網(wǎng)絡化虛擬測控系統(tǒng)的設計

摘要：為滿足計算機專業(yè)教學和測控儀器開發(fā)的需要，設計了基于網(wǎng)絡、虛擬儀器和SOPC技術(shù)的網(wǎng)絡化虛擬測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由PCI接口卡、基于NiosII軟核的SOPC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，使用Labview技術(shù)構(gòu)建了C／S模式的遠程數(shù)據(jù)采集和管理體系結(jié)構(gòu)，并基于Windows DDK與VC++語言開發(fā)了PCI接口驅(qū)動程序。實際應用表明，該系統(tǒng)具有開放性、靈活性以及易用性等優(yōu)點，達到了預期目的。
關(guān)鍵詞：測控系統(tǒng)；虛擬儀器；SOPC；PCI接口卡

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，社會對測控儀器的需求不斷增加，因而對計算機軟硬件綜合設計和開發(fā)能力的要求也越來越高。然而，計算機專業(yè)普遍存在“重軟輕硬”的現(xiàn)象，學生綜合應用計算機專業(yè)知識能力和測控產(chǎn)品開發(fā)能力較差，降低了學生的就業(yè)競爭力和發(fā)展?jié)摿?。針對上述問題，基于提高計算機應用系統(tǒng)綜合設計能力要求，充分利用自動測試技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)，結(jié)合科研和測控儀器開發(fā)的需要，適應測控儀器向網(wǎng)絡化、虛擬化、集成化方向發(fā)展的趨勢，設計了網(wǎng)絡化虛擬測控系統(tǒng)。
網(wǎng)絡化虛擬測控系統(tǒng)基于Labview環(huán)境下開發(fā)的，從機為基于Nios II軟核微處理機系統(tǒng)的片上系統(tǒng)(SOPC)，其主要功能為多通道模擬信號的采集、外部設備控制、與主機的通信、傳感器信號調(diào)理等；主機主要完成外部信號、數(shù)據(jù)處理與存儲、系統(tǒng)參數(shù)設置、顯示以及人機交互等。整個系統(tǒng)設計工作包括PCI接口卡設計及其驅(qū)動程序設計、虛擬儀器應用軟件和SOPC系統(tǒng)定制、仿真及其從機軟件設計。該系統(tǒng)不僅提供二次開發(fā)接口，而且能夠配置、自動檢測外部設備變化，能夠應用于科研、教學和實際測控，具有很強的靈活性、先進性和應用價值。

1 網(wǎng)絡化虛擬測控系統(tǒng)的設計
1．1 測控系統(tǒng)的總體設計
借鑒虛擬儀器思想，把虛擬儀器技術(shù)引入測控系統(tǒng)，組成以SOPC系統(tǒng)可配置數(shù)據(jù)采集模塊、PCI總線接口卡、虛擬儀器應用軟件于一體的網(wǎng)絡化虛擬測控系統(tǒng)(如圖1所示)。系統(tǒng)的硬件設計包括PCI接口卡設計、基于NIOS Il軟核的SOPC硬件系統(tǒng)的定制；軟件系統(tǒng)設計包括PCI接口卡驅(qū)動程序、SOPC軟件以及虛擬儀器應用軟件、管理軟件的設計。虛擬儀器應用軟件主要完成數(shù)字信號處理、分析、顯示以及存儲，服務器端軟件，多通道數(shù)據(jù)采集參數(shù)與工作方式的設置；管理軟件提供上傳、下載以及與儀器的無縫連接。為降低系統(tǒng)的開發(fā)難度、提高系統(tǒng)的可靠性和使用性，系統(tǒng)軟件基于虛擬儀器軟件Labview與Matlab混合編程方法，充分利用了Lalbview軟件的強大數(shù)據(jù)采集、分析與表達、圖形表示能力以及Matlab語言的豐富的工具箱和強大的計算能力，簡化了儀器軟件的編程，縮短了開發(fā)時間。主機系統(tǒng)通過PCI接口卡與SOPC系統(tǒng)進行的信息交換，SOPC系統(tǒng)可以獨立工作以及外部設備進行通信，有效降低分布式測控系統(tǒng)的成本。