虛擬儀表的可視化技術(shù)

摘 要： 結(jié)合一個基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)的開發(fā)過程，介紹了采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行vi通用面板可視化軟件的設(shè)計以及實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?

關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 可視化 面向?qū)ο?socket

虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計算機(jī)儀器，它是計算機(jī)資源、模塊化功能硬件與用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件的有機(jī)結(jié)合。它利用軟件在屏幕上生成各種儀器面板，完成對數(shù)據(jù)的處理、表達(dá)、傳送、存儲、顯示等功能。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，其主要優(yōu)點是可以由用戶自己定義、自己設(shè)計儀器系統(tǒng)，以滿足不同的要求，使儀器的功能更加強(qiáng)大、靈活，而且很容易同網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用相連接。這樣既降低了價格，節(jié)省開發(fā)、維護(hù)的費用，又縮短了技術(shù)開發(fā)周期。

虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)之一就是應(yīng)用軟件，這是因為，虛擬儀器的主要功能是由軟件來體現(xiàn)的，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺應(yīng)該提供一個圖形化的編程設(shè)計環(huán)境，值得一提的是ni的labview和labwindows及hp的vee。

本文介紹的基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)是一個不包含數(shù)據(jù)采集及總線控制系統(tǒng)的虛擬測試平臺，主要用于對測試數(shù)據(jù)文件的事后處理或?qū)Ρ粶y對象進(jìn)行實時仿真測試，形成網(wǎng)絡(luò)化測試仿真系統(tǒng)。

１ 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)

系統(tǒng)利用軟件在計算機(jī)屏幕上生成儀表面板，通過數(shù)據(jù)接口接收需要處理顯示的儀表數(shù)據(jù)或軟件產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)，實時顯示刷新數(shù)據(jù)、波形和圖像。該系統(tǒng)具有兩個主要的特點：一是具有方便的交互性；二是實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和繪制的實時性，可以在不同的網(wǎng)絡(luò)端點顯示不同的虛擬儀表，達(dá)到多機(jī)并行處理的目的。

1.1 系統(tǒng)組成

整個軟件系統(tǒng)劃分為兩個獨立的子系統(tǒng)：編控子系統(tǒng)和播出子系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖１所示。

編控子系統(tǒng)的主要工作是建立、編輯演示模型并控制仿真的啟動和結(jié)束。編控子系統(tǒng)又可以劃分為兩個子模塊：編輯模塊和播出控制模塊。通過編輯模塊，允許用戶設(shè)計建立滿足自身需要的虛擬儀表模型，也可以對一個現(xiàn)有的儀表模型進(jìn)行編輯。通過播出控制模塊可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真功能，建立和播出子系統(tǒng)之間的連接關(guān)系；并通過數(shù)據(jù)接口不斷接收外部輸入的儀表參數(shù)，向已建立連接關(guān)系的各播出子系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的指令／數(shù)據(jù)包以更新儀表顯示狀態(tài)。

播出子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收播出控制系統(tǒng)發(fā)來的指令／數(shù)據(jù)包（包括數(shù)字儀表模型、各種參數(shù)等），對指令進(jìn)行解釋，不斷刷新顯示當(dāng)前仿真結(jié)果。在播出子系統(tǒng)中可以指定某可視化對象是否可見，這樣可以使在不同的計算機(jī)上運行的播出子系統(tǒng)顯示不同的儀表面板來達(dá)到分布式并行處理的目的。

1.2 參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸

系統(tǒng)需要在不同計算機(jī)之間進(jìn)行參數(shù)傳輸，因此網(wǎng)絡(luò)通信是必不可少的條件。本系統(tǒng)采用的是客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序，這種結(jié)構(gòu)非常適用于分布式處理的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。由于系統(tǒng)是面向pc機(jī)平臺的應(yīng)用，因此采用基于tcp／ip協(xié)議的winsock接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸。

２ 虛擬儀表面板對象

2.1 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法

在虛擬儀表的可視化設(shè)計過程中，采用了面向?qū)ο蠓椒?font face="宋體" size="3"> 作者:長沙國防科技大學(xué)電子工程學(xué)院(410073) 顧郁蓮 蔡宣平 顏飛翔 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

虛擬儀表的可視化技術(shù)

摘 要： 結(jié)合一個基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)的開發(fā)過程，介紹了采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進(jìn)行vi通用面板可視化軟件的設(shè)計以及實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?

關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 可視化 面向?qū)ο?socket

虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計算機(jī)儀器，它是計算機(jī)資源、模塊化功能硬件與用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件的有機(jī)結(jié)合。它利用軟件在屏幕上生成各種儀器面板，完成對數(shù)據(jù)的處理、表達(dá)、傳送、存儲、顯示等功能。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，其主要優(yōu)點是可以由用戶自己定義、自己設(shè)計儀器系統(tǒng)，以滿足不同的要求，使儀器的功能更加強(qiáng)大、靈活，而且很容易同網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用相連接。這樣既降低了價格，節(jié)省開發(fā)、維護(hù)的費用，又縮短了技術(shù)開發(fā)周期。

虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)之一就是應(yīng)用軟件，這是因為，虛擬儀器的主要功能是由軟件來體現(xiàn)的，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺應(yīng)該提供一個圖形化的編程設(shè)計環(huán)境，值得一提的是ni的labview和labwindows及hp的vee。

本文介紹的基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)是一個不包含數(shù)據(jù)采集及總線控制系統(tǒng)的虛擬測試平臺，主要用于對測試數(shù)據(jù)文件的事后處理或?qū)Ρ粶y對象進(jìn)行實時仿真測試，形成網(wǎng)絡(luò)化測試仿真系統(tǒng)。

１ 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)

系統(tǒng)利用軟件在計算機(jī)屏幕上生成儀表面板，通過數(shù)據(jù)接口接收需要處理顯示的儀表數(shù)據(jù)或軟件產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)，實時顯示刷新數(shù)據(jù)、波形和圖像。該系統(tǒng)具有兩個主要的特點：一是具有方便的交互性；二是實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和繪制的實時性，可以在不同的網(wǎng)絡(luò)端點顯示不同的虛擬儀表，達(dá)到多機(jī)并行處理的目的。

1.1 系統(tǒng)組成

整個軟件系統(tǒng)劃分為兩個獨立的子系統(tǒng)：編控子系統(tǒng)和播出子系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖１所示。

編控子系統(tǒng)的主要工作是建立、編輯演示模型并控制仿真的啟動和結(jié)束。編控子系統(tǒng)又可以劃分為兩個子模塊：編輯模塊和播出控制模塊。通過編輯模塊，允許用戶設(shè)計建立滿足自身需要的虛擬儀表模型，也可以對一個現(xiàn)有的儀表模型進(jìn)行編輯。通過播出控制模塊可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真功能，建立和播出子系統(tǒng)之間的連接關(guān)系；并通過數(shù)據(jù)接口不斷接收外部輸入的儀表參數(shù)，向已建立連接關(guān)系的各播出子系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的指令／數(shù)據(jù)包以更新儀表顯示狀態(tài)。

播出子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收播出控制系統(tǒng)發(fā)來的指令／數(shù)據(jù)包（包括數(shù)字儀表模型、各種參數(shù)等），對指令進(jìn)行解釋，不斷刷新顯示當(dāng)前仿真結(jié)果。在播出子系統(tǒng)中可以指定某可視化對象是否可見，這樣可以使在不同的計算機(jī)上運行的播出子系統(tǒng)顯示不同的儀表面板來達(dá)到分布式并行處理的目的。

1.2 參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸

系統(tǒng)需要在不同計算機(jī)之間進(jìn)行參數(shù)傳輸，因此網(wǎng)絡(luò)通信是必不可少的條件。本系統(tǒng)采用的是客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序，這種結(jié)構(gòu)非常適用于分布式處理的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。由于系統(tǒng)是面向pc機(jī)平臺的應(yīng)用，因此采用基于tcp／ip協(xié)議的winsock接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸。

２ 虛擬儀表面板對象

2.1 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法

在虛擬儀表的可視化設(shè)計過程中，采用了面向?qū)ο蠓椒?font face="宋體" size="3">