基于单位在仪器仪表检定应用实例,研究并实现了yi种基于测试软总线的可重构仪器仪表自动检定系统。该自动检定系统zui大的特点在于系统可重构。如今自动测试系统已进入下yi代自动测试系统的研究阶段,缩短系统开发周期,减少测试时间,节约测试成本成为自动测试系统zui直接的需求,同样也是仪器仪表自动检定系统zui紧迫的需求。【电子元件】
而可重构的自动检定系统在软件或者硬件上可以实现zui大程度的复用,以及实现仪器仪表的可互换,从而避免了因系统升级或者检定需求的变更导致的软硬件重复开发及购置,极大地增强自动检定系统的灵活度,减少开发时间,并节约了开发成本。测试软总线的应用,使得仪器仪表自动检定系统支持各可重构功能部件的/即插即用0和服务接口的动态配置,从而实现系统在检定目标和任务变化时的快速重构。软总线的应用还使得仪器仪表自动检定系统可以在不同的操作系统平台上进行移植,可以让不同语言编写的组件接入系统,从而实现该系统的可扩展性。【电子元件】
仪器仪表自动检定系统概论
随着半导体技术、计算机技术、通信技术、网络技术和软件技术的飞速发展,现代仪器仪表的功能越来越强大,智能化程度和集成度也越来越高,因而高精度的仪器仪表在科学研究、工业生产得到了广泛的应用。为了让这些仪器仪表工作在合格的状态,对它们定期、快速、全面的检定,保证其量值溯源,就是摆在测试工程师面前的yi项紧迫任务。
对于现代化装备而言,老式的仪器仪表,不论从精度上还是功能上已远远不能满足现代测试的需要,于是,具有更高精度、功能更强大、适应能力更强的现代化仪器仪表开始在各领域中配备,如Agilent54642示波器和惠普的HP8656B信号发生器等。但是同时我们面临了三个挑战:shou先是如何检定这些仪器。为了保障测试的准确度必须对这些仪器进行检定,对这些zui新的高端仪器,由于我国电子工业水平和发达国家有很大的距离,对于高端仪器yi直依赖进口,其检定方法和流程都掌握在国外大公司手中,而国内并没有相关的检定标准、检定方法和流程。其次是如何实现综合检定。
有yi个现象,目前使用的仪表种类繁多,比如示波器、功率计、频率计、失真度仪、电压表、数字表、信号源、综合测试仪等都在广泛的使用。同时各单位仪器仪表由于经费等种种原因存在着新老仪器同时并存的现象。如何构建yi个通用的仪器仪表自动检定系统,不仅可以检定zui新装备的仪器仪表,而且可以检定正在使用的yi些老的仪表。zui后yi个挑战是如何借鉴国外的经验成果以及教训,采用通行的工业标准实现检定系统硬件的可互换性和测试软件的可移植性,保证用户在检定系统开发上的投资。在我国国防方面,军队的军事装备也在不断的朝现代化方向发展,为了保证部队的战斗力,仪器仪表的精度起着重要的作用。【电子元件】
作为自动测试系统的典型应用,现代仪器仪表自动检定系统也存在以下不足:
(1)生命周期内使用、维护费用较高
现有仪器仪表产品更新换代快,每台仪器仪表的检定流程及方法都不尽相同,必须开发有针对性的检定系统。而部队更新装备及仪表的速度由于种种原因比较缓慢,即使更新后还存在老式装备及仪表的使用需求,随着检定系统软硬件的过时,系统的维护费用将不断攀升。
(2)应用范围有限、适应能力不足
现有仪器仪表检定系统以各仪表为单位,针对不同的仪器仪表及装备,缺乏系统间的互操作性,无法适应现代仪器仪表多种类、多功能的需要。
(3)故障诊断的效率和准确性有待提高
现有的自动检定程序中,诊断软件是以预定义的故障字典或故障树为依据的,被检对象的内置检定数据、维修人员的经验、维修履历资料、被检对象的设计知识等相关检定诊断信息与知识无法得到充分的利用,检定控制计算机强大的计算、存储能力也远未得到充分的发挥,不仅不能适应复杂故障的诊断需要,而且检定诊断的效率较低。
图1 下yi代自动测试系统体系结构框架
BroadyibasedEnvironmentforTest)标准的开放式通用测试软件平台,针对与硬件平台无关的自动测试系统测试程序集(TestProgramset)的开发。民用方面,华中科技大学机械学院与深圳蓝津信息技术有限公司联合研制了/快速可重构虚拟仪器系统0。其设计思想是将系统分为yi个软件装配底盘和若干实现du立功能的软部件模块,实现yi个基于软件总线结构的装配式可重构虚拟仪器系统。其中软件装配底盘设计为COM容器,软部件模块由COM组件实现。目前,该技术已被应用在武汉华中数控公司开发的数控机床远程监测诊断系统中。综上所述,测试软件在自动测试系统中处于越来越重要的地位,且朝着通用、可重构的方向发展。
可重构仪器仪表自动检定系统关键方案的研究
(yi)可重构的方案)/软总线+软组件
从以上可知,自动检定系统的可重构可以从硬件和软件方面着手来实现。针对仪器仪表自动检定系统,我们认为从软件方面考虑来实现系统的可重构更方便。可重构软件是可重构仪器仪表自动测试系统的重要组成单元。对可重构软件的要求是:当可重构自动检定平台的结构或者检定目标发生变化时,通过改变相应的软件,配合可重构自动检定系统进行快速重构以满足检定的要求。随着软件工程的不断发展,可重构技术越来越成为人们研究的重点。软件总线正是建立在软件重用的思想上,包括构件的重用、软件系统结构的重用等。
各种符合软件总线接口规范的组件在软件总线上可以实现/即插即用0(PfugandPlay)。应用软件总线的思想开发软件可以大大提高系统的重用率和并行开发程度,从而可以缩短开发周期,提高软件产品的品质,降低成本。故本文采用/软总线+软构件0的方法来实现仪器仪表自动检定系统的可重构。基于/测试软总线+软组件0体系结构的仪器仪表自动检定系统开发包括以下3个主要步骤:
(1)检定功能组件的获取。
主要有3个来源:由平台或开发工具提供系统通用
组件;通过领域工程和再生工程获取的领域通用组件和领域专用组件;针对系统
需要新开发的组件;
(2)检定功能组件的修改与裁剪。
由于组件在编制时针对的用户需求不同及基于的上下文假设不同,在新检定系统组装过程中常出现组件的评价方法不精确以及检定系统期望不明确等问题,此时常常需要对组件进行改写,常用的方法由白盒法、黑盒法和灰盒法。组件的裁剪是指使用者以组件提供者所提供的方法来增强组件的功能,包括脚本(script)、插件(Pfugyiin)的使用和继承(Inheritance)3种方式;
(3)检定功能组件的组装。
将测试软总线作为组件的组装架构,将各检定功能模块通过标准的软总线接口挂接在总线上,同时将yi些通用、专用的检定功能模块封装起来,zui终组成yi个完整的仪器仪表自动测试系统。关于软件总线的特点和优势将在第三章中再详细阐述,基于组件的软件开发方法(CBSD,eomponentyibasedsoftwaredevelopment)与传统从头做起的方法优势在于,组件可以由不同的开发者使用不同的语言和平台来开发,开发好的组件放入到组件库(ComponenirePosito动,并可以从库中取出安装到目标软件系统中,如图2。
图2 基于组件的软件开发
组件是yi种能够提供某种服务的自包含的软件模块,它封装了yi定的数据(属性)和方法,隐藏了具体的实现细节,并提供特定的接口,开发人员利用这yi特定的接口来使用组件,并使其与其它组件交互通讯,以此来构造应用程序。开发人员还可以对组件单du进行升级,改进原来的功能,却不影响整个应用系统的运行,只要保证组件对外界的接口保持不变。这使得应用程序可以随时向前发展进化。组件的概念是du立于编程语言的,也就是说,用不同语言编写的组件应能在yi起协同工作,或者说用yi种语言编写的组件能在用另yi种语言编写的应用程序中很好地工作。组件和对象的区别在于:对象封装了yi组相关的函数,而组件则封装了yi组相关的对象,正是这yi差异使得组件技术有可能比面向对象技术更广泛地被接受。
基于组件的软件开发可以很好的减少开发成本,缩短软件系统开发时间,提高可靠性、可维护性。这种方法在科研和商业领域都引起了广泛的关注。组件技术的具体实现常用的有.NET组件技术和COM组件技术。虽然.NET组件的开发比coM组件的开发要简单,但前者属于解释型的并且还依赖于.NET运行环境,这势必会影响可重构软件的平台无关性。考虑效率等因素,选择微软的COM技术来实现组件是较好的选择。COM(ComponentobjectModel)即组件对象模型,是yi种以组件为发布单元的对象模型。
这种模型使各个组件可以用yi种统yi的方式进行交互。COM既提供了组件之间进行交互的规范,也提供了实现交互的环境。通常所说的COM组件,应称为基于COM的组件,是遵循COM规范编写的、以Win32动态链接库(DLL)或可执行文件(EXE)形式发布的可执行的二进制代码。当COM组件的版本发生更新时,其客户程序仍然可以保持不变,因为原来的接口并未发生变化,新增的功能将以新接口的形式出现[25yi]。早在几年以前,微软就提出了CoM的概念,经过多年软件开发的积淀,COM已经日益完善和成熟。目前Microsoft的几乎所有应用程序都使用了COM。
(二)系统互连的方案)/GPIB0
仪器仪表自动测试系统的总线技术主要包括GPIB、Rs232、usB、以太网络和Firewire(IEEEyi1394)等。GPIB总线技术与其他技术相比,虽然具有数据传输率低、无法提供多台仪器同步和触发的功能等缺点,但目前装有GPIB接口的台式仪器仪表的品种和数量占有绝大比例,在相当长的时间内,其仍是仪器、仪表及测控系统与计算机互连的主流并行总线技术[29>。而且对于仪器仪表自动检定系统来说,GPIB总线的数据传输速率己足够满足要求,而多台仪器的同步控制可以由程序来实现。
(1)GPIB总线的组成和连接要求
GPIB总线系统的连接基本配置要求是:
(a)设备间zui大距离不超过4m,平均距离不超过2m;
(b)总长度不超过20m;
(c)系统中设备的个数不能多于15,且要有不少于2/3的设备上电。
(2)GPIB的数据交换方式
GPIB总线连接的设备可以处于以下任何yi种角色之中或者同时扮演几种角色:
1)空闲(IDLE),什么事也不做;
2)听者(usTENER),从讲者处接收信息;
3)讲者(TALKER),向yi个或多个听者发送数据;
4)控者(CoNTRoLLER),作为GPIB总线的控制者[30]。可以有任意数量的设备处于空闲或听者状态中,但是在某yi时刻只能有yi个讲者和控制器。
讲者和控制器的角色可以在设备之间传递,每yi个设备在总线上的地位是经常变化的。每yi时刻的讲者和听者是由控者根据系统需要加以任命的。也可以组建yi个没有控制器的系统,但这时讲者和听者的角色是固定不变的。在GPIB总线上的设备可以具有不同的角色或功能:例如主控计算机可以同时具有控制器、听者、讲者三种功能;标准仪器和被检仪器可以作为讲者或听者;而打印机只能作为听者接受数据。
结论
本文基于实际工程项目)仪器仪表自动检定系统研究并设计了yi种基于软总线的动态可重构仪器检定系统,实现了系统的动态可重构功能,对下yi代通用自动测试系统的设计具有的借鉴意义。经验证,系统在检定仪器对象变更时,软件在可用组件存在的情况下,不需重新编译便能很快重构成yi个新的检定平台。以下是作者在撰写论文期间完成的主要任务:
(l)完成了软件可重构技术在自动测试系统软件中的研究与设计,并发表相关论文;
(2)完成了利用软件总线和组件技术实现可重构软件的研究与设计;
(3)完成了测试软总线的研究与设计;
(4)完成了虚拟仪器驱动技术wlyic0M技术的理论与应用研究;
(5)完成了工程项目)仪器仪表自动检定系统的硬件平台搭建及软件平台设计;
(6)完成了仪器仪表自动检定系统软件平台部分应用组件的设计与编码实现;
(7)完成了多台仪器仪表的wlyiCOM驱动的设计与编码实现;
(8)完成了多台仪器仪表的Flash组件设计与实现;
(9)完成了部分测试验证工具的编写;
(10)完成了部分文档的编写及归档。
然而正如文中所述,该系统只实现了部分组件可重构,完全可重构的自动检定系统还需对主程序部分的功能组件再加以明确的划分,从而实现软总线对所有组件的统yi管理。
参考文献：
[1] 中国电器交易网http://www.zgdqjy.com
[2]张毅刚,彭喜元.自动测试系统〔M8.哈尔滨工业大学出版社,2001.
[3]WilliamA.Ross.ThellnPaetofNextGenerationTestTeehnologyonAviationMaintenanee.IEEEAUTOTESTCON.2003:2-9.
[4]赖根,肖明清等.国外自动测试系统发展现状综述[J1.探测与控制学报,2005:2-30.
[5]于功敬等.虚拟仪器测试环境软总线体系结构[J].计算机测量与控制,2006,14(2):141~143.
[6]何岭松.可重构虚拟仪器系统[J].机械工程学报,2005,41(9):70-81.
[7]方强,何岭松.软硬件可重构的远程测控系统研究[J].机床与液压,2005,(l):92-127.
[8]苏林,尚朝轩,翟毅华.基于数据库的自动测试系统软件平台的设计与实现[J].军械工程学院学报,2007,19(3):35-45.
[9]陈春.可重构通用测试软件技术的研究[D].哈尔滨工业大学,2007.
[10]张剑锋,宾鸿赞.可重构软件及其在测控仪中的应用[l].现代制造工程,2003,(10):68-70.
相关推荐：低压电器、高压电器、电子元器件、仪器仪表、电子电器
相关文章：
产品推荐：
真空电器_专业生产高低压/真空电器，矿用防爆开关及汽车/机车裸铜线软连接
真空电器_真空电器阻容吸收|冶炼专用阻容吸收装置尽在保定奥兰
真空电器_真空接触器
