網(wǎng)絡(luò )化-測量技術(shù)與儀器發(fā)展的新趨勢

1. 引言
　　20世紀70年代以來(lái)，計算機、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展。在它們的推動(dòng)下，同時(shí)也是為適應現代化工農業(yè)生產(chǎn)甚至戰爭的新需求，測量技術(shù)與儀器不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、PC儀器、VXI儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機化儀器及其自動(dòng)測試系統，計算機與現代儀器設備間的界限日漸模糊，測量領(lǐng)域和范圍不斷拓寬。近10年來(lái)，以Internet為代表的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的出現以及它與其他高新科技的相互結合，不僅己開(kāi)始將智能互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品帶入現代生活，而且也為測量與儀器技術(shù)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展空間和機遇，網(wǎng)絡(luò )化測量技術(shù)與具備網(wǎng)絡(luò )功能的新型儀器應運而生。

　　2. 計算機、微電子、通信和網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)是網(wǎng)絡(luò )化測量技術(shù)與儀器產(chǎn)生并迅速發(fā)展的強勁支撐

　　2.1“計算機就是儀器”

　　自從迅猛發(fā)展的計算機技術(shù)及微電子技術(shù)滲透到測量和儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，便使該領(lǐng)域的面貌不斷更新。相繼出現的智能儀器、總線(xiàn)儀器和虛擬儀器等微機化儀器，都無(wú)一例外地利用計算機的軟件和硬 

　　件優(yōu)勢，從而既增加了測量功能，又提高了技術(shù)性能。由于信號被采集變換成數字形式后，更多的分析和處理工作都由計算機來(lái)完成，故很自然使人們不再去關(guān)注儀器與計算機之間的界限。近年來(lái)，新型微處理器的速度不斷提高，采用流水線(xiàn)、RISC結構和cachE等先進(jìn)技術(shù)，又極大提高了計算機的數值處理能力和速度。在數據采集方面，數據采集卡、儀器放大器、數字信號處理芯片等技術(shù)的不斷升級和更新，也有效地加快了數據采集的速率和效率。與計算機技術(shù)緊密結合，已是當今儀器與測控技術(shù)發(fā)展的主潮流。對微機化儀器作一具體分析后，不難見(jiàn)，配以相應軟件和硬件的計算機將能夠完成許多儀器、儀表的功能，實(shí)質(zhì)上相當于一臺多功能的通用測量?jì)x器。這樣的現代儀器設備的功能已不再由按鈕和開(kāi)關(guān)的數量來(lái)限定，而是取決于其中存儲器內裝有軟件的多少。從這個(gè)意義上可認為，計算機與現代儀器設備日漸趨同，兩者間已表現出全局意義上的相通性。據此，有人提出了“計算機就是儀器”／軟件就是儀器”的概念。

　　2.2“計算機就是測控系統的中堅”

　　總線(xiàn)式儀器、虛擬儀器等微機化儀器技術(shù)的應用，使組建集中和分布式測控系統變得更為容易。但集中測控越來(lái)越滿(mǎn)足不了復雜、遠程（異地）和范圍較大的測控任務(wù)的需求，對此，組建網(wǎng)絡(luò )化的測控系統就顯得非常必要，而計算機軟、硬件技術(shù)的不斷升級與進(jìn)步、給組建測控網(wǎng)絡(luò )提供了越來(lái)越優(yōu)異的技術(shù)條件。

　Unix 、Windows NT、Windows2000、Netware等網(wǎng)絡(luò )化計算機操作系統，為組建網(wǎng)絡(luò )化測試系統帶來(lái)了方便。標準的計算機網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，如OSI的開(kāi)放系統互連參考模型RM、Internet上使用的TCP／IP協(xié)議，在開(kāi)放性、穩定性、可靠性方面均有很大優(yōu)勢，采用它們很容易實(shí)現測控網(wǎng)絡(luò )的體系結構。在開(kāi)發(fā)軟件方面，比如NI公司的Labview和LabWindows／CVI，HP公司的VEE，微軟公司的的VB、VC等，都有開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )應用項目的工具包。軟件是虛擬儀器開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，如Labview和LabWindows／CVI的功能都十分強大，不僅使虛擬儀器的開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)單方便，而且為把虛擬儀器做到網(wǎng)絡(luò )上，提供了可靠，便利的技術(shù)支持。LabWindows／CVI中封裝了TCP類(lèi)庫，可以開(kāi)發(fā)基于TCP／Ip的網(wǎng)絡(luò )應用。Labview的TCP／IP和UDP網(wǎng)絡(luò )VI能夠與遠程應用程序建立通信，其具有的Internet工具箱還為應用系統增加了E-mail、FTP和Web能力；利用遠程自動(dòng)化VI，還可對控制其他設備的分散的VI進(jìn)行控制。Labview5．1中還特別增加有網(wǎng)絡(luò )功能，提高了開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )應用程序的能力。

　　將計算機、高檔外設和通信線(xiàn)路等硬件資源以及大型數據庫、程序、數據、文件等軟件資源納入網(wǎng)絡(luò )，可實(shí)現資源的共享。其次，通過(guò)組建網(wǎng)絡(luò )化測控系統增加系統冗余度的方法能提高系統的可靠性，便于系統的擴展和變動(dòng)。由計算機和工作站作為結點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )也就相當于現代儀器的網(wǎng)絡(luò )。計算機已成為現代測控系統的中堅。

　　2.3網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已越來(lái)越成為測控技術(shù)滿(mǎn)足實(shí)際需求的關(guān)鍵支撐

　　當今時(shí)代，以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò )的迅速發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的日益完善，突破了傳統通信方式的時(shí)空限制和地域障礙，使更大范圍內的通信變得十分容易，Internet擁有的硬件和軟件資源正在越來(lái)越多的領(lǐng)域中得到應用，比如電子商務(wù)、網(wǎng)上教學(xué)、遠程醫療、遠程數據采集與控制、高檔測量?jì)x器設備資源的遠程實(shí)時(shí)調用，遠程設備故障診斷，等等。與此同時(shí)，高性能、高可靠性、低成本的網(wǎng)關(guān)、路由器、中繼器及網(wǎng)絡(luò )接口芯片等網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)設備的不斷進(jìn)步，又方便了Internet、不同類(lèi)型測控網(wǎng)絡(luò )、企業(yè)網(wǎng)絡(luò )間的互聯(lián)。利用現有Internet資源而不需建立專(zhuān)門(mén)的拓撲網(wǎng)絡(luò )，使組建測控網(wǎng)絡(luò )、企業(yè)內部網(wǎng)絡(luò )以及它們與Internet的互聯(lián)都十分方便，這就為測控網(wǎng)絡(luò )的普遍建立和廣泛應用鋪平了道路。

　　把TCP／IP協(xié)議作為一種嵌入式的應用，嵌入現場(chǎng)智能儀器（主要是傳感器）的ROM中，使信號的收、發(fā)都以TCP／IP方式進(jìn)行，如此，測控系統在數據采集、信息發(fā)布、系統集成等方面都以企業(yè)內部網(wǎng)絡(luò )（Intranet）為依托，將測控網(wǎng)和企業(yè)內部網(wǎng)及Internet互聯(lián)，便于實(shí)現測控網(wǎng)和信息網(wǎng)的統一。在這樣構成的測控網(wǎng)絡(luò )中，傳統儀器設備充當著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中獨立節點(diǎn)的角色，信息可跨越網(wǎng)絡(luò )傳輸至所及的任何領(lǐng)域，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)（包括遠程）的在線(xiàn)測控成為現實(shí)，將這樣的測量技術(shù)與過(guò)去的測控、測試技術(shù)相比不難發(fā)現，今天，測控能節約大量現場(chǎng)布線(xiàn)、擴大測控系統所及地域范圍。使系統擴充和維護都極大便利的原因，就是因為在這種現代測量任務(wù)的執行和完成過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò )發(fā)揮了不可替代的關(guān)鍵作用，即網(wǎng)絡(luò )實(shí)實(shí)在在地介入了現代測量與測控的全過(guò)程頻譜分析儀| 電池測試儀| 相序表| 萬(wàn)用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場(chǎng)測試儀。

　　基于Web的信息網(wǎng)絡(luò )Intranet，是目前企業(yè)內部信息網(wǎng)的主流。應用Internet的具有開(kāi)放性的互聯(lián)通信標準，使Intranet成為基丁TCP／IP協(xié)議的開(kāi)放系統，能方便地與外界連接，尤其是與Internet連接。借助Internet的相關(guān)技術(shù)，Intranet給企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理能帶來(lái)極大便利，已被廣泛應用于各個(gè)行業(yè)。Internet也已開(kāi)始對傳統的測控系統產(chǎn)生越來(lái)越大的影響。目前，測控系統的設計思想明顯受到計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的影響，基于網(wǎng)絡(luò )化、模塊化、開(kāi)放性等原則，測控網(wǎng)絡(luò )由傳統的集中模式轉變?yōu)榉植寄Ｊ�，成為具有開(kāi)放性、可互操作性、分散性、網(wǎng)絡(luò )化。智能化的測控系統。網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)上不僅有計算機、工作站，還有智能測控儀器儀表，測控網(wǎng)絡(luò )將有與信息網(wǎng)絡(luò )相似的體系結構和通信模型。比如目前測控系統中迅猛發(fā)展的現場(chǎng)總線(xiàn)，它的通信模型和OSI模型對應，將現場(chǎng)的智能儀表和裝置作為節點(diǎn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將節點(diǎn)連同控制室內的儀器儀表和控制裝置聯(lián)成有機的測控系統。測控網(wǎng)絡(luò )的功能將遠遠大于系統中各獨立個(gè)體功能的總和。結果是測控系統的功能顯著(zhù)增強，應用領(lǐng)域及范圍明顯擴大。

　　Jini軟件技術(shù)問(wèn)世。Jini軟件技術(shù)旨在使各種電器設備、測量?jì)x器及采用JAVA芯片的各種裝置能連接上網(wǎng)，Jini軟件連同以Java語(yǔ)言編寫(xiě)的簡(jiǎn)單程序，可使聯(lián)網(wǎng)的任何儀器設備實(shí)現其自身功能的同時(shí)，還能為其他儀器設備加以利用。

　　網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的出現，正在并將極大地改變人們生活的各個(gè)方面。具體到計量測試、測控技術(shù)及儀器儀表領(lǐng)域，微機化儀器的聯(lián)網(wǎng)，高檔測量?jì)x器設備以及測量信息的地區性、全國性乃至全球性資源共享，各等級計量標準跨地域實(shí)施直接的數字化溯源比對，遠程數據采集與測控，遠程設備故障診斷，電、水、燃氣、熱能等的自動(dòng)抄表，等等，都是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)步并全面介入其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的必然結果。