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余啟剛

1  總線與儀器的發(fā)展
當(dāng)今信息時(shí)代最重要的是對(duì)信息的采集、傳輸、存貯與處理。儀器儀表作為測(cè)控系統(tǒng)的主要信息來源與基本手段，數(shù)字計(jì)算機(jī)與儀器、儀表之間實(shí)現(xiàn)連接與通信的結(jié)構(gòu)單元――總線的進(jìn)步，已成為儀器儀表發(fā)展的主要標(biāo)志，由此產(chǎn)生了一系列標(biāo)準(zhǔn)接口總線的變遷。
CAMAC（Computer Automated Measure and Control）是70年代的一種典型測(cè)試系統(tǒng)的連接方式，它將各種儀器和接口功能的組件插在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱中，通過數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)連接和通信。但因其功能的局限性，如數(shù)據(jù)線與當(dāng)前32位不匹配（24位），模塊智能化程度低，軟件功能不強(qiáng)，編程繁瑣以及電源的電磁兼容性、抗振散熱不理想等一系列缺點(diǎn)，限制了系統(tǒng)可靠性的提高。使其逐步被由計(jì)算機(jī)控制的、有較高傳輸速率的通用接口總線GPIB（General Purpose Interface Bus）所取代。從此，儀器、儀表從單純的接收、測(cè)試方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的控制、分析、處理、計(jì)算與顯示輸出等多功能應(yīng)用，從儀器個(gè)別電量的測(cè)量變?yōu)槿到y(tǒng)特征參數(shù)的系統(tǒng)測(cè)量，并在傳統(tǒng)時(shí)域、頻域測(cè)量之外加上數(shù)據(jù)域（data domain）的測(cè)試。從而利用計(jì)算機(jī)軟硬件資源，使電子測(cè)量由獨(dú)立的手工操作向組成大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方向邁進(jìn)。
在此基礎(chǔ)上，NI公司利用HS488協(xié)議，使GPIB的數(shù)據(jù)傳輸速率提高到ISA總線的1.6Mbps和EISA總線的3.4Mbps，最高達(dá)8Mbps。并在吸取CAMAC、GPIB以及工業(yè)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線VME的全部?jī)?yōu)點(diǎn)后，增加了零槽模塊功能、配電、冷卻和電磁兼容一系列新特性，推出當(dāng)今國(guó)際上開放式模塊系統(tǒng)的新標(biāo)準(zhǔn)總線VXI（VEM Extension for Instrumentation）。
VXI系統(tǒng)一出現(xiàn)就與GPIB有著密切的聯(lián)系，插于通用計(jì)算機(jī)的MXI接口板，用MXI電纜NI-VXI/VISA驅(qū)動(dòng)程序與位于VXI零槽的VXI-MXI的模塊結(jié)合起來成為多系統(tǒng)擴(kuò)展接口總線，實(shí)現(xiàn)多個(gè)VXI機(jī)箱間的32位數(shù)據(jù)交互。由于它可直接映射VXI內(nèi)存空間，從而在提高數(shù)據(jù)傳輸速率方面發(fā)揮了強(qiáng)大作用。
NI公司還推出一種既具有VXI系統(tǒng)控制功能，又具有一臺(tái)通用PC全部功能的嵌入式控制器，并進(jìn)一步應(yīng)用于VXI自動(dòng)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的建立。
該公司還開發(fā)出一種被譽(yù)為“科學(xué)家與工程師的語言”的圖形化編程平臺(tái)――LABVIEW，使各領(lǐng)域的專業(yè)工程師通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標(biāo)，從而可方便迅速地建立高水平的應(yīng)用程序。它由人機(jī)界面視窗、方塊圖視窗及各種工具箱組成，并提供大量針對(duì)測(cè)試測(cè)量和過程控制的儀器面板中的控制對(duì)象，使用戶可控制編輯器，將現(xiàn)有控制對(duì)象修改成適合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。還可在源代碼中的數(shù)據(jù)流連線上設(shè)置探針，在程序運(yùn)行過程中觀察數(shù)據(jù)流的變化。對(duì)用戶更為有利的是可調(diào)用它所存貯的大量基本函數(shù)、字符串函數(shù)、文件I/O到高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理函數(shù)和分析庫，以及世界上50多家知名廠商的600多種GPIB儀器、串行口儀器、VXI儀器CAMAC設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，極其方便地幫助組建具有TCP/IP、VDP網(wǎng)絡(luò)與VI應(yīng)用系統(tǒng)通信能力和具備利用E-mail、FTP、Web等能力的Internet工具箱的應(yīng)用系統(tǒng)。
2  虛擬儀器（VI）及其智能化
當(dāng)前，在各行各業(yè)科研、生產(chǎn)領(lǐng)域中，由硬件的軟件化、軟件的模塊化而產(chǎn)生的虛擬儀器（Virtual Instrument, 縮寫為VI）因其靈活、高效、易用等一系列優(yōu)異特性，使其應(yīng)用范圍日益廣泛。特別在PLC控制或驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，人們應(yīng)用指令代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器，在通用計(jì)算機(jī)上安裝一組軟件或硬件，使用者就如同操作一臺(tái)自己設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬系統(tǒng)中，硬件最終只是用于解決信號(hào)的輸入、輸出，特別是對(duì)于傳感元件，主要依靠計(jì)算機(jī)軟件完成各相應(yīng)組件的功能，軟件成了儀器組成的關(guān)鍵部件，“軟件就是儀器”成為對(duì)虛擬儀器的形象描述。通過修改軟件，可方便地增減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模，虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較，見表1。

表1

目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)（VME在儀器系統(tǒng)領(lǐng)域的擴(kuò)展）以及它們之間的任意組合。
國(guó)內(nèi)外智能虛擬儀器IVI（Intelligent Virtual Instruments）正在蓬勃興起。例如IVI應(yīng)用一系列在人機(jī)交互作用下自動(dòng)生成儀器驅(qū)動(dòng)器代碼，自動(dòng)完成各種狀態(tài)檢查，發(fā)現(xiàn)編程錯(cuò)誤?？筛鶕?jù)用戶需要，隨意切換各種模式，并在“正?！睜顟B(tài)下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多線程同時(shí)安全、高速運(yùn)行，并行測(cè)試。且可在強(qiáng)大的仿真功能支持下，不必連接實(shí)際儀器，開發(fā)測(cè)試程序。
又如結(jié)合計(jì)算機(jī)與專用集成電路（ASIC）優(yōu)點(diǎn)的可重構(gòu)計(jì)算機(jī)，不僅可根據(jù)不同的計(jì)算任務(wù)，對(duì)大量的可編程邏輯單元陣列（FPGA）作出靈活的相應(yīng)配置，而且通過指令級(jí)、地特級(jí)、流水線級(jí)以致任務(wù)級(jí)的并行計(jì)算，使運(yùn)行速度達(dá)通用計(jì)算機(jī)的數(shù)百倍以上。更可隨機(jī)按需高速、遠(yuǎn)程聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)上各類儀器，從而為當(dāng)今電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的迅速發(fā)展以及科技、經(jīng)濟(jì)的全球化發(fā)展創(chuàng)造了高速、高效和便捷的優(yōu)越條件。
3  自動(dòng)測(cè)試儀器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化連接、測(cè)量與控制
將儀器與計(jì)算機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)，可以將各自的資源和潛力得以充分發(fā)揮、靈活調(diào)用和合理配置。產(chǎn)生1+1>2的組合優(yōu)勢(shì)。例如目前連接到Web的數(shù)字萬用表和示波器，通過因特網(wǎng)讀取儀器測(cè)量值，使用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代替過去單獨(dú)使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，甚至可以跨越以太網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)，實(shí)施遠(yuǎn)程測(cè)量。
網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)量環(huán)境將每臺(tái)網(wǎng)上計(jì)算機(jī)和儀器儀表有機(jī)地聯(lián)系在一起。例如在某地采集數(shù)據(jù)后送往另一需要這些數(shù)據(jù)的地方，把相同數(shù)據(jù)按需拷貝多份送往各需要部門；或者定期將測(cè)量結(jié)果送往遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫保存，供需要時(shí)隨時(shí)調(diào)用。即使身處異地的不同用戶，也可以同時(shí)對(duì)同一過程進(jìn)行監(jiān)控。
接入網(wǎng)絡(luò)的儀器儀表與計(jì)算機(jī)軟硬件資源、性能差別很大，有的硬盤容量大，有的內(nèi)存容量寬裕，有些處理器性能優(yōu)越等。然而一旦組成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，即可對(duì)不同的計(jì)算機(jī)分配不同的任務(wù)，不同功能的儀器統(tǒng)一調(diào)用，從而使測(cè)量系統(tǒng)的性能達(dá)到最佳，區(qū)別輕重緩急和位置遠(yuǎn)近統(tǒng)一合理調(diào)配，及時(shí)應(yīng)用。人們目前可以控制儀器設(shè)備在網(wǎng)上任何地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和顯示，Ethernet(以太網(wǎng))能把各種性能的計(jì)算機(jī)和各種功能的儀器儀表最有效地連接到同一網(wǎng)絡(luò)中，以至連接到因特網(wǎng)上，RS232、RS486以及IEEE1394等也可以串行方式將各種儀器與計(jì)算機(jī)連入串行網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮它們各自在通信方面的優(yōu)勢(shì)，也可應(yīng)用局域網(wǎng)（LAN）連接各個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，用GPIB-LAN控制多個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)或用GPIB-LAN控制器（GPIB-ENET）將使用TCP/IP的計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換為一個(gè)GPIB的講者/聽者/控者，實(shí)現(xiàn)完全的GPIB控制器功能和基于以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議。
4  儀器儀表全面智能化
儀器與測(cè)量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，大大提高了測(cè)量的精度與自動(dòng)化水平，隨著虛擬儀器的迅猛發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)資源的統(tǒng)一優(yōu)化，為儀器儀表智能化水平的迅速提高，創(chuàng)造了更加優(yōu)越的條件。融合了計(jì)算機(jī)、通信和控制（簡(jiǎn)稱3C）技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀器儀表具有智能化測(cè)控功能和開放的通信接口，現(xiàn)場(chǎng)總線分布式控制系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)實(shí)地分散完成測(cè)量與控制任務(wù)，由上位機(jī)完成復(fù)雜的優(yōu)化運(yùn)算、監(jiān)督和管理，遵循開放的通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀器之間，現(xiàn)場(chǎng)儀器與上位機(jī)之間高速通信聯(lián)系，上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)接口與企業(yè)局域網(wǎng)相連，從而實(shí)現(xiàn)高度統(tǒng)一、完全集成的企業(yè)自動(dòng)化信息系統(tǒng)，再經(jīng)由因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全球化連網(wǎng)，獲得信息、資源最優(yōu)化合理調(diào)配與共享。
多媒體技術(shù)使人機(jī)交互界面更加自然、方便、密切，更加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)信息、規(guī)則與人腦知識(shí)的迅速、密切的交流、補(bǔ)充，特別是虛擬儀器的軟件化、模塊化，使儀器儀表可根據(jù)人的需求，自動(dòng)、迅速地修改其構(gòu)成。隨著其智能化水平的提高，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使人腦更深入、更細(xì)微地體驗(yàn)對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)，糾正經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)的偏差，更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)利用客觀規(guī)律，改造客觀世界，為人類利益服務(wù)。
人們更可利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、并行處理、分布存貯、聯(lián)想記憶、反饋求精、黑箱映射、權(quán)值平衡、動(dòng)態(tài)逼近以及全息容錯(cuò)防失等一系列獨(dú)特的優(yōu)越性，使儀器測(cè)控系統(tǒng)智能化水平獲得更大的提高。
除此之外，當(dāng)今的智能科技已是分支林立，蓬勃發(fā)展。除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之外，還有模糊邏輯、遺傳算法、專家系統(tǒng)、仿人智能、粗糙集理論、物元可拓方法、知識(shí)工程、模式識(shí)別、定性控制、小波分析、分形系統(tǒng)、混沌理論、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等，它們都將使儀器儀表的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能化提升到一個(gè)全新境界。展望儀器儀表產(chǎn)業(yè)的明天，必將更加光輝燦爛，中國(guó)必將在儀器儀表的虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方面為人類作出更大的貢獻(xiàn)！

參考文獻(xiàn)：
[1]  蔣德清, 李雄. 虛擬儀器在測(cè)控系統(tǒng)中的發(fā)展趨向[J]. 成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報(bào), 2000,17(1):57-60.
[2]  田書林, 陳光禹, 徐建南. 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)[J]. 電子科技大學(xué)學(xué)報(bào), 1998,27(4):427-430.
[3]  沈蘭蓀. 儀器儀表智能化的進(jìn)展[J]. 測(cè)控技術(shù), 1999,18 (1):10-12.
[4]  王毅, 侯雄坡, 鐘國(guó)輝. 人工智能技術(shù)在儀器與測(cè)量中的應(yīng)用[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,36(3):318-321.
[5]  王鴻鈺. 網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量和控制[J]. 儀表技術(shù), 2001,(1):47-49
[6]  劉謀用, 吳越, 葛霽光. 現(xiàn)代儀器用實(shí)時(shí)分布式操作系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào), 1999,22(6):608-614