講義6網(wǎng)絡(luò)化智能化儀器66slides

1、2（二）第四代儀器網(wǎng)絡(luò)化儀器概念的提出網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，乃至整個(gè) 發(fā)展的一種技術(shù)，它的出現(xiàn)使得整個(gè)的工作和生活方式都發(fā)生了極大的變化。目前，在生活中，利用Internet可以比從前更經(jīng)濟(jì)、更方便和更快捷地取得信息并進(jìn)行信息的交流； 在工作中，Internet 的應(yīng)用主要還限于傳遞文字、圖片和辦公信息等。但是人們一直在研究如何更充分地 挖掘Internet的應(yīng)用潛力，以實(shí)現(xiàn)“地球村”的夢(mèng)想。第三代儀器：個(gè)人儀器和虛擬儀器。80年代初期，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)的以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的個(gè)人儀器也稱為PC儀器。它將傳統(tǒng)的儀器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟件硬件結(jié)合起來。具有較高的性價(jià)比。80年

2、代后期，個(gè)人儀器在意義與概念上更進(jìn)一步,出現(xiàn) 了虛擬儀器。虛擬儀器從其結(jié)構(gòu)上來說，就是把計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、軟件技術(shù)和儀器硬件有效結(jié)合在一起。給定計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力和必要的儀器硬件之后，構(gòu)造和使用VI 的關(guān)鍵在于應(yīng)用軟件。這是因?yàn)閼?yīng)用軟件為用戶構(gòu)造或使用VI 提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件 接口和用戶接口。VI的優(yōu)點(diǎn)在于：軟件使得開發(fā)和維護(hù)的費(fèi)用降至最低，技術(shù)更新周期短，價(jià)格低，可復(fù)用與可重配置性強(qiáng)，用戶定義儀器功能，很好的開放性，可以與周邊其它計(jì)算機(jī)互連等。第二代儀器：智能儀器。70年代以來，隨著微處理器的廣泛應(yīng)用，在模擬儀器的基礎(chǔ)上有了一定的發(fā)展，應(yīng)用了一些計(jì)算機(jī)方面的技術(shù)。這種儀器以微電

3、子器件代替常規(guī)的電子線路，以微處理器為 ，具有信息 、顯示、處理、傳輸、以及優(yōu)化 等功能，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的IEEE488接口由普通計(jì)算機(jī) 儀器，儀器般內(nèi)置有處理器和 器。但是由于IEEE488接口傳輸速度有限，智能儀器存在著實(shí)時(shí)性差，價(jià)格昂貴，擴(kuò)展能力低，以及開放性差的缺點(diǎn)。而且智能儀器也是由廠商定義的，用戶無法改變。智能儀器的出現(xiàn)與發(fā)展給予儀器儀表的發(fā)展以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究巨大的沖擊，并對(duì)其產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。3（2）以成虛擬儀器概念為借鑒虛擬儀器的概念最初由美國儀器公司在20 世紀(jì)80年代后期提出來的，在通用計(jì)算機(jī)內(nèi)加上相應(yīng)的軟件和硬件虛擬儀器，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的科學(xué)儀器。虛擬儀器的種種優(yōu)點(diǎn)如組構(gòu)靈活

4、、研制周期 短、成本低、易維護(hù)、擴(kuò)展方便、軟件豐富等，成為科學(xué)儀器發(fā)展的主流，也是的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。（1）測(cè)量觀念的變化測(cè)量觀念外延的拓寬為三層網(wǎng)絡(luò)化儀器概念的提出奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展，多學(xué)科技術(shù)的創(chuàng)新與融合，儀器儀表與計(jì)算機(jī)及通信的交互性， 使人們對(duì)使用儀器過程的目的、結(jié)果管理、信息資源共享等觀念均發(fā)生了巨大的改變。儀器儀表作為的和基礎(chǔ)，已很難再找到其以最初方式出現(xiàn)：對(duì)測(cè)量的遠(yuǎn)地化、網(wǎng)絡(luò)化、以及測(cè)量結(jié)果信息 的共享化呼吁日漸高漲。 ，軟件已成為現(xiàn)代新型儀器即各種如智能化儀器與虛擬儀器等微機(jī)化儀器設(shè)備中的重要組成部分。這一切將導(dǎo)致儀器儀表領(lǐng)域在觀念上新的思想和概念的產(chǎn)生。（二）第四

5、代儀器網(wǎng)絡(luò)化儀器概念的提出人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，接入Internet的不應(yīng)僅限于狹義上的計(jì)算機(jī)，工業(yè)中的各種測(cè)量 裝置、生活中的各種家用電器、 不同領(lǐng)域、層面的各種公眾設(shè)備等，都應(yīng)該且必將成為Internet的客戶端。隨著信息 的到來，以往的儀器設(shè)備以及虛擬儀器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)信息的需求，因此如何把現(xiàn)有Internet軟硬 充分利用是現(xiàn)在值得深思的一個(gè)話題。同時(shí)， 合作，合作等概念致力于構(gòu)筑一個(gè)綜合不同工具和技術(shù)的電子化網(wǎng)絡(luò)化的科學(xué)研究集成環(huán)境，使科學(xué)家們可以非常有效地利用地理上分布的各種 來從事科研活動(dòng)。4（5）第四代儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器的理性模式三層網(wǎng)絡(luò)化儀器是由 應(yīng)用層為人們提供儀器界面、

6、操作處理界面以及結(jié)果信息等； 管理層提供多用戶共享管理、多用戶共享， 與應(yīng)用層通信、命令的轉(zhuǎn)發(fā)等等； 服務(wù)層提供儀器硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、信息、信息傳遞以及與管理層的通信連接等。（4）第四代儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器的初步定義 三層網(wǎng)絡(luò)化儀器是一個(gè)人們可以不受時(shí)間地理位置限制的、在任何時(shí)間任何地點(diǎn)都能夠共享、獲取到信息并有可能為地理上分散的軟件、硬件的有機(jī)集合體。了傳統(tǒng)的第一代儀器、第二代儀器、第三代儀器的范疇。它并不是一些儀器的拼湊組合，而是借助于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的可共享軟硬結(jié)合體。如果沒有網(wǎng)絡(luò)通信以及信息載體的介入，隨時(shí)隨地的信息獲取根本就不可能。測(cè)量測(cè)試的結(jié)果信息需要通過電纜、光纖Internet、移動(dòng)通

7、信、無線通信等媒介傳輸。三層網(wǎng)絡(luò)化儀器是一種涵蓋范圍更寬、多門學(xué)科、應(yīng)用領(lǐng)域更廣的儀器范疇。虛擬儀器的軟硬件分離概念以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是為第四代儀器。（3）以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為背景，以Internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的日益完善，了傳統(tǒng)通信方式在時(shí)空與地域的，使得大范圍內(nèi)的通信成為可能。Internet擁有的硬件和軟件正在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。如醫(yī)療、與、高檔測(cè)量儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)調(diào)用，設(shè)備故障診斷，設(shè)備的 ， 設(shè)備的故障恢復(fù)等等。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備成本的降低與技術(shù)上的進(jìn)步，便得Internet的各種硬件 得以綜合利用。信息科技發(fā)展使科學(xué)儀器也正經(jīng)歷著深刻的 ， 其中一個(gè)最明顯的發(fā)展趨勢(shì)就是科

8、學(xué)儀器的軟件化，集成化與微型化，現(xiàn)代高新科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展， 地推動(dòng)了儀器儀表技術(shù)的不斷進(jìn)步。儀器向計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)范靠攏。5（四）第四代儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器研發(fā)現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)化傳感器傳感器是一種以一定的精確度將被 測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)化為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。網(wǎng)絡(luò)化傳感器是在智能傳感器基礎(chǔ)上， 把TCP/IP協(xié)議作為一種應(yīng)用，嵌入現(xiàn)場智能傳感器的ROM中，從而使信號(hào)的收、發(fā)都以TCP/IP方式進(jìn)行，如 此，網(wǎng)絡(luò)化傳感器像計(jì)算機(jī)一樣成為了測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn) 登臨網(wǎng)絡(luò)，并具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組態(tài)性和互操作性。利用局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，處在測(cè)控點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)傳感器將測(cè)控參數(shù)信息加以必要的處理后登臨網(wǎng)絡(luò)，

9、聯(lián)網(wǎng)的其他設(shè)備便可獲取這些參數(shù)，進(jìn)而再進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理。（四）第四代儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器研發(fā)現(xiàn)狀三層網(wǎng)絡(luò)化儀器的概念并非建立在虛幻之上，而已經(jīng) 在現(xiàn)實(shí)中初見端倪。以下是一個(gè)三層網(wǎng)絡(luò)化儀器的實(shí)例。系統(tǒng)是一個(gè)按照第四代儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器的理性模式建立的一個(gè)可共享的網(wǎng)絡(luò)化儀器。其用戶層是一個(gè)編制好的軟面板，通過這個(gè)軟面板 可以設(shè)置進(jìn)行的各種差數(shù)信息等。其管理層是一個(gè)能夠響應(yīng)多個(gè)用戶連接并具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的計(jì)算機(jī)實(shí)體，其服務(wù)層是一個(gè)具體的硬件設(shè)備并具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能。這三部分可以是分布在一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的任意角落，但它們從邏輯結(jié)構(gòu)上組成一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化儀器。通過這臺(tái)儀器，可以多用戶共享同一個(gè)硬件設(shè)備，測(cè)試結(jié)果通過

10、網(wǎng)絡(luò)共享，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多人合作。（三）第四代儀器與第一代，二代，三代儀器的對(duì)比第四代儀器與第一代、第二代、第三代之間存在著許多的差異與不同。如，信息共享，多用戶共享等。正如同多個(gè)Intranet組成一個(gè)全球可以共享的internet,可以把每一個(gè)第四代 儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器認(rèn)為是一個(gè)Intranet，可以通過網(wǎng)絡(luò)把種種儀器結(jié)合起來，形成一個(gè)可以全球共享的儀器網(wǎng)。6二、基于Web的虛擬儀器概念基于Web的虛擬儀器（ VI），簡單說就是把VI 技術(shù)和面向Internet的Web技術(shù)二者有機(jī)結(jié)合所產(chǎn)生的新的VI技術(shù)。形象地說，VI的主要工作是把傳統(tǒng)儀器的前面 板移植到普通計(jì)算機(jī)上，利用計(jì)算機(jī)的處理相關(guān)

11、的測(cè)試需求；基于Web的VI則更進(jìn)一步，它是把儀器的前面板移植到Web頁面上，通過Web服務(wù)器處理相關(guān)的測(cè)試需求。二、基于Web的虛擬儀器概念 智能儀器在模擬儀器的基礎(chǔ)上有了較大的發(fā)展，應(yīng)用了許多計(jì)算機(jī)方面的技術(shù)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的IEEE488接口連接到普通計(jì)算機(jī)，儀器般內(nèi)置有處理器和器。 但是由于IEEE488接口傳輸速度有限，智能儀器存在著實(shí)時(shí)性差、價(jià)格昂貴、擴(kuò)展能力低以及開放性差的缺點(diǎn)，而且智能儀器也是由廠商定義的，用戶通常是無法改變的。 虛擬儀器（VI）克服了上述缺點(diǎn)，而將Web和虛擬 儀器結(jié)合起來，使 VI拓展到真正的分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)試應(yīng)用環(huán)境中去，可以豐富測(cè)試，提高測(cè)試效率， 充分合理地

12、利用有效的。（四）第四代儀器三層網(wǎng)絡(luò)化儀器研發(fā)現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)化示波器和網(wǎng)絡(luò)化邏輯分析儀科技有限公司研制出的具有網(wǎng)絡(luò)功能的16700B型邏輯分析儀網(wǎng)絡(luò)化邏輯分析儀。這種網(wǎng)絡(luò)化邏輯分析儀可實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間、任何地點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的，實(shí)時(shí)地獲得儀器的工作狀 態(tài)；通過友好的用戶界面，可對(duì)儀器的功能加以控 制，對(duì)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；還能將儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)迅速傳遞給本地計(jì)算機(jī)。此外，國內(nèi)外一些大型的電子儀器公司已在積極研制和開發(fā)新型網(wǎng)絡(luò)化儀器，科學(xué)儀器正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和多 化方向發(fā)展。這一切都 著新一代儀器的成型與問世。7（2）面向Internet的Web技術(shù)客戶/服務(wù)器（Client/Server-C/S）工作模式。C

13、/S工作模式作為分布式應(yīng)用程序之間通信的一種有效方式，在近 些年得到了非常廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)是運(yùn)行在服務(wù)器上的 進(jìn)程能為發(fā)出請(qǐng)求的客戶提供所需的信息。正是由于有一套通用的標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)器和客戶總是能運(yùn)行于 通過某種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的不同平臺(tái)、不同操作系統(tǒng)上。 Internet上流行的網(wǎng)絡(luò)/ 瀏覽器(Web/Brower-W/B)模式屬C/S 中的一種，W/B模式為在測(cè)控系統(tǒng)中集成各種功能提供了一種發(fā)展方向，即客戶端可以是瘦客戶端。在三級(jí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，Web服務(wù)器既作為一個(gè)瀏覽服務(wù) 器，又作為一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器。在這個(gè)中間服務(wù)器中，可以將整個(gè)應(yīng)用邏輯駐留其上，而只有表示層存在于客戶機(jī) 上。這種結(jié)構(gòu)被稱之為“瘦

14、客戶機(jī)”，但絲毫影響它的網(wǎng)絡(luò)功能。（2）面向Internet的Web技術(shù)Ø 就Internet的發(fā)展來說，從最初用于美國軍方的ARPANET，到今天的Internet，Internet技術(shù)的發(fā)展日新月異，內(nèi)容也由最初純文本的信息交流，到WWW多技術(shù)，再到信息家電等，越來越豐富。 可以說Internet技術(shù)已經(jīng)是無所不在，無所不容。Ø 隨著網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，網(wǎng)絡(luò)軟件的不斷豐富以及網(wǎng)絡(luò)成本的不斷降低，把網(wǎng)絡(luò)作為VI的測(cè)試平臺(tái)無論從技術(shù)上還是成本上都是可行的。（1）VI技術(shù)VI的兩大技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)，而正是計(jì)算機(jī)硬件和軟件的網(wǎng)絡(luò)化帶來了

15、整個(gè)社會(huì)的網(wǎng)絡(luò)化，所以從發(fā)展的角度來說，這一技術(shù)不可避免地要滲透到VI技術(shù)領(lǐng)域里來。VI依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，高性能的顯示技術(shù)，高速的 系統(tǒng)，豐富的外部設(shè)備；同時(shí)VI還有計(jì)算機(jī)豐富的軟件系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)化的操作系統(tǒng)(如Windows NT)、應(yīng)用軟件(如Internet Explorer)和網(wǎng)絡(luò)性能非常強(qiáng)的VI軟件(如National Instrument公司的ComponentWorks,G Web Server等)。所有這些使VI 系統(tǒng)本身具備了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力。8（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)§ ActiveX技術(shù)§ DataSocket服務(wù)器§ Web

16、服務(wù)器 I§ NI Internet Toolkit（3） VI和Web結(jié)合的基本模型Internet可以看出，在虛擬儀器的基礎(chǔ)上，增加其登陸因 特網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)瀏覽的功能，就可以實(shí)現(xiàn)基于Web的網(wǎng) 絡(luò)化儀器了。從這一角度講，基于Web的網(wǎng)絡(luò)化儀 器是虛擬儀器技術(shù)的延伸與擴(kuò)展。虛擬儀器虛擬儀器虛擬儀器瀏覽器瀏覽器瀏覽器瀏覽器（2）面向Internet的Web技術(shù)W/B模型是C/S模型的衍生，這一模型奉行“瘦客戶/胖 服務(wù)器”的理念，把主要的應(yīng)用程序放在服務(wù)器上，客戶端只需要瀏覽器環(huán)境，就可根據(jù)需要從服務(wù)器應(yīng)用程序來完成所需要的任務(wù)。這使應(yīng)用程序的維護(hù)更方便，工作量主要集中在服務(wù) 器端，開發(fā)

17、工作量較小，成本較低。而且Web具有界面 友好，操作方便等特點(diǎn)，因此深受廣大用戶的歡迎。Web滲透到儀器領(lǐng)域，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次重要革新，這正是Internet非凡影響力的表現(xiàn)。9ActiveX技術(shù)Ø ActiveX最吸引人的地方之一，就是ActiveX Controls。Ø ActiveX Controls 就是基于OLE(Object Linking & Embedding)技術(shù)并加以擴(kuò)充，符合COM(Component Object M)格式的交互式軟件元件。許多原本使用于Visual Basic、Delphi等的OCX(OLE Control)，都可以成為A

18、ctiveX Controls。Ø 目前支持ActiveX的開發(fā)工具主要有Visual Basic、Visual C+、Visual J+以及Delphi等多種編程語言。（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)ActiveX技術(shù)ActiveX優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面： 利用現(xiàn)成的1000多個(gè)ActiveX Controls，可以很容易開發(fā)出基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序。 可以開發(fā)出能夠充分發(fā)揮硬件與操作系統(tǒng)功能的應(yīng)用程序與服務(wù)。 這是由于所調(diào)用的ActiveX Controls與硬件及操作系統(tǒng)功能能夠較緊密地結(jié)合的緣故。 跨操作系統(tǒng)平臺(tái)，支持Windows、Macintosh、 UNIX版本。（4）基

19、于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)ActiveX技術(shù)ActiveX是由Microsoft公司定義并發(fā)布的一種開放性標(biāo)準(zhǔn)。它能夠讓軟件開發(fā)者很方便、快速地在Internet、Intranet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，制作或提供生動(dòng)活潑的內(nèi)容與服務(wù)、編寫功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。10（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)DataSocket服務(wù)器NI 公 司 的 ComponentWorks 軟 件 包 中 提 供 的DataSocket具備以下三個(gè)工具：（1） DataSocket ActiveX控件，開發(fā)者可以利用它提供的控件在諸如VB、VC等ActiveX容器中開發(fā)共享數(shù)據(jù)應(yīng)用程序。（2） DataSocket服務(wù)器，利用

20、dstp協(xié)議在應(yīng)用程 序間交換數(shù)據(jù)。（3） DataSocket服務(wù)器管理程序，它是一個(gè)配置和管理工具，負(fù)責(zé)確定DataSocket服務(wù)的最大連接數(shù)、實(shí)現(xiàn)設(shè)置等網(wǎng)絡(luò)管理功能。（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)DataSocket服務(wù)器Ø DataSocket使用一種增強(qiáng)數(shù)據(jù)類型來交換儀器類型的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)特性（如采樣 率、操作者姓名、時(shí)間及采樣精度等）和實(shí)際測(cè) 試數(shù)據(jù)。Ø DataSocket 用類似于Web 中的統(tǒng)一（URL）數(shù)據(jù)源，URL不同的前綴表示了不同的數(shù)據(jù)類型，file表示本地文件，http為超文本 傳輸，ftp為文件傳輸協(xié)議，opc表示的是OPC

21、服務(wù)器， dstp（ DataSocket transfer protocol）則說明數(shù)據(jù)來自DataSocket服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)DataSocket服務(wù)器DataSocket是National Instrument提供的一種編程工具，借助它可以在不同的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間共享數(shù)據(jù)。DataSocket可以 本地文件以及HTTP和FTP服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。DataSocket為低層通訊協(xié)議提供了一致的API，編程 無需為不同的數(shù)據(jù)格式和通訊協(xié)議編寫具體的程序代碼。而且通常這些數(shù)據(jù)源分布在不同的計(jì)算機(jī)上。11(5)基于Web的虛擬儀器發(fā)展隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，基于In

22、ternet的虛擬儀器將為用戶提供更快捷、更方便的服務(wù)。用戶可以通過HTTP協(xié)議和測(cè)量儀器系統(tǒng)， 可以進(jìn)行排錯(cuò)、修復(fù)和測(cè)試?；贗nternet的分布式虛擬（Virtual Lab，VLab）將完成醫(yī)療診治、虛擬太空測(cè)試實(shí)驗(yàn)、虛擬海底測(cè)試實(shí)驗(yàn)，也將為測(cè)控儀器的設(shè)計(jì)與使用帶來許多意想不到的新思路。（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)NI Internet Toolkit除了上述介紹的幾種軟件技術(shù)以外，還有National Instrument 的Internet Toolkit for G ， Java， ASP等不斷發(fā)展完善的軟件技術(shù)，都可以在基于Web 的VI中得到應(yīng)用。顯然，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

23、對(duì)對(duì)象的測(cè)試與 ，是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)控方式的 。測(cè)控方式的網(wǎng)絡(luò)化，是未來測(cè)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，它能充分利用現(xiàn)有 和網(wǎng)絡(luò)帶來的益處，實(shí)現(xiàn)各種 有效合理的配置。（4）基于Web的虛擬儀器軟件技術(shù)Web服務(wù)器支持標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議。調(diào)用內(nèi)置的Monitor和Snap函數(shù)，使VI的前面板顯現(xiàn)在瀏覽器中。支持CGI，實(shí)現(xiàn)對(duì)VI的交互式。 支持SMTP，在VI中實(shí)現(xiàn)消息和文件的郵件 送。支持FTP，實(shí)現(xiàn)文件的自動(dòng)上。12(2) 智能傳感器網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)場總線技術(shù) 在自動(dòng)化領(lǐng)域，現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）正在逐步取代一般的分布式系統(tǒng)DCS（Distributed Co

24、ntrol System），各種基于現(xiàn)場總線的智能傳感器/執(zhí)行器技術(shù)也得到迅速發(fā)展。 但目前市場上多種現(xiàn)場總線并存，使得基于現(xiàn)場總線的傳感器/執(zhí)行器（Sensor/Actuator）接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)各異，如目前市場上較為流行的現(xiàn)場總線如CAN（局域網(wǎng)絡(luò)），Lonworks(局部操作網(wǎng)絡(luò))、Profibus（過程現(xiàn)場總線）、HART（可尋址 傳感器數(shù)據(jù)通信）、FF（基金現(xiàn)場總線）等各有自身優(yōu)勢(shì)和適用范圍，很難在短期內(nèi) 統(tǒng)一。三、Internet的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器(1)智能傳感器Ø 微處理器（Microprocessor）與傳統(tǒng)傳感器（Dumb Sensor）相結(jié)合，使之具備人的某些智能的新

25、概念傳感器,產(chǎn)生了功能強(qiáng)大的智能傳感器（Intelligent Sensor或Smart Sensor）.Ø 智能傳感器的出現(xiàn)給傳統(tǒng)工業(yè)測(cè)控帶來了巨大的進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)和其他科技領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。(5)基于Web的虛擬儀器發(fā)展虛擬是近幾年隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展而提出 來 的 ， 人 們 想 通 過 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) （ Virtual Reality，VR）技術(shù)來操作和內(nèi)昂貴的科學(xué)儀器，科學(xué)家可以通過VLab進(jìn)行科學(xué)研究，大學(xué)生們也可以通過VLab來共享 有限的實(shí)驗(yàn)室，這種早年的夢(mèng)想已經(jīng)變成現(xiàn)實(shí)，其發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊。Internet已遍及世界各地，利用Internet

26、進(jìn)行遙 測(cè) 、協(xié)同研究以及網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試與 將給人們帶來極大的方便。13(2) 智能傳感器網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)利用Intranet/Internet技術(shù)具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器是 在智能傳感器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和信息化，其是使傳感器本身實(shí)現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。隨著電子和的高速發(fā)展，通過軟件方式或硬件方式可以將TCP/IP協(xié)議嵌入到智能化傳感器中。 目前已有多種的TCP/IP（如美國SeikoInstruments公司生產(chǎn)的ichip S7600A），它們可直接用作網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)Internet的網(wǎng)絡(luò)化儀器。(2) 智能傳感器網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)利用Intranet/Int

27、ernet技術(shù)Intranet和因特網(wǎng)(Internet)具有相同的技術(shù)原理，于用的TCP/IP協(xié)議，使、信息傳輸?shù)饶苤苯釉贗ntranet/Internet上進(jìn)行，既統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)，又使工業(yè) 測(cè)控?cái)?shù)據(jù)能直接在Intranet/Internet上動(dòng)態(tài)發(fā)布和共享， 供相關(guān)技術(shù) 、管理 參考，這樣就把測(cè)控網(wǎng)和信息網(wǎng)有機(jī)地結(jié)合了起來，使得工廠或企業(yè)擁有一個(gè)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，從成本、管理、維護(hù)等方面考慮這是一種最佳 的選擇。讓傳感器/執(zhí)行器在應(yīng)用現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，使現(xiàn)場測(cè)控?cái)?shù)據(jù)就近登臨網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)所能及的范圍內(nèi)適時(shí)發(fā)布和共 享，是具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器（包括執(zhí)行器）

28、的研究目標(biāo)，也是目前國內(nèi)外競相研究與 發(fā)展的前沿技術(shù)之一。(2) 智能傳感器網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)利用Intranet/Internet技術(shù)對(duì)于大型系統(tǒng)而言（特別是自動(dòng)化工廠用的系統(tǒng)）由于其中的傳感器/執(zhí)行器數(shù)以 萬計(jì)，特別希望能減少其中的總線數(shù)量，最好能統(tǒng)一為一種總線或網(wǎng)絡(luò)，這樣不僅有利于簡化布線、節(jié)省空間、降低成本，而且方便系統(tǒng)維護(hù)。另一方面，現(xiàn)有工廠和企業(yè)大都建有企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（ Intranet ） ， 基于Intranet 的信息管理系統(tǒng)（MIS）成為企業(yè)運(yùn)營的公共，為工廠現(xiàn)代化提供了的保障。14(3) 智能傳感器連入Internet的兩種方式通過公共的TCP/IP轉(zhuǎn)接口與Internet相連其典

29、型代表是美國儀器公司的GPIB-ENET器模塊，它包含一個(gè)16位微處理器和一個(gè)可以將數(shù)據(jù)流的GPIB格式與Ethernet格式相互轉(zhuǎn)換的軟件，將這 個(gè)器模塊安裝上傳感器或儀器，就可以和Internet互通了。直接在智能傳感器上實(shí)現(xiàn)TCP/IP典型代表是HP公司設(shè)計(jì)的一個(gè)測(cè)量流量信息傳感器模型。該傳感器模型是采用BFOOT-66051（一種帶有定制Web頁的以太網(wǎng)器）來設(shè)計(jì)的，STIM（SmartTransducer Interface Module，智能變送器接口模塊） 用以連接傳感器，NCAP（Network Capable Application Processor，網(wǎng)絡(luò)適配器）用以連接E

30、thernet或 Internet。STIM內(nèi)含一個(gè)支持IEEEP1451數(shù)字接口的微處理器，NCAP 通過相應(yīng)的P1451.2接口STIM，每個(gè)NCAP網(wǎng)頁中的內(nèi)容通過PC機(jī)上的瀏覽器可以在Internet上。 STIM和NCAP接口有的集成模塊問世，如EDI1520， PLCC-44，可以在實(shí)現(xiàn)具有Internet/Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器。(3) 智能傳感器連入Internet的兩種方式正是由于信息傳感器廣泛的市場前景和無所不在 的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能交通系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR） 應(yīng)用、信息家電、家庭自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、POS 網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及醫(yī)療等等，國內(nèi)外相關(guān)研究方

31、興未艾，各類方法和實(shí)現(xiàn)方案不 斷涌現(xiàn)，各有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。總體上講，這些研究可歸結(jié)為兩大類，一類是直 接在智能傳感器上實(shí)現(xiàn)TCP/IP，使之直接連入Internet；另一類是智能傳感器通過公共的TCP/IP轉(zhuǎn)接口（或稱網(wǎng)關(guān)Gateway）再與Internet 相連。15四、 IEEE1451網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)§ 基于現(xiàn)場總線的各種測(cè)控系統(tǒng)繼模擬儀表 系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、分布式 系統(tǒng)之后，基于各種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的分布式測(cè)量和 系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，這些系統(tǒng)所采用的總線網(wǎng)絡(luò)多種多樣、千差萬別，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、通訊接口、通訊協(xié)議等各不相同。(4)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器發(fā)展趨勢(shì)以IP技術(shù)為的因特網(wǎng)滲

32、透到人類生活的方方面面，無數(shù)因特網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)（具有Internet/Intranet 功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器）正在發(fā)揮著神經(jīng)細(xì)胞的功能，它將使地球披上一層“電子皮膚”，地球正是用因特網(wǎng)在支持和傳遞著它的“感覺”，無處不在的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器（包括氣象參數(shù)傳感器、水土分析傳感器、污染檢測(cè)器、電子眼、電子鼻、葡萄糖傳感器和腦電圖儀等等）探測(cè)和監(jiān)視著城市、大氣、船只、車流和人類。(4)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器發(fā)展趨勢(shì)目前，包括Siemens/Infineon、Philips與Motorola在內(nèi)的數(shù)十家大公司成立了“ Internet（ETI）”，共同推動(dòng)著Internet技術(shù)和市場的發(fā)展。具有Internet/

33、Intranet功能的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器技術(shù)已經(jīng)不再停留在論證階段或階段，越來越多的成本低廉且具備Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)化 功能的智能傳感器/執(zhí)行器不斷地涌向市場，正在并且將要更廣地影響著人類生活。16上述測(cè)控系統(tǒng)的不足之處：實(shí)際上，由于這的構(gòu)造和設(shè)計(jì)是基于各種網(wǎng)絡(luò)總線標(biāo)準(zhǔn)而定的，如I2C、HART、SPI、LonWorks及CAN 等，每種總線標(biāo)準(zhǔn)都有規(guī)定的協(xié)議格式，相互之間互不兼容，給系統(tǒng)的擴(kuò)展、維護(hù)等帶來不利的影 響。對(duì)傳感器/執(zhí)行器的生產(chǎn)廠家來說，希望的得到更大的市場份額， 本身就必須符合各種標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，因此需花費(fèi)很大的精力來了解和熟悉這些標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)要在硬件的接口上符合每

34、一種標(biāo)準(zhǔn)的要求， 這無疑將增加制造商的成本；對(duì)于系統(tǒng)集成開發(fā)商來說，必須充分了解各種總線標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)并能夠提供符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的 ，選擇合適的生產(chǎn)廠家提供的傳感器或執(zhí)行器使之匹配；其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)路由器網(wǎng)絡(luò)總線智能傳感器節(jié)點(diǎn)智能傳感器節(jié)點(diǎn)智能傳感器節(jié)點(diǎn)智能傳感器節(jié)點(diǎn)溫度閥門繼電器一種分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖該圖簡單地表示了一種分布式測(cè)量和 系統(tǒng)的典型應(yīng)用事例，是目前市場比較常見的現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。§ 基于現(xiàn)場總線的各種測(cè)控系統(tǒng)目前市場上，在通訊方面所遵循的標(biāo)準(zhǔn)主要有：IEEE803.2(以太網(wǎng))，IEEE802.4(令牌總 線)，IEEE FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)界面)，TCP/

35、IP(傳輸協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議)等，以此來連接各種變送器（包括傳感器和執(zhí)行器），要求所選 的傳感器/執(zhí)行器必須符合上述標(biāo)準(zhǔn)總線的有定。一般說來，這類測(cè)控系統(tǒng)的都可以采用如下圖所示的結(jié)構(gòu)來描述。17IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的誕生智能化網(wǎng)絡(luò)變送器接口標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行，將有效地改 變目前多種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)并存而讓變送器制造商 無所適從的現(xiàn)狀，智能化傳感器/執(zhí)行器在未來的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中將得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)于智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器接口內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)和軟硬件結(jié) 構(gòu)，IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)中都作出了詳細(xì)的規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)的通過，將大大簡化由傳感器/執(zhí)行器的各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并能夠最終實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器/執(zhí)行器廠家的相互之間的互換性。IEEE1451

36、標(biāo)準(zhǔn)的誕生前述情況，1993年開始有人提出構(gòu)造一種新的通用智能化變送器標(biāo)準(zhǔn)； 1995年5月給出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)草案和演示系統(tǒng)，經(jīng)過幾來的努力，終于在1997年9月通過了國際電氣電子工程師IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)認(rèn)可，并最終成為一種通用標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1451.2。上述測(cè)控系統(tǒng)的不足之處： 對(duì)于用戶來說， 經(jīng)常根據(jù)需要來擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，要增加新的智能傳感器或執(zhí)行器，選擇的傳 感器/執(zhí)行器就必須能夠適合原來系統(tǒng)所選擇的網(wǎng) 絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)，但在很多情況下很難滿足，因?yàn)橹?能傳感器/執(zhí)行器的大多數(shù)廠家都無法提供滿足

37、各 種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要求的 ，如果更新系統(tǒng)，將給用戶的投資利益帶來很大的損失。18采用IEEE1451.4標(biāo)準(zhǔn)的主要目的如下： 通過提供一個(gè)與傳統(tǒng)傳感器 兼容的通用IEEE1451.4傳感器通 口使得傳感器具有即插即用功能。 簡化了智能傳感器的開發(fā)。 簡化了儀器系統(tǒng)的設(shè)置與維護(hù)。 在傳統(tǒng)儀器與智能混合型（smart mixed-mode） 傳感器之間提供了一個(gè)橋梁。 使得內(nèi)存容量小的智能傳感器的應(yīng)用成為可能。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程P1451.1工作組主要負(fù)責(zé)智能變送器的公共目標(biāo)模型進(jìn) 對(duì)相應(yīng)模型的接口進(jìn)行定義；P1451.2工作組主要定義TEDS 和數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)，包括STIM和NACP之間的

38、通訊接口協(xié)議和管腳定義分配。 1998底，技術(shù)委員會(huì) 大量的模擬量傳輸方式的測(cè)量 網(wǎng)絡(luò)及小空間問題，成立了另外兩個(gè)工作組P1451.3、P1451.4。P1451.3負(fù)責(zé)制定與模擬量傳輸網(wǎng)絡(luò)與智能網(wǎng)絡(luò)化傳感 器的接口標(biāo)準(zhǔn)；P1451.4負(fù)責(zé)制定小空間范圍內(nèi)智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器相互 之間的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程 1993年9月，IEEE第九技術(shù)委員會(huì)即傳感器測(cè)量和儀器儀表技術(shù)接受了制定一種智能傳感器通訊接口的協(xié)議; 1994年3月，美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)NIST(The National Institute f Standard and Technology)和IEEE共同組織一次關(guān)于制定智

39、能傳感器接口和制定智能傳感器連接網(wǎng)絡(luò)通用標(biāo)準(zhǔn)的研討會(huì)，從這以后連續(xù)主辦了四次關(guān)于這方面問題討論的一系列研討會(huì)場; 直到1995年4月,成立了兩個(gè)專門的技術(shù)委員會(huì)： P1451.1工作組和P1451.2工作組。191451網(wǎng)絡(luò)傳感器檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)NCAP1451智能傳感器信息網(wǎng)對(duì)傳感器進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、學(xué)習(xí)，完成信息獲取。傳統(tǒng)傳感器檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師Sensor傳感器檢測(cè)系統(tǒng)采用IEEE1451.4標(biāo)準(zhǔn)的主要目的如下：雖然許多混合型 （即能非同時(shí)地以模擬和數(shù)字的方式進(jìn)行通信）智能傳感器的應(yīng)用已經(jīng)得到發(fā)展，但是由于沒有統(tǒng) 一的標(biāo)準(zhǔn)，市場接受起來比較緩慢。一般來說，市場可接受的智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)不但要適應(yīng)

40、智能傳感器與執(zhí)行器的發(fā)展，而且還要使開發(fā)成本低。 因此，IEEE1451.4就是一個(gè)混合型的智能傳感器接口的標(biāo)準(zhǔn)，它使得工程師們?cè)谶x擇傳感器時(shí)不用考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這就減輕了制造商要生產(chǎn)支持多網(wǎng)絡(luò)的傳感器的負(fù)擔(dān)，也使得用戶在需要把傳感器移到另一個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可減少開銷。IEEE1451.4標(biāo)準(zhǔn)通過定義不依賴于特定 網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件模塊來簡化網(wǎng)絡(luò)化傳感器的設(shè)計(jì)，這也推動(dòng)了含有傳感器的即插即用系統(tǒng)的開發(fā)。20IEEE1451.2的一結(jié)構(gòu)框圖客戶端TIISTIMNCAPInternet智能變送器接口模塊網(wǎng)絡(luò)匹配處理器應(yīng)用處理軟件識(shí)別WEB校正服務(wù)器引擎?zhèn)鞲衅魈幚砥鱐EDS§ IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)接口的結(jié)構(gòu)如下圖所示：網(wǎng)絡(luò) A網(wǎng)絡(luò) B網(wǎng)絡(luò)識(shí)別模塊NCAP變送器接口智能變送器接口模塊STIM變送器與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)接口模塊第二層模塊為智能變送器接口模塊STIM（Smart Transducer interface Module）,其中包括變送器和變送器電子數(shù)據(jù)單 TEDS（Transducer Electronic Data Sheet）