基于虚拟仪器的电子测量系统

摘 要：虚拟仪器是在现代计算机软件技术、通信技术以及测量技术高速发展下，研发出了一种先进技术，虚拟仪器的出现，使得现代的测量技术进入了一个全新的电子自动化模式。虚拟仪器的电子测量系统已经在很多领域被广泛使用，为此探讨基于虚拟仪器的电子测量系统是如何运作的具有现实意义，文章介绍了一个基于虚拟仪器理论，利用计算机控制标准实现电子测量系统的研制。

关键词：虚拟仪器；电子测量；现实意义

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01

科学信息化技术的不断发展，电子测量方法已经呈现出各种各样的姿态，早在20世纪80年代，美国著名的NI公司就率先提出了“软件就是仪器”这一虚拟仪器概念，通过这个概念，可以为用户提供其所需要的仪器系统，进而把计算机系统强大的计算处理信息的能力和仪器的测量、控制能力有机结合到一起，这样不仅仅减少了仪器设备的体积，而且大大减少了企业的成本[1]。虚拟企业实质上是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种各样的测试、测量和自动化的应用，利用计算机的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，展示出检测结果，然后再利用计算机的运算、分析、处理信息的能力，对信息进行采集和测量，最终完成各种测试。此次研制使用的是一台工控机连接了4套测试平台，进而测量每套测试平台的各项数据，绘制出相应的波形，最终得出的数据经过自动处理后存放在报表文件中。

一、系统硬件组成

系统硬件的组成分成三个部分：电源部分、信号部分以及测试部分。

电源部分指的是在整个测试过程中提供高精度的电源，保持在50mV以内，电源纹波的有效值小于5mV，输出的电流量在500mA以上。

信号部分使用的是DDS方波发生器，由77E58单片机控制DDS芯片AD9850，生成频率为5MHz、精度为1Hz可调节的方波。在此次研究设计中，单片机以及测试系统之间利用串口保持通信，自动测量的时序信号使用FPGA来实现，使用这种方法产生的时序波形相对来说较为稳定，容易实现。对于此次的研究设计，采用的是一托四的系统，FAGA的逻辑进行编程[1]。

对于测试部分，该部分将返回整个系统的测量值。使用的是GPIB总线与计算机相连进行通信，不同的测量设备会发出不同的参数，通过计算机发送的不同指令进行相应的测量，最终经过分析处理，显示给用户，同时还会根据产品的指标对最终的测量结果自动进行评判，如果评判的最终结果超出了误差的范围，那么在屏幕上就会提示用户是否继续进行测量或者悬着检测设备连接，如果在正常值范围内，用户则把认可的数据存放在报表文件中，并进行备份。该系统的总体结构如图1所示。

二、系统实现难点

（一）在实际的实际控制过程中，在保证高速的闭环控制的同时，还要实现对大量数据完成有效的采集、存储、分析、处理工作，对于一台计算机而言，可能存在着诸多矛盾，所以此次研究设计就希望能够找到一个权衡点，通过合理布局的方法完成系统设计的要求。

（二）此次设计采用的是四托一的方式，所以对于信号而言，存在着一个共同问题，即信号的接受。有些信号是被测产品自身就已经拥有的，还有些信号是控制系统产生出来的，每一个产品的待测信号路都有很多种，所以此次研究设计使用了多片FPGA来进行扩展，进而让信号实现同步锁存输出。

（三）为了满足用户的需求，采用了高性能射频接插件，将最终形成的信号直接发送到被测试的设备里，然后用户通过手动的方法进行相应的连接。电源输出采用的是负反馈的方式供电，保证稳定的电压值。

三、系统软件设计

考虑在实际的操作情况，后台对环境参数的监控不能够过多地占用CPU资源，所以在此次研究设计中采用的是VB中的Timer控件，为监控进程分配尽可能少的时间，每隔一分钟进行一次监控操作。当发现环境参数超出了误差的范围时，需要人工调整环境参数设置，进而让其能够快速地返回到预设值，研究中采用的是变尺度逼近的方法，在距离待调节值较远的地方使用较大的步长，如果情况相反，则采用较小的步长[2]。

系统使用的是小型的Microsoft Access数据库进行备份，采用基于编程技术进行编程，数据库引擎为Microsoft jet 4.0 OLEDB Provider，实现对数据库的搜索、修改、删除等操作。在卡板的控制上，在VB6中采用ActiveX DLL编程技术，生成ActiveX DLL文件，同时相应的COM组件，最终在中调用，解决关键的通信问题[3]。

四、结束语

本次研究设计采用了分时检测和高效的优化反馈控制的方法，这种设计方法在保证了安全可靠的基础上，同时也给用户提供了一个有效的监控平台，最终的控制精度也完全符合硬件组成的具体标准[4]。该系统已经通过了用户的验收，并开始使用，用户反应性能良好，数据精确，大大地减少了工作人员的劳动强度，降低了企业的生产成本和经济效益。

参考文献：

[1]肖浩，李锦涛，罗海勇.基于虚拟仪器架构的电子测量工作站设计[J].计算机工程，2008（14）：234-236.

[2]杨鹭怡.基于虚拟仪器的电子技术网络实验系统的设计与实现[A].中国仪器仪表学会.2010全国虚拟仪器大会暨MCMI2010’会议论文集[C].中国仪器仪表学会2010，04：24-27.

[3]梁涛，朱玉振，李成.基于虚拟仪器的纳米器件电学性能测量系统的实现[J].北京大学学报（自然科学版）网络版（预印本），2009，01：33-38.

[4]张伟东，袁昊，周荫清.基于虚拟仪器的电子测量系统[J].电子测量技术，2010，04：44-45.

[作者简介]郑春梅（1975-），女，山西忻州人，太原理工大学硕士，忻州职业技术学院，讲师，研究方向：数字通信与信息编码。