监控基于VI技术USB系统监控设计

摘 要：阐述了虚拟仪器技术发展的现状，结合USB系统现有监控手段的局限性提出构建基于VI技术的监控系统；分析了虚拟仪器监控系统网络模式；进行了USB系统监控设计；根据USB系统实际情况，利用LabVIEW软件对系统监控进行了模拟仿真。仿真结果表明，基于虚拟仪器技术的测控系统监控设计简洁高效，准确反映了实时信号的特征，大大拓展了系统监控台的功能，集成度高，能有效减少硬件设备的使用，节省大量装备经费，完全符合测控系统发展的需要。
关键词： 虚拟仪器技术； 监控系统； USB系统； LabVIEW
1004?373X（2013）04?0151?03
出现虚拟仪器的概念以后，由于其性价比、开放性等优势迅速成为测控仪器新的经济增长点。最早和最具影响的开发软件，是NI公司的LabVIEW软件和LabWindows/CVI开发软件。其中，LabVIEW软件应用最为广泛，它采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。监控系统是测控系统的重要组成部分，是测控系统的热门研究课题之一。在传统的监控系统中，硬件设备的研究是关键。随着虚拟仪器技术的出现和不断发展，软件平台的研究成了核心，在监控系统的研究中融入虚拟仪器的理念成为广大科技工作者关注的焦点。船载USB系统现有监控手段有以下局限性，其一，硬件设备昂贵，维护费用高；其二，技术更新困难，更新周期长；其三，监控功能有限，监控效率低。因此，将虚拟仪器技术与监控研究相结合构建基于虚拟仪器技术的监控系统是很有必要的。

1 虚拟仪器监控系统分析

在LabVIEW平台上建立监控系统，其软件技术基础是虚拟仪器技术和网络通信技术。虚拟仪器技术和网络通信技术用于联系和管理数据I/O卡、控制部件和通信网络等硬件，使它们相互协调、相互通信，从而实现人机之间的信息交换，以及通过网络的信息交换，实现监控功能。虚拟仪器的硬件模块有4类接口：插入式数据/图像采集板卡、VXI总线、串行通信端口GPIB和串行工业网络。目前，有许多适用于各种总线结构，在这些硬件的基础上，再加上必要的控制元件构成了测控系统的基本组件，利用丰富的Internet网络资源，依照一定的通信协议就可以迅速地建立监控系统。
NI公司提供的DataSocket，它由DataSocket API和DataSocket Server两部分组成[3]。其更好的实时性、更高的数据交换率、更安全的怎么写作控制管理措施使得它成为一个开发监控系统的优秀工具。DataSocket 前面板对象链接是一种无需编程的网络数据传输方法。它通过DataSocket Server 将两个程序的前面板对象链接起来，一个对象发送数据，另一个对象接收数据，从而实现对程序的监控等功能。

2 基于虚拟仪器技术的船载USB系统监控设计

虚拟仪器的体系结构如图1所示。它由被测对象、信号调理、信号采集与控制、通用或工控计算机、虚拟仪器软件、网络等软硬件单元有机组成。其中，模块化的硬件是虚拟仪器系统的关键，它们主要实现信号的调理、传输、采集和控制等；功能强大的软件是虚拟仪器的核心，它们主要实现信号的处理、分析和显示等。在实际应用过程中，硬件和软件是有机结合起来共同完成测控任务的[4]。
虚拟仪器软件标准主要有2种：VISA和IVI。其中，VISA技术在航天测控领域得到了广泛的应用， VISA的实质就是一个标准的I/O函数库（一般称这个I/O函数库为VISA库[5]）及其相关规范的总称。这些库函数用于编写仪器的驱动程序，完成计算机与仪器间的命令和数据传输，以实现对仪器的控制。VISA在整个测控系统中的位置如图2所示。
VXI零槽模块与其他仪器一起，构成了自动测试系统的硬件结构。在这些仪器中，既可以是GPIB仪器、VXI仪器，也可以是异步串行通信仪器等。VISA库作为底层I/O接口软件驻留在系统管理器——计算机系统中，是实现计算机系统与仪器之间命令与数据传输的桥梁和纽带。USB系统主要由接收分系统、伺服分系统、基带分系统、发射分系统和时频分系统等组成[6]，结合虚拟仪器构成和虚拟仪器的软件标准，设计监控总体架构如图3所示。

3 LabVIEW模拟仿真

LabVIEW是一种可以用图形来建立程序的软件开发工具。它使用数据流编程方法来描述程序的执行[7]。LabVIEW用图形语言（G语言）、图标和连线代替文本的形式编写程序。它能够完成一般的数学运算与逻辑运算和输入/输出功能，也有专门的数据采集和仪器控制库函数、开发上具有专门的数学分析程序包，能够满足复杂的工程计算和分析要求。LabVIEW环境下开发的程序称为VI，VI由程序前面板、框图程序和图标/连接器组成。按照使用形式不同，这些VI可以分为2类。一类为应用级VI也就是可供使用的虚拟仪器本身；另一类为子VI所示，类似于传统编程语言的函数或子程序，供上层VI调用，它具有严格的输入输出接口和类型。通过连接器就可以把一个复杂的应用程序逐步划分为一系列简单的子任务，为每一个子任务创建一个VI，再把它们装配到另一个框图程序中完成一个复杂的任务。此类功能，使得LabVIEW符合模块化的程序设计概念[8]。LabVIEW开发环境的前面板用于设置输入数值和观察输出量，模拟真实仪表的面板，其输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各种形象的图形形式出现在前面板上，如开关、按钮、旋钮、图表、图形等显示控件，这使得前面板直观易懂。每一个前面板的控件对应着后台面板的一个图标或函数，每一个前面板对应着—段框图程序。框图程序由端口、节点、图框和连线等构成。其中节点被用来实现函数和功能调用，端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点与外界通过端口进行数据交换。结合USB系统实际工作情况，设计测控系统监控的怎么写作器端为系统监控台，客户端为测控系统各分机。系统主要包括系统监控台监控、系统监控台参数设置和系统监控台分机监控3个模块[9]。为达到仿真效果，在程序框图中加入模拟信号，模拟实战任务中监控系统工作状态。系统监控台监控主界面由左、中、右两部分组成，如图

中专生毕业论文www.udooo.com

4所示。左侧提供示波器、频谱仪、和信号分析结果框，实时显示USB系统下行高频信号、下行中频信号、上行中频信号和上行发射信号的波形、频谱及信号分析结果；中间实时显示信号强度曲线和信号强度值，并通过指示灯给出信号强弱的告警提示；右侧提供USB系统各主要设备的实时状态信息。系统监控台参数设置界面由目标参数和系统工作参数2个选项卡组成[10]，如图5所示。目标参数选项卡中可设置外测、遥控等参数，系统工作参数选项卡中可设置测距、功放等参数。系统监控台分机监控界面包括多个选项卡，对应USB系统接收机、伺服、基带、发射机和高功放各分机设备的技术状态，主要包括监控方式、设备状态、工作机号、切换方式等设备工作状态信息，系统监控台通过网络与各分机沟通，可对各分机进行参数设置与监视，实现远控操作。仿真结果表明，所设计基于虚拟仪器技术的USB系统监控软件有以下优点：形式上简洁美观，便于操

源于：毕业设计论文网www.udooo.com

作；内容上涵盖USB系统所有设备，监控功能全面；本质上以软件为核心，可有效节省硬件设备的使用，节约设备购写和维护费用；技术更新周期短、成本低，大大提高工作效率。它克服了原有监控手段的局限性，能更好地怎么写作于测控任务，符合测控系统发展的需要。

4 结 语

虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器”。利用LabVIEW软件设计基于虚拟仪器技术的测控系统监控软件，前面板的频谱仪、示波器等设备可替代系统监控台现有的频谱仪设备，能有效减少硬件设备的使用，节省大量装备经费；前面板的分析结果框利用LabVIEW程序算法可实时分析信号的幅值、频率和相位等信息，准确反映了实时信号的特征，为实时信号分析提供了一种新的手段，大大拓展了系统监控台的功能。所设计基于VI技术的长管任务监控系统界面简洁美观，易于操作，涉及设备众多，集成化程度高，为设备监控提供了一种新的思路，为测控系统的研究提供了一种新的方法。
参考文献
简仕龙.航天测量船海上测控技术概论[M].北京：国防工业出版社，2009.
林静，林振宇，郑福仁. LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[3] 陈树学，刘萱.LabVIEW宝典[M].北京：电子工业出版社，2011.
[4] 刘胜，张兰勇，章佳荣，等.LabVIEW2009程序设计[M].北京：电子工业出版社，2010.
[5] 连海洲，赵英俊.基于LabVIEW技术的虚拟仪器系统[J].仪器与测控，1999（5）：10?14.
[6] 刘蕴才.导弹航天测控总体[M].北京：国防工业出版社，2000.
[7] 杨乐平，李海涛，肖凯，等.虚拟仪器技术概论[M].北京：电子工业出版社，2003.
[8] 张易知，肖啸，张喜斌，等.虚拟仪器的设计与实现[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[9] 周智敏，宋千.航天无线电测控原理与系统[M].北京：电子工业出版社，2008.
[10] 孙传友，孙晓斌.测控系统原理与设计[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.