小化化。在在网网内内进进行行数数据据融融合合，可可以以在在一一定定程程度度上上提提高高网网络络收收集集数数据据的的整整体体效效率率。数数据据融融合合减减少少了了需需要要传传输输的的数数据据量量，可可以以减减轻轻网网络络的的传传输输拥拥塞塞，降降低低数数据据的的传传输输延延迟迟。数数据据融融合合技技术术能能够够充充分分发发挥挥各各个个传传感感器器的的特特点点，利利用用其其互互补补性性、冗冗余余性性，提提
14、高高测测量量信信息息的的精精度度和和可可靠靠性性，增增加加了了数数据据的的收收集集效效率率，延延长长系系统统的的使使用用寿命。寿命。 12.1.2 12.1.2 组成特点和发展趋势组成特点和发展趋势v微微功功耗耗和和微微型型化化：传传感感器器工工作作时时一一般般离离不不开开电电源源，在在野野外外现现场场或或远远离离电电网网的的地地方方，往往往往使使用用电电池池或或太太阳阳能能等等供供电电，开开发发微微功功耗耗的的传传感感器器是是必必然然的的发发展展方方向向。各各种种控控制制仪仪器器设设备备的的功功能能越越来来越越强强，要要求求各各个个部部件件体体积积越越小小越越好好，这这就就要要求求发发展展新
15、新的的材材料料及及加加工工技技术术。传传感感器器的的微微型型化化不不仅仅仅仅是是尺尺寸寸上上的的缩缩微微与与减减少少，而而且且是是一一种种具具有有新新机机理理、新新结结构构、新新作作用用和和新新功功能能的的高高科科技技微微型型系系统统，并并在在智智能能程程度度上上与与先先进进科科技技融融合合。其其微微型型化化主主要要体体现现为为以以下下发发展展趋趋势势：尺尺寸寸上上的的缩缩微微和和性性质质上上的的增增强强性性，各各要要素素的的集集成成化化和和用用途途上上的的多多样样化化，功功能能上上的的系系统统化化、智能化和结构上的复合性。智能化和结构上的复合性。12.2.1 12.2.1 分布式测量系统及其
16、特征分布式测量系统及其特征v分分布布式式测测量量系系统统通通过过Internet、Intranet或或无无线线网网络络等等，把把分分布布于于不不同同地地方方、独独立立完完成成特特定定功功能能的的本本地地测测量量设设备备和和测测量量计计算算机机连连接接起起来来，允允许许在在不不同同地地理理位位置置的的多多个个用用户户与与不不同同地地理理位位置置的的多多个个仪仪器器交交互互，以以完完成成特特定定的的测测试试任任务务，达达到到测测量量资资源源共共享享、协协同同工工作作、分分散散操操作作、集集中中管管理理、测测量量过过程程监监控控和和设备诊断等目的。设备诊断等目的。v分分布布式式测测量量系系统统是是计
17、计算算机机技技术术、网网络络通通讯讯技技术术、测测量量技技术术发发展展并并紧紧密密结结合合的的产产物物，可可实实现现测测量量设设备备的的动动态态配配置置，测测量量数数据的资源共享，增加了系统的灵活性、移植性和扩展性。据的资源共享，增加了系统的灵活性、移植性和扩展性。 12.2 分布式测量系统分布式测量系统12.2.2 12.2.2 典型分布式测量系统的组成结构典型分布式测量系统的组成结构v分分布布式式测测量量系系统统以以网网络络为为基基础础，测测量量中中心心服服务务器器为为核核心心，由由测测量量中中心心服服务务器器、现现场场测测试试子子系系统统和和数数据据查查询询子子系系统统组组成成，具具有有
18、开开放放互互联联能能力力，支支持持网网上上测测试试应应用用服服务务的功能。的功能。 12.2.2 典型分布式测量系统的组成结构典型分布式测量系统的组成结构客客户户层层是是由由一一台台或或多多台台计计算算机机（或或终终端端设设备备）组组成成，以以网网络络互互联联方方式式接接入入测测量量系系统统，负负责责与与普普通通用用户户的的交交互互。普普通通用用户户可可以以完完成成试试验验浏浏览览、试试验验预预约约和和数数据据查查询询、分析处理等过程。分析处理等过程。管管理理层层是是分分布布式式测测量量系系统统的的事事务务响响应应和和事事务务处处理理中中心心，同同时时也也是是测测量量数数据据的的处处理理、存存
19、取取和和交交换换中中心心。测测量量中中心心服服务务器器负负责责完完成成用用户户的的数数据据处处理理请请求求，控控制制测测量量服服务务器器、响响应应与与处处理理测测量量请请求求，同同时时实实现现对对仪仪器器的的操操作和反馈。作和反馈。12.2.2 典型分布式测量系统的组成结构典型分布式测量系统的组成结构现现场场测测量量层层主主要要由由测测试试仪仪器器和和数数据据采采集集设设备备构构成成，主主要要任任务务是是响响应应测测试试中中心心的的测测试试请请求求，并并完完成成数数据据采采集集和和调调理理工工作作（信信号号放放大大、滤滤波波和和转转换换等等）。 12.2.2 典型分布式测量系统的组成结构典型分
20、布式测量系统的组成结构12.2.3 分布式测量系统的软件支持分布式测量系统的软件支持 随着计算机软件技术的发展和变迁，分布式测量系统的软件结构大致涉及底层硬件驱动程序、网络通信协议实现、数据库存储及访问和测量控制/查询/显示平台开发等。开发工具主要有VB、C+ Builder、VC、C#、JAVA等。在实际开发中可能采用不同的工具开发不同的模块，例如数据库开发可以采用Delphi、VB或SQL Sever2000。仪器控制界面采用VB或.NET等等。开发语言和开发环境对系统影响不大，主要看相互之间信息交互的网络平台，下面主要介绍目前最流行的基于JAVA语言的测量平台开发。 12.2.4 12.
21、2.4 分布式测量系统的设计开发分布式测量系统的设计开发v基基本本因因素素：系系统统功功能能及及技技术术指指标标，系系统统可可靠靠性，系统可操作性和维护成本等。性，系统可操作性和维护成本等。 v设设计计原原则则：从从整整体体到到局局部部（自自顶顶向向下下），分分析析测测量量系系统统总总体体功功能能需需求求和和技技术术指指标标，制制定定总总体体设设计计要要求求；根根据据总总体体设设计计需需求求，将将复复杂杂要要求求简简单单化化，分分解解为为相相对对独独立立的的任任务务，制制定定详细的设计方案和实施策略。详细的设计方案和实施策略。 12.3 12.3 现场总线系统现场总线系统v现现场场总总线线：安
22、安装装在在制制造造和和过过程程区区域域的的现现场场装装置置与与控控制制室室内内的的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 v测测控控领领域域的的计计算算机机局局域域网网，使使控控制制系系统统和和现现场场设设备备之之间间有有了了通通讯讯能能力力，并并组组成成信信息息网网络络，实实现现系系统统的的自自动动化化，提提高高系系统统运行的稳定性。运行的稳定性。v现现场场总总线线是是以以单单个个分分散散、数数字字化化、智智能能化化的的测测量量和和控控制制设设备备作作为为网网络络节节点点，节节点点间间通通过过总总线线连连接接实实现现信信息息交
23、交互互，共共同同完完成自动控制功能的网络系统和控制系统。成自动控制功能的网络系统和控制系统。v现场总线控制系统：现场总线控制系统：以现场总线为基础的全数字控制系统。以现场总线为基础的全数字控制系统。 12.3.1 12.3.1 现场总线系统的体系结构现场总线系统的体系结构v具具有有总总线线接接口口的的传传感感变变送送器器、控控制制模模块块等等设设备备通通过过总总线线与与控控制制器器相连并形成网络。相连并形成网络。v各各个个现现场场总总线线控控制制器器再再与与位位于于车车间间的的控控制制计计算算机机形形成成车车间间级级的的监监控网。控网。v每每个个现现场场设设备备都都具具有有微微处处理理器器和和
24、通通信信单单元元，可可以以与与阀阀门门、开开关关等等执执行行机机构构直直接接传传送送信信号号，控控制制系系统统能能够够不不依依赖赖中中央央控控制制室室的的计计算算机机而而在在现现场场直直接接完完成成，实实现现彻彻底底的分散控制。的分散控制。 12.3.2 典型现场总线协议典型现场总线协议 PROFIBUS 12.3.3 12.3.3 现场总线仪表现场总线仪表v全数字式全数字式：这是现场总线技术的显著特征，采用全数字式通：这是现场总线技术的显著特征，采用全数字式通信可以提高传输距离和通信可靠性。信可以提高传输距离和通信可靠性。 v精度高精度高：仪表的智能化和数字化从根本上提高了测量和控制：仪表的
25、智能化和数字化从根本上提高了测量和控制的精度，基本上消除了模拟通信中数据传送所产生的误差。的精度，基本上消除了模拟通信中数据传送所产生的误差。v互操作性互操作性：不同厂家的设备可以相互通信，相互兼容。只要：不同厂家的设备可以相互通信，相互兼容。只要符合同一现场总线标准的仪表都可以互相连接和交换数据，符合同一现场总线标准的仪表都可以互相连接和交换数据，这就对用户在系统构建初期产品的选择和后期维护更换带来这就对用户在系统构建初期产品的选择和后期维护更换带来了极大的便利。了极大的便利。v系统成本低系统成本低：一方面，一个设备可以实现多变量测量。另一：一方面，一个设备可以实现多变量测量。另一方面，现场
26、总线系统的接线比较简单，现场布线的成本大大方面，现场总线系统的接线比较简单，现场布线的成本大大降低，后期维护方便，成本低。降低，后期维护方便，成本低。 12.3.3 12.3.3 现场总线仪表现场总线仪表典型结构典型结构12.3.4 12.3.4 现场总线系统的实现现场总线系统的实现v网网络络的的拓拓扑扑结结构构：设设计计合合理理的的结结构构，采采用用网网桥桥等等中中继继设设备备，能够有效提高网络的传输性能。能够有效提高网络的传输性能。v传传输输距距离离：每每种种现现场场总总线线都都有有其其一一定定传传输输距距离离要要求求，在在不不能够满足需要的情况下是否可以采用中继器。能够满足需要的情况下是
27、否可以采用中继器。 v传传输输速速度度：传传输输速速度度必必须须满满足足测测量量系系统统需需要要，保保证证整整个个系系统的实时性。统的实时性。 v负负载载能能力力：每每种种总总线线网网络络可可串串行行负负载载数数量量有有一一定定的的限限制制，如果负载需要扩展，需要采用怎样的拓扑结构和扩展设备。如果负载需要扩展，需要采用怎样的拓扑结构和扩展设备。v空空间间分分布布：现现场场总总线线系系统统各各个个节节点点分分布布在在不不同同空空间间，系系统统拓拓扑扑结结构构往往往往与与空空间间分分布布密密切切相相连连，选选择择合合适适的的拓拓扑扑结结构构，可提高系统可靠性、降低系统成本。可提高系统可靠性、降低系
28、统成本。12.3.4 12.3.4 现场总线系统的实现现场总线系统的实现v节节点点功功能能：现现场场总总线线上上每每一一个个节节点点都都是是一一个个智智能能单单元元，在在保保证证功功能能的的前前提提下下，每每个个节节点点和和主主控控器器分分担担不不同同的的功功能能，为为保保证证整整个个系系统统的的可可靠靠，在在节节点点硬硬件件成成本本合合理理增增加加的的基基础础上上，每每个个节节点点应应尽尽量量完完成成较较多多的的计计算算任任务务，减减少少现现场场总总线线的的数数据据传输量，提高系统的可靠性。传输量，提高系统的可靠性。v总总线线开开放放程程度度：有有的的总总线线协协议议是是开开放放的的，有有的
29、的是是不不开开放放的的，有有的的提提供供芯芯片片级级支支持持，而而有有的的总总线线只只提提供供设设备备级级的的支支持持，测测试试设设备备设设计计中中，要要受受到到温温度度、湿湿度度、空空间间等等使使用用条条件件限限制制，组组建建系系统统时时应应根根据据这这些些因因素素，决决定定是是否否从从每每个个节节点点的的最最底底层层硬件设计开始还是选购现有产品设计。硬件设计开始还是选购现有产品设计。船舶振动测试系统船舶振动测试系统 v同时监控多个舱室中的振动；同时监控多个舱室中的振动；v每每个个舱舱室室有有多多个个区区域域有有振振动动源源，每每个个区区域域设设计计8 8个个传传感器；感器；v整整个个系系统
30、统具具有有较较好好的的扩扩展展性性，不不仅仅监监控控舱舱室室的的数数量量可可以扩展，而且每个舱室内监控的区域也可以扩展；以扩展，而且每个舱室内监控的区域也可以扩展；v满足满足-40-40120120温度范围；温度范围；v系系统统总总线线距距离离在在500m500m左左右右，每每个个舱舱室室内内总总线线距距离离在在100100米以内；米以内；v监控监控10Hz10Hz10KHz10KHz频率范围的振幅。频率范围的振幅。船舶振动测试系统船舶振动测试系统船舶振动测试系统：测量处理单元船舶振动测试系统：测量处理单元12.4 虚拟仪器虚拟仪器v虚虚拟拟仪仪器器：以以通通用用计计算算机机为为硬硬件件平平台
31、台，利利用用相相应应具具有有高高性性能能测测试试功功能能的的硬硬件件作作为为输输入入/ /输输出出接接口口，结结合合高高效效灵灵活活的的仪仪器器软软件件，在在计计算算机机屏屏幕幕上上虚虚拟拟出出仪仪器器面面板板和和交交互互功功能能，通通过鼠标或键盘实施操作的仪器。过鼠标或键盘实施操作的仪器。v虚虚拟拟仪仪器器由由计计算算机机、应应用用软软件件和和仪仪器器硬硬件件组组成成。无无论论哪哪种种虚虚拟拟仪仪器器系系统统，都都是是将将仪仪器器硬硬件件搭搭载载到到PXI/Compact PCI、台台式式PC、笔笔记记本本电电脑脑、掌掌上上电电脑脑或或工工作作站站等等各各种种计计算算机机平平台台，配配备备专
32、专用用应应用用软软件件构构成成。根根据据计计算算机机总总线线的的标标准准，仪仪器器硬硬件件可可能能有有PCMCIA、PXI、PCI、USB等等不不同同的的接接口口形形式。式。 12.4.1 12.4.1 虚拟仪器的组成与特点虚拟仪器的组成与特点虚虚拟拟仪仪器器通通过过软软件件将将计计算算机机硬硬件件资资源源与与仪仪器器硬硬件件有有机机的的融融合合为为一一体体，把把计计算算机机强强大大的的计计算算处处理理能能力力和和仪仪器器硬硬件件的的测测量量、控控制制能能力力结结合合在在一一起起，大大大大缩缩小小了了仪仪器器硬硬件件的的成成本本和和体体积积，并并通通过过软软件件实实现现对对数数据据的的显显示示
33、、存存储储以以及及分分析析处处理理。由由于于计计算算机机性性能能以以每每半半年年提提高高一一倍倍的的速速度度飞飞速速发发展展，已已把把传传统统仪仪器器远远远远抛到后面。抛到后面。12.4.1 12.4.1 虚拟仪器的组成与特点虚拟仪器的组成与特点12.4.2 12.4.2 虚拟仪器的硬件支持虚拟仪器的硬件支持v从从虚虚拟拟仪仪器器的的组组成成看看，计计算算机机是是虚虚拟拟仪仪器器的的硬硬件件平平台台，作作为为输输入入/ /输输出出接接口口的的具具有有高高性性能能测测试试功功能能的的硬硬件模块件模块是硬件支持的是硬件支持的核心核心。v仪仪器器制制造造商商提提供供了了具具有有不不同同功功能能的的仪
34、仪器器硬硬件件模模块块，如如高高速速数数字字化化仪仪、动动态态信信号号分分析析仪仪、信信号号源源、数数字字I/OI/O、计计数数器器/ /定定时时器器、图图像像采采集集、运运动动控控制制、分分布布式式I/OI/O等模块。等模块。v不不同同功功能能的的仪仪器器模模块块又又可可以以使使用用不不同同的的接接口口标标准准，如如PCMCIAPCMCIA、PCIPCI、PXIPXI、VXIVXI、USBUSB等等以以适适应应不不同同的的计计算机平台。算机平台。12.4.4 12.4.4 网络化虚拟仪器网络化虚拟仪器v网网络络化化虚虚拟拟仪仪器器是是在在虚虚拟拟仪仪器器的的基基础础上上增增加加网网络络通通讯
35、讯能能力力，具具有有测测量量仪仪器器和和网网络络服服务务器器的双重功能。的双重功能。v根根据据客客户户端端和和服服务务器器的的不不同同，网网络络化化虚虚拟拟仪仪器器包包括括基基于于Client/ /Server模模式式的的虚虚拟拟仪仪器器和和基基于于Web的网络化虚拟仪器。的网络化虚拟仪器。 12.4.4 12.4.4 网络化网络化虚拟仪器：虚拟仪器：Client/ /Server模式模式 v将将仪仪器器的的不不同同功功能能模模块块分分解解到到不不同同的的计计算算机机上上，数数据据通通过过网网络络传传输输。一一台台计计算算机机作作为为服服务务器器采采集集数数据据，并并将将数数据据传传递递给给其
36、其它它作作为为客客户户的的计计算算机机，同同时时这这台台计计算算机机也也可可以以作作为为客客户户接接收其它计算机传来的数据和指令。收其它计算机传来的数据和指令。客户Client服务器应用程序数据库服务器ServerInternet数据采集仪器控制数据分析结果显示客客户户端端应应用用程程序序首首先先打打开开一一个个服服务务器器的的连连接接，发发送送命命令令到到服服务务器器并并得得到到反反馈馈信信息息。如如果果连连接接正正确确，则则开开始始接接收收服服务务器器传传来的数据；否则返回错误信息。最后关闭与服务器的连接。来的数据；否则返回错误信息。最后关闭与服务器的连接。服服务务器器端端应应用用程程序序
37、首首先先进进行行初初始始化化等等，然然后后开开始始等等待待客客户户端端的的连连接接命命令令，与与客客户户端端的的连连接接一一旦旦建建立立，根根据据客客户户端端的的命命令令传输相应的数据，直到连接关闭。传输相应的数据，直到连接关闭。12.4.4 12.4.4 网络化网络化虚拟仪器：虚拟仪器：Web模式模式v虚虚拟拟仪仪器器技技术术与与面面向向Internet的的Web技技术术的的有有机机结结合合。虚虚拟拟仪仪器器的的主主要要工工作作是是把把传传统统仪仪器器的的前前面面板板移移植植到到普普通通计计算算机机上上，利利用用计计算算机机的的资资源源处处理理相相关关的的测测试试需需求求。基基于于Web的的
38、虚虚拟拟仪仪器器则则更更进进一一步步，它它把把仪仪器器的的前前面面板板移移植植到到Web页面上，通过页面上，通过Web服务器处理相关的测试需求。服务器处理相关的测试需求。 12.4.5 12.4.5 虚拟仪器应用设计虚拟仪器应用设计v温温度度监监测测系系统统：DAQ(DataDAQ(Data Acquisition)Acquisition)即即数数据据采采集集仪仪器器是是一一种种典典型型的的虚虚拟拟仪仪器器，具具有有性性价价比比高高、设设计计手手段段灵灵活活、通通用用性性强强的的优优点点。一一个个典典型型数数据据采采集集卡卡的的功功能能有有模模拟拟输输入入、模模拟拟输输出出、数数字字I/OI/
39、O、计计数数器器/ /计计时时器器等等，这这些些功功能能分分别别由相应的电路来实现。由相应的电路来实现。12.4.5 12.4.5 虚拟仪器应用设计虚拟仪器应用设计v需需求求分分析析和和制制定定技技术术方方案案：选选择择具具有有PCIPCI接接口口的的台台式式PCPC作作为为计计算算机机平平台台，选选择择AD590AD590作作为为温温度度传传感感器器，选选择择NINI公公司司的的PCI6220MPCI6220M系系列列低低成成本本数数据据采采集集卡卡作作为为仪器硬件。仪器硬件。 v操操作作系系统统和和系系统统软软件件开开发发环环境境：选选用用台台式式PCPC通通常常应应用用的的Windows
40、XPWindowsXP作作为为操操作作系系统统；选选用用NINI公公司司的的LabVIEWLabVIEW作作为为软软件件开开发发环环境境，LabVIEWLabVIEW是是一一种种图图形形化化的的开开发发语语言言，用用来来进进行行数数据据采采集集和和控控制制、数数据据分分析析和数据表达。和数据表达。 12.4.5 12.4.5 虚拟仪器应用设计虚拟仪器应用设计硬件的安装硬件的安装12.4.5 12.4.5 虚拟仪器应用设计虚拟仪器应用设计应用软件编程调试应用软件编程调试 思考题思考题1.现代传感系统的基本结构是什么？现代传感系统的基本结构是什么？2.什么是分布式测量系统？分布式测量系统有什么结构
41、特征什么是分布式测量系统？分布式测量系统有什么结构特征？3.什么是现场总线系统？其典型协议都有哪些，简要说明各什么是现场总线系统？其典型协议都有哪些，简要说明各有什么特点？有什么特点？4.促使现场总线仪表产生的两个因素是什么？促使现场总线仪表产生的两个因素是什么？5.简述现场总线仪表有哪些优点？简述现场总线仪表有哪些优点？6.虚拟仪器与传统仪器有什么不同？虚拟仪器与传统仪器有什么不同？7.你在学习工作过程中应用过的仪器中，哪些是虚拟仪器构你在学习工作过程中应用过的仪器中，哪些是虚拟仪器构造的？请举几个实例。造的？请举几个实例。8.试从各个方面比较分布式测量系统、现场总线系统、虚拟试从各个方面比较分布式测量系统、现场总线系统、虚拟仪器。仪器。 参考资料参考资料（插（插 图）图）
