（纺织材料与纺织品设计专业论文）基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究.pdf

基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究摘要 论文题目：基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 论文摘要： 断裂强度和断裂伸长，是一般采用的最优良的纱线特性鉴定值之 一，它们对织物的强力、手感和外观均有重要的影响。 本课题把电子测量领域中最新形成的“网络就是仪器”的概念引 、j 入到单纱强力仪的研究渐把其实时处理部分的“网络化”限定在局 7 域网范围内，软件部分采用客户机服务器结构三级与二级相结合的 架构，对x l 一1 纱线强伸度仪进行二次开发。该系统实现了在局域网 内对批量纱线的连续实时测试、数据再现和分析，增强了数据库的开 放性和安全性，提高了其智能化程度，并通过多种纱线的测试对比证 明了其测试及处理数据的准确性，达到了预期目标：厂 ， 课题采用统一建模语言和面向对象技术，从整体对系统进行设计。 采用客户机服务器模型，可以根据需要将组件分布到相应的服务器 上，提高系统的性能、增强系统的灵活性，并且能更容易地将新的网 络技术应用到虚拟仪器技术中来。采用类、组件对象模型和数据库等 技术，以及模块化处理，保证了系统的通用性、开放性、可移植性和 可扩充性，可将新增加的仪器的有关信息加入系统中，为进一步扩展 仪器数量和种类构建了网络平台。 f 匾用中，在资源利用方面，本系统的建立可有效解决实验室闲置 飞器对计算机的占用以及测试人员对仪器的占用，而且充分利用了局 域网内的网络和计算机资源；在数据积累方面，可实现对不同种类纱 线测试数据的大量积累，从而为数据的进一步分析做好充足的样本准 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 备；在数据分析方面，系统提供纱线拉伸实时信息，通过数据再现， 可分析纱线的断裂过程和断裂状态，有利于深入研究纱线断裂机理。 通过研究，可实现不同仪器对不同指标的测试。总之，本课题顺应了 电子测量仪器的发展方向，使单纱强力仪不断推陈出新，在激烈的市 场竞争中立于不败之地，并为课题进一步发展打好基础，保留了强大 的可扩展能力了 论文中多处采用r o s e 工具所作的u m l 框图，比较清晰地表达了 系统结构。文中主体部分详细描述了服务器端和客户端的模块设计与 分布，数据库的表结构设计，以及其中所采用的关键技术，并总结了 系统的开发过程和实现效果，并对课题的进一步发展做出了展望，指 出下一步研究的重点。 关键词：网络化虚拟仪器、网络化测试、单纱强力仪、纱线强力、 纱线伸长 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 t h e s t u d y o ft h ey a r nt e n s i l et e s t e r b a s e do nt h en e t w o r kv i r t u a li n s t r u m e n t t h er u p t u r ei n t e n s i t ya n dt h ee x t e n d i n gd e g r e ea r et w oo ft h eb e s t a p p r a i s a lv a l u e so fy a mp r o p e r t y t h e yh a v eas i g n i f i c a n te f f e c to n t h e f a b r i c s m i g h t i n e s s ，h a n d l ea n da p p e a r a n c e t h i st a s k a p p l i e d t h en e w e s t d e v e l o p e dc o n c e p t i o n t h a tt h en e t w o r ki s t h ei n s t r u m e n ti nt h ee l e c t r o n i cm e a s u r e m e n tt e r r i t o r yi n t ot h es t u d yo f t h ey a mt e n s i l et e s t e r m o r e o v e rt h en e t w o r kd e f i n i n gi nt h er e a l - t i m e a p p l i c a t i o n s e c t i o nw a sc o n f i n e da sl o c a ln e t w o r k n ec l i e n t s e r v e r s t r u c t u r ec o m b i n i n gt h et h i n eg r a d e sa n dt h et w og r a d e sw a s a d o p t e di n t h es o r w a r e 1 1 1 es u c c e s s i v er e a lt i m et e s ta n dd a t ar e a p p e a r a n c ea n d a n a l y s i sw e r er e a l i z e d ，w h i c he n h a n c e d t h eo p e n i n g p r o p e r t y a n d s e c u r i t y o ft h ed a t a b a s e ，i m p r o v e di t si n t e l l i g e n td e g r e ea n d p r o v e d i t sv e r a c 时i i l l o c a ln e t w o r k t h eu m la n dt h eo o p t e c h n i q u ew e r ea d o p t e d t oa d j u s ta n dd e s i g n t h es y s t e m e n t i r e l y b yu s i n gc l i e n t s e r v e rp a t t e r n ，t h ec o m p o n e n t sc o u l d b ed i s t r i b u t e do nt h er e l e v a n ts e r v e ro nt h eb a s i so ft h en e c e s s a r i e s ，s o t h a tt h es y s t e mp e r f o r m a n c ec o u l db ep r o m o t e d , t h es y s t e mc o u l db e m o r ef l e x i b l e ，a n dt h en e wn e t w o r kt e c h n i q u ec o u l db ea d o p t e dm o r e e a s i l y i nt h ev it e c h n i q u e b yu s i n gt h et e c h n i q u eo fc l a s s ，c o m ， d a t a b a s ea n dm o d u l a r i z a t i o ne t c ，t h e s y s t e m sc o m m o n a l i t y , o p e n i n g p r o p e r t y , t r a n s p l a n tp r o p e r t y a n d e x p a n d a b i l i t y c o u l db ee n h a n c e d ， m o r e o v e rn e wi n s t r u m e n t sc o u l db ea d d e di nt h e s y s t e m i na p p l i c a t i o n ，t h er e s o u r c e su s er e s p e c ti s l i v i n g ，t h ec o m p u t e r s o c c u p a t i o nw h i c hc a u s e db yt h eu n u s e da p p a r a t u sa n dt h ea p p a r a t u s o c c u p a t i o n w h i c hc a u s e d b y t h e o p e r a t o r si nl a b o r a t o r yc o u l d b er e l e a s e d m 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 e f f e c t i v e l y , b u ta l s ot h en e t w o r ka n dt h ec o m p u t e rr e s o u r c e si nt h el o c a l n e t w o r kc o u l db eu t i l i z e ds u f f i c i e n t l y ；t h ed a t aa c c u m u l a t i o nr e s p e c ti s l i v i n g ，a c c u m u l a t i o nag r e a td e a lo f d i f f e r e n ts o r t so f y a r n sd a t ac o u l db e a c h i e v e d ，t h e r e b yp r e p a r ea d e q u a t es p e c i m e n sf o rf u r t h e ra n a l y s i s ；t h e d a t aa n a l y s i s r e s p e c t i s l i v i n g ，w h e ns u r v e yt h er u p t u r ei n t e n s i t y , t h e c r a c k i n gp r o c e s sa n d s t a t u so ft h ey a mc o u l db e a n a l y z e d ，i t i si nf a v o ro f t h o r o u g h l yr e s e a r c h i n gt h eu n o b v i o u ss p a c e so f t h em e c h a n i c a lp r i n c i p l e r e s p e c t i ns h o r t , t h i st a s ki sc o n f o r m e dt ot h ee l e c t r o n i cm e a s u r e m e n t a p p a r a t u s d e v e l o p m e n to r i e n t a t i o n ，a n dk e p tt h ep o w e r f u l e x t e n s i o n c a p a b i l i t y m a n y u m l 矗铷m e p i c t u r e sm a d eb y r o s eh a v eb e e na d o p t e di nt h e p a p e r , s ot h a tr e a d e r sc o u l dc o m p r e h e n d t h ea r c h i t e c t u r em o r e d i s t i n c t l y t h em a i n p a r td e s c r i b e d t h ed e t a i lo f t h e m o d u l e s d e s i g na n dd i s t r i b u t i o n ， t a b l es t r u c t u r eo ft h ed a t a b a s ea n di n s i d e k e yt e c h n i q u e ，m o r e o v e r s u m m e du pt h e s y s t e m sd e v e l o p m e n tp r o c e s s a n dr e a l i z e d e f f e c t , e s t i m a t e dt h et a s k sp r o s p e c ta n dp o i n t e do u tt h es t r e s so ft h ef u r t h e r r e s e a r c h k e y w o r d s ：n e t w o r k v i r t u a li n s t m m e n t , n e t w o r kt e s t , y a mt e n s i l e t e s t e r , y a ml o a d , y a me l o n g a t i o n i v 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第一章绪论 第一章绪论 1 1 虚拟仪器的发展 测量技术与仪器不断进步，相继诞生了智能仪器、p c 仪器、v x i 标识器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测试系 统，计算机与现代仪器设备间的界限日渐模糊，测量领域和范围不断 拓宽“。 “虚拟仪器”系统是测控技术和计算机技术相结合的革命性产物。 它从根本上更新了仪器的概念，具有传统仪器无法比拟的优势。它的 出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮 流，是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工业生产将产 生不可估量的影响。 1 1 1 虚拟仪器的概况 虚拟仪器( ) 的概念最初由美国n i 公司于1 9 8 6 年提出。其核 心思想是利用计算机的强大资源，使本来需要硬件实现的技术使其软 件化或部分软件化，以便最大限度地降低系统成本，增加系统的功能 与灵活性。操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器 运行，完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储及数据生成。 虚拟仪器目前已发展为多种标准体系结构的开放技术，并提出了虚拟 硬件和可互换虚拟仪器等，这对测试仪器而言，是发展多功能测试仪 器，或一机多用，或增强仪器计算机测量、控制、数据处理功能晗1 。 虚拟仪器有两类：一类是基于p c 的仪器，它是由p c 、能插入p c 机箱的插卡或模块和相关测试软件( 如l a b v i e w 、l a b w n d o w 北、 h p - v e e 、t e s t p o i n t 等) 所构成；另一类是基于v x i 和c p c i p x i 模 块的测试系统。口r 订3 目前，虚拟仪器在发达国家已经十分普及。在国内已有部分院校 的实验室引入了虚拟仪器系统阻1 。国内专家预测：未来的几年内，我 国将有5 0 的仪器为虚拟仪器呻1 。 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 1 1 2 虚拟仪器的体系结构组成及其特点： 虚拟仪器系统的基本体 系结构如图1 1 “所示。它 可在p c 机或工作站的基础 上构成。 虚拟仪器的基本特点是 计算机参与测试，也就是集 控制、计算、测量为一体， 充分利用计算机资源，使硬 件软件化。“”5 3 ( 1 ) 测试速度快，信号 的测量精度高。在测试过程 中可以捕获高速瞬变信号。 ( 2 ) 融合计算机强大的 硬件资源。高性能处理器、 高分辨率显示器、大容量硬 盘等已成为虚拟仪器的标 准配置。 图1 - 1v i 的体系结构 ( 3 ) 利用了计算机丰富的软件资源。实现了部分仪器硬件的软件 化；实时、直接地对数据进行分析与处理；界面友好、人机交互。 ( 4 ) 基于计算机总线和模块化仪器总线。传统仪器硬件实现了模 块化、系列化。 ( 5 ) 基于计算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都 具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。 ( 6 ) 基于计算机网络技术和接口技术。系统具有方便灵活的互 联能力，广泛支持诸如c a n 、f i e l db u s 、p r o f ib u s 等各种工业总 线标准。 1 - 1 3 可移植应用软件将是虚拟仪器的开发重点 在虚拟仪器中，软件起着重要的作用，软件把整个测量系统连接 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第一章绪论 起来。可移植应用软件将是虚拟仪器的开发重点“。软件框架可分为 4 个独立的模块化组件“：开发工具、用户接口、最终用户需求和测 量与自动化服务软件。 虚拟仪器软件开发的三个准则：标准化、模块化和可重用性。现 在为使应用软件具备跨平台移植能力，由t e k t r o n i x 、a d v a n t e s t 、 n a t i o n a li n s t r u m e n t s 等测试仪器供应商、系统集成商和用户成立的互 换虚拟仪器( i ) 基金会，准备开发可支持不同厂商生产的仪器模 块的驱动器。由安捷伦等公司创建的开放数据采集协会( o d a a ) 将 开发开放的、互操作的基于微软公司c o m 技术和p c 的数据采集硬 件和软件。 为了使软件设计标准化、模块化，并具有可复用性、开放性，在 设计虚拟仪器时，必须遵照v x ip l u g p l a y 系统联盟制订的v i s a 规范设计软面板“。 1 1 4 虚拟仪器的发展趋势 虚拟仪器技术是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它走 的是一条标准化、开放性、多厂商的技术路线，经过1 0 多年发展， 正沿着总线与驱动程序的标准化、硬软件的模块化、硬件模块的即 插即用化、编程平台的图形化等方向发展。它推动着传统仪器朝着数 字化、智能化、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。 继n i 公司提出“计算机就是仪器川”1 概念之后，又有“软件就是 仪器”的提法，甚至“网络就是仪器”的提法也已出现n 。 网络技术的出现，正在极大地改变人们生活的各个方面。现在， 集中测控越来越满足不了复杂、远程和范围较大的测控任务的需求， 对此，组建网络化的测控系统就显得非常必要。测控网络的功能将远 大于系统中各独立个体功能的总和。目前，测控系统的设计思想明显 受到计算机网络技术的影响，网络技术已开始逐渐成为仪器控制与测 量的主要工具。 目前，以i n t e m e t 为代表的计算机网络在迅猛地发展。随着网络信 道容量的扩大，网络速度将不再成为网络应用的障碍。而且随着测控 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 网络的发展，测控网络和信息网络的技术也将日臻完善，最终实现大 规模的网络互联是一种必然的趋势。利用网络实现远程数据采集、测 量、故障诊断、计量标准溯源比对等的范围和广度，一定将以更快的 速度扩大。 随着计算机网络技术、多媒体技术、分布式技术等的飞速发展， 2 l 世纪的仪器概念将是一个开放的系统概念，融合了计算机技术的 技术，其内容会更加丰富。把i n t e m e t 引入到测试系统中，即组建 网络测量系统将成为未来测量的主要方法。“1 网络化虚拟仪器是计 算机技术、传感器技术、网络技术与测量、测控技术相融合的结果瞳。 “网络就是仪器”的概念，确切地概括了的网络化发展趋势。 1 2 在纺织测试仪器中的应用 1 2 1 纺织测试仪器发展的新特点 纺织测试仪器作为检测纺织原料、半成品及成品质量标准的重要 手段和工具，随着纺织原料品种的增加，纺织工艺水平的提高和多样 化，测试机理的开拓，机械和自动化技术的进步，在最近3 0 年，纺 织仪器的品种在测试机理、机电一体化、微型计算机应用以及测试指 标和仪器的品种方面都有了长足的进步。归纳起来有以下几个特点 2 1 ： ( 1 ) 高起点。引入虚拟仪器技术，采用微型计算机对仪器进行控制 和数据处理。 ( 2 ) 采用可编程计算器。目前，纺织测试仪器从单纯的数据处理发 展为控制与数据处理相合。 ( 3 ) 以计算机、光学、信息技术为基础的机电一体化的新型纺织测 试仪器出现。 ( 4 ) 开发具有预测功能和自控功能的纺织测试仪器。 1 2 2 国内外电子单纱强力仪发展现状 下面列出几种国内外较先进的单纱强力仪及其主要特点： ( 1 ) i n s t i i o n 4 4 0 0 5 5 0 0 系列全数字式电子万能试验机 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 第一章绪论 采用最先进的数字信号处理( d s p ) 技术和软件技术研制出4 4 0 0 系列和5 5 0 0 系列全数字化控制电子万能试验机。配有多种应用软件， 其中静负荷试验通用软件包，适用各种材料的拉、压、弯、剪、剥离 等试验，适用于生产检验、质量控制及其它研究工作。 2 2 1 ( 2 ) l a w s o n - h e m p h i l l 的c t t 系列动态测试仪器 c t t 系列动态测试仪器能测试纱线的多种动态性能，如伸长、收 缩、断裂、磨损和网络点等。它可测试1 5 - 3 0 0 0 旦的加弹丝、扁平丝、 p o y 、空气加弹丝、超细旦丝、碳纤维和大部分不同种类的纱线；分 辩率为士0 2 9 。 ( 3 ) 德国s t a t i m a tm 型全自动单纱强力仪 采用电感式力传感器、脉冲式电子伸长测量装置、n i p 罗拉喂纱 器以8 位微处理器进行控制和数据处理，有故障保护和自检系统；能 够自动预张力器。气动式夹持器，除可自动操作的纱线夹持器外，还 有高强纱夹持器、织物夹持器、条子夹持器及专用夹持器和绞纱夹持 装置等。 ( 4 ) u s t e rt e n s o r a p i d3 型强力仪 压缩空气驱动喂纱夹，牵伸夹头可更换，夹头非暴力可编程设定； 结果给出在屏幕和打印机上，输出单值报告、统计结果( 包括内不匀 外不匀) 、直线图、直方图、强力一伸长曲线图、模量一伸长曲线图 等，并有数据保护和储存功能。 ( 5 ) y g 0 2 2 型全自动单纱强力仪 采用c r e 测试原理；以电阻应变片式传感器作为“力一电”转换 器件；以步进电动机为等速拉伸动力源；计算机部分以z 8 0 为核心， 采用t p s t d 总线，构成自动控制及数据处理系统；测试结果由数码 显示直接显示，数据经计算机处理后由打印机输出。 ( 6 ) y g 0 2 3 型全自动单纱强力仪 测定单根纱线的断裂指标，并通过内装的计算机使整机的动作、 数据的采集和处理、报表的打印等实现自动化。嘲 1 2 3 发展趋势 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第一章绪论 我们可以看到纺织测试仪器依托于电子计算机，引入虚拟仪器技 术后，其发展的特点及其趋势和电子测量仪器发展的特点及其趋势是 致的：除了实现自动检测、数据采集、指标计算、结果统计、打印 等多种重要功能外，还在向大型、智能化、综合性、多台联网、高容 量测试的方向发展。随着计算机技术和通信技术以及纺织技术的飞速 发展，虚拟仪器技术在纺织测试中的应用前景会越来越广阔。 1 3 课题的研究意义 单根纱线的拉伸性能是代表纱线使用价值的主要质量指标之一， 对织物的强力、手感、外观均有的影响。因此，作为纱线强伸度的测 试仪器在纺织测试中受到重视。由于纱线本身属性的离散及样本特征 数的随机性，要想测得能足够正确表征试样性能的具体数据，就对测 试仪器的性能，测试结果的可靠性和大试样量测试结果的归纳统计分 析及仪器的自动化程度提出了较高的要求。 今天，随着计算机技术和d s p 技术的快速进步及其性能价格比不 断上升，再加之软件领域中面向对象技术、可视化程序开发语言的应 用，使原来许多由硬件完成的功能今天能够依靠软件实现。这些为新 型的纺织测控仪器的产生提供了现实基础。 本课题把电子测量领域中最新形成的“网络就是仪器”的概念引 入到单纱强力仪的研究，并把其实时处理部分的“网络化”限定在局 域网范围内，利用面向对象技术，建立起客户机，服务器( c s ) 结构 三层与二层架构相结合的软体模型，在充分利用现有条件的基础上， 采用远距离测量系统的智能化结构，立足予实用化，抓住电子测量仪 器的最新发展方向，发展了单纱强力仪，在w m d o w s2 0 0 0 平台下实 现了网络化实时测试。 应用中，在资源利用方面，本系统的建立可有效解决实验室闲置 仪器对计算机的占用以及测试人员对仪器的占用，而且充分利用了局 域网内的网络和计算机资源；在数据积累方面，因为本系统可将多台 仪器和多次测试的处理结果放在同一数据库中，并可根据用户设定条 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第一章绪论 件进行快速查询，所以可实现对不同种类纱线测试数据的大量积累， 从而为数据的进一步分析做好充足的样本准备；在数据分析方面，测 断裂强度时，可通过本系统分析纱线的断裂过程和断裂状态，有利于 深入研究纱线在机械原理方面的许多不明白的地方；从进一步发展方 面，可轻松实现不同仪器对不同指标的测试，从而实现对多种指标的 综合分析。总之，本课题顺应了电子测量仪器的发展方向，使单纱强 力仪不断推陈出新，在激烈的市场竞争中立于不败之地，并为课题进 一步发展打好基础，保留了强大的可扩展能力。 1 4 论文的结构 1 4 1u m l 和r a t i o n a lr o s e 简介 为了使表述清楚，让读者较清晰地了解本课题系统结构，在论文 中多处用到用r o s e 工具所作u m l 框图。 1 4 1 1 统一建模语言( u m l ) 简介1 2 4 1 u m l 就是一种通用的模拟语言。它可以用于确定、展示和记录 软件系统。统一建模语言中的图形标记，尤其适用于面向对象的软件 设计。现今国际软件工业界的标准为呲1 9 9 7 。与先前的对象模拟 方法比较，u m l 有如下两个优点： ( 1 ) u m l 是国际软件工业界广泛认可的标准，它统一了对象模拟的 标记和含义，使软件设计工具能发挥更大效用。现有的对象设计也能 更容易地被重新使用。 ( 2 ) u m l 取长补短，适当地平衡了简洁性和具体化两个主旨。u m l 已成为一个单独系统来演化，不至于像以前那样有多种标准而引起误 会。 1 4 1 2r a t i o n a lr o s e 简介阅 r a t i o n a lr o s e 是分析和设计面向对象软件系统的强大的可视化工 具，可以用来先建模系统再编写代码，从而一开始就保证系统结构合 理。利用模型可以更方便地捕获设计缺陷，从而以较低的成本修正这 些缺陷。 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 第一章绪论 它支持业务模型，帮助了解系统的业务，有助于系统分析，可以 先设计使用案例和u s ec a s e 框图，显示系统的功能。r o s e 模型是系 统的图形，包括所有u m l 框图、角色、使用案例、对象、类、组件 和部署结点。 1 4 2 论文结构 本论文的结构安排如下： 第一章绪论 简要介绍虚拟仪器的发展和趋势，电子单纱强力仪的发展状况 和虚拟仪器技术在其发展中的应用，以及课题的研究意义和论文 结构。 第二章网络化测试系统分析与设计 本章介绍了本系统中设备及开发工具的选择，系统设计原则， 并通过r o s e 模型介绍了系统模型设计及物理布局，软件流程与功 能模块。 第三章服务端设计与分析 本章对服务端设计进行了分析，介绍了服务端模块的在主程序 中的部署，详细介绍了通信部分及采集部分关键技术及其应用， 并简要介绍了系统附属功能。 第四章客户端软件设计与实现 本章对客户端软件进行了分析，介绍了客户端模块的在主程序 中的部署，详细介绍了实时数据处理部分的指标计算方法与再现 数据个数的确定，并介绍了其他主要模块的设计与实现。 第五章数据库设计与服务实现 本章详细介绍了数据库结构设计，并对a d o 技术及其包装和 应用程序对数据库的操作进行了概述。 第六章系统验证与应用 本章介绍了本系统的使用方法，通过根据实测数据所计算指标 的对比证明了系统的准确性及差异，又通过一测试例子介绍了其 相对传统仪器的优势。 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 第七章结论 本章概括总结了系统的开发过程和实现效果，并对课题的进一 步发展做出了展望，指出下一步研究的重点。 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 第二章网络化测试系统分析与设计 2 1 设备及开发工具的选择 2 1 1 仪器的选择 x l 1 纱线强伸度仪。x l 1 纱线强伸度仪是东华大学( 原中国纺 织大学) 纺织仪器教研室开发研制成功的，仪器采用等速伸长( c r e ) 原理，能显示一次拉伸实验断裂强力和断裂伸长率的单值、试验顺序 数、平均值和变异系数。测力部分采用电阻式传感器，性能稳定。拉 伸试样及伸长测量采用步进电机，结构精密测试精度高。采用气动夹 持器夹持纱线试样，操作方便。仪器符合国际标准i s o2 0 6 2 1 9 9 3 及 国家标准g b t3 9 1 6 1 9 9 7 纺织品一卷装纱一单根纱断裂强力和断裂 伸长率的测定等。可用于棉、毛、丝、麻及化纤纯纺或混纺纱线的 测定。1 2 q 2 1 2 数据采集卡的选择 台湾研华公司p c l 一8 1 8 l 数据采集卡。它有1 6 路单端模拟量输入， 可以向一机多用方向发展：它的1 2 位a d 转换器，采样速率可达 4 0 k b s ；每个通道增益可编程；自动通道增益扫描；板上1 k 采样值 的f i f o 缓存器，可保证在数据高速传输的情况下误码率更低、抗干 扰性更强；1 6 路数字量输入和1 6 路数字量输出；其输出速率为 3 0 k b s ：可编程定时触发计数器。 2 7 1 2 1 3 网络结构的选择 普遍认为有三种类型的网络测量系统即远距离测量系统、测量发 布系统、企业测量系统 2 8 1 。 本课题选择远距离测量系统 的智能化结构，如图2 1 。 其中数据采集卡( d a q ) 安装于本地测量点，计算机 图2 - 1 远距离测量系统智能化结构 通过以太网控制测量点。该系统通过操作平台由分散的i 0 口来提供 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 远距离联机能力，以寻找或控制整个测量系统。 2 1 4 开发平台的选择 u n i x 、w i n d o w sn t 、w m d o w s2 0 0 0 、n e t w a r e 等网络化计算机 操作系统，为组建网络化测试系统带来了方便。标准的计算机网络协 议，如o s i 的开放系统互连参考模型r m 、i n t e r a c t 上使用的t c p i p 协议，在开放性、稳定性、可靠性方面均有很大优势，采用它们很容 易实现测控网络的体系结构。 1 4 1 本课题组建网络的操作系统选择 w i n d o w s2 0 0 0 ，它界面友好，可靠性高，性能优异，具有多任务处理， 可更好地分享资源，并能运行多重应用软件；对称多重处理，允许操 作系统代码在任何空间的处理器运行，使吞吐量提高，并比非对称多 重处理更易于使用；多用户环境下，可靠性高等优点。 2 1 5 数据库的选择 s q l s e r v e r7 0 。因为它提供了多种程序接口，如：a d o 、o d b c 、 o l e d b 、s q l - d m o ，继续保持了其开放性。而且其网络能力、容量、 可扩展性、安全性等性能都非常优秀。【2 9 】 2 1 6 开发语言的选择 在开发软件方面，常见的有美国国家仪器( n - i ) 公司的l a b v i e w 和 l a b w m d o w s c v i ，惠普( 1 i p ) 公司的v e e ，微软公司的v b 、v c 等p 。 本课题选择m sv i s u a lc + + 6 0 。v i s u a lc + + 是m i c r o s o f t 公司的 d e v e l o p e rs t u d i o 工具集中的一个组成部分，有以下几个特点【3 2 】： ( 1 ) 提供了用于开发w i n d o w s9 5 9 8 和w m d o w sn t 环境下的应用 程序的开发环境。由于其开发环境具有简捷、快速、实用的特点，因 此利用其开发w m d o w s 应用程序具有很高的效率。 ( 2 ) 提供了庞大而齐全的m f c 类库，编程人员只需做少量工作， 即可实现功能齐全的w m d o w s 应用程序。 ( 3 ) 提供了一个高度集成的工具集，以保证在开发应用程序的过程 中的高效率。 ( 4 ) 包含了m i c r o s o f t 的代码优化技术，而且更加完善。因此使用 其编制的程序运行速度更快。 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 ( 5 ) 其图形化的可视特性，使编程人员易于学习和掌握。同时它具 有w i n d o w s 的一致性运算、多任务、多线程以及可嵌入字体等特性， 编程人员使用方便。 ( 6 ) 具有丰富的文档、样本代码、联机信息等可以帮助不同层次的 编程人员使用。 2 2 系统设计原则 2 2 1 整体设计原则 本系统的整体设计是遵循以下原则来进行的：先进性、可靠性、 可扩展性、安全性、实用性。 引入先进的网络化虚拟仪器概念，以及s o c k e t 通信编程和a d o 数据库编程等技术，以确保技术和系统的先进性：采用强大周密的异 常处理，以确保使用和采集数据的可靠性；采用适当的数据库结构和 身份验证机制，以保证数据的安全性；采用面向对象技术和c o m 技 术等，使软硬件都模块化，可针对某模块进行替换或更新，以保证系 统的可扩展性；利用计算机强大的数据处理能力和表现能力保证系统 的实用性。 2 2 2 软件设计原则 软件设计采用面向对象技术，以确保整体设计原则。面向对象技 术是一个非常实用而强有力的软件开发方法。c o a t i 和y o u r d o n 给出 了一个定义：“面向对象= 对象+ 类+ 继承+ 通信”。一个面向对象的程 序的每一成分就是对象，是通过新的对象的建立和对象之间的通信来 执行的。它具有许多特色：一是方法的唯一性，即方法是对软件开发 过程所有阶段进行综合考虑而得到的。二是从生存期的一个阶段到下 一个阶段的高度连续性，即在一个阶段所用到的部分与在下一个阶段 所使用的部分是衔接的，所使用的技术经过生存期每一阶段后不改 变。三是把面向对象分析( o o a ) 、面向对象设计( o o d ) 和面向对象程 序设计( o o p ) 集成到生存期的相应阶段。面向对象技术将成为下一代 软件技术的主流。高质量的代码能有效地降低软件的复杂度和提高开 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 发效率。 3 3 1 面向对象方法的继承性是一种代码重用的有效途径。【3 2 】 因为本课题设计为多客户机共用服务器，服务器的运行速度对整 体系统性能有决定性的影响。网络化测试要达到好的系统性能要求， 除了对服务器硬件要求稍高外，在软件设计中还要采取以下原则来提 高服务器效率，使系统硬件和管理费用相应下降，达到事半功倍的效 果。 。 ( 1 ) 尽量减少对界面的起始连接。s o c k e t 和数据库起始连接和绑定 都在程序开始运行建立。 但) 减少测试时对服务器内存及c p u 的占用，分离测试与处理过 程。 ( 3 ) 用“拉进”的方式把大量的数据传送到多个客户机。根据谁发 起事件数据的传送，事件可分作两个类型。在“推出式”( p u s h ) 事件 中，供应者发起数据传送。而在“拉进式”( p 1 【1 1 1 ) 事件中，发起人是 使用者。含有数据的对象，先通知数据使用者，让它们自己决定是否 要“拉进”数据，这就避免了逐一向每个使用者推出数据，以致要长 时间等候。【3 4 】 ( 4 ) 把数据库处理事项组合起来，一起执行，以提高数据库的吞吐 量。 ( 5 ) 减少调用远程对象的运算，把部分工作转移到客户机中执行。 调用远程对象的每一个运算，都要经过网络。 ( 6 ) 减少网络等待时间。批量纱线连续测试，以尽量少的占用网络 资源。开始连接遇到设备忙时和测试完毕后马上断开连接。 2 3 模型设计及物理布局 2 3 1 模型设计 多级系统的好处：洲 ( 1 ) 客户机与服务器分离，允许作长距离的边线动作。两者的开发 也可分开同时进行。 ( 2 ) 因为系统的功能分布在几个级或服务器上，系统维护和扩展都 基于嘲络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 比较容易。 ( 3 ) 从底层到高层，可以分级控制，对不同级的客户机提供不同水 平的服务。 ( 4 ) 方便企业水平的整合( e x t e r p r i s e l e v e li n t e g r a t i o n ) 。通常的做法 是把中间级与企业的其他系统连接起来。 f 5 ) 多级系统可以扩充，以服务大量同时使用系统的客户机。例如， 可以把多个服务器团聚起来。 这一体系结构的限制，包括：【2 4 】 ( 1 ) 各对客户机服务器之间可能有多种不同的通讯协议。实施系 统时，就要有熟识这些协议的多个专业人员。 ( 2 ) 由于数据要行经多级结点，而各个结点可能在不同的电脑和操 作系统中，调试系统的整体动作性能就很不容易。 为了充分发挥多级结构的优点，并贯彻第二节中的软件设计原则， 尽量少的占用网络资源和服务器资源，本课题对典型的c s 三级结构 进行了改进：对于数据采集与数据的实时 处理采用三级结构，由服务器端采集并将 实时数据存入数据库，并通知客户端进行 实时数据显示；而在客户端的数据处理部 分采用二级结构，绕过服务器端应用程序 直接对数据库进行操作，如图2 2 。图中 的结点用一立体框块表示，粗实线的连接 器则代表双向通讯。小圆柱代表数据库， 其中装有持久数据。 2 3 2 物理布局 图2 - 2 系统软件模型 i i ，布局图展示了系统在运行期间，各个部件的布局，如图2 3 。 摹于l 坷络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 第二章网络化测试系统分析与设计 图2 3 系统物理布局 因为本系统所采用采集卡只有1 6 个d i 通道，而对于每台强伸度 仪要监控其上升和下降两个信号，因此每个采集卡只能控制1 8 台强 伸度仪。图中服务器端和客户端通过局域网连接，客户端和数据库可 安装在局域网内任意一台工作站上，两应用程序下方列出各程序功能 模块的分布，各功能模块将在下节详述。本系统的开发重点在软件方 面，为表述清晰，只是把硬件模块简单地分为纱线强伸度仪和数据采 集卡模块，打印机为可选辅助模块。 2 4 软件流程与功能模块设计 2 4 1 软件流程设计 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 图2 - 4 服务器端和客户端主要流程 服务器端和客户端主要流程设计如图2 - 4 。 图中列出通信部分、数据采集部分和数据处理部分的主要流程， 为了保持流程图的清晰，服务器端和客户端的退出部分处理与异常处 理部分没有列出。 2 4 2 软件功能模块设计 按照功能可把软件系统分为七个模块： ( 1 ) 网络测控系统控制主模块。是系统控制的中枢，连接和控制各 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第二章网络化测试系统分析与设计 子模块，分布在服务器端，是在该端其他功能模块对象的宿主模块。 ( 2 ) 虚拟信号源模块。是控制纱线强力仪，使其完全能处于局域网 虚拟控制状态，给测控对象提供激励信号，并监视受控对象输出特性 变化： ( 3 ) 参数配置模块。完成两端参数的设置，包括通信、采集、纱线 与查询等参数的设置； ( 4 ) 数据采集模块。实现对拉伸数据的实时采集和批量纱线的连续 测试； ( 5 ) 数据处理模块。包括对实时采集数据的处理、各指标的计算处 理和显示； ( 6 ) 网络通信模块。承担不同总线模块与主模块之间的数据传输与 通信，也是实现本测试系统与其他工作站用户之间的控制与数据传 送： ( 7 ) 数据再现模块。实现根据查询条件进行以往测试数据的再现。 以上每个模块内部都封装了对应仪器状态控制命令集等处理子模 块。各模块在服务器端和客户端的分布可见图2 3 。 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究 第三章服务端设计与分析 3 1 服务端用例及主程序 3 1 1 服务端用例 服务端用例图，如图3 - 1 。在该图中表明管理员、服务端主程序、 数据采集卡、纱线强伸度仪、客户端程序和数据库之间的关系，以及 服务端主程序内部各功能模块的协调关系。 一。! j 、。 、一一。j 。一r ， ：一，rr 。一鼍曼坦! 篓孵异竺! 蔓一i 。：葛尸卅荇声 i 1 v 二爿7 、 一一一：葛j 。：j 二、1 ”。l 、 、：i 一，：导i 虢堀r 簧 。骑 e 库 臂埋i 二= 登望， ：，? 、) ：；一，4 “5 i 、一， 般幅皂靠+ r | 、。 、一， 图3 - 1 服务端用例图 其中直线箭头表示角色与用例之间的关系，虚线箭头表示用例之 间的关系，数据采集卡和纱线强伸度仪之间以及服务器端通信与客户 端程序之间的数字表示两者的数量对应关系，1 8 表示最少1 台，最 多8 台。 3 1 2 服务端主程序 服务端主程序集成了网络测控系统控制主模块和虚拟信号源模 块，并且是在该端其他软件功能模块对象的宿主程序。它负责各对象 的初始化工作和协调各模块正常工作。各功能模块控制对象和方法接 口及一些状态控制变量主要公布在服务端主程序的c s v r t e s t a p p 、 c s v r t e s t d o c 和c s v r t e s t v i e w 三个类中，主要部分声明如下： ( 1 ) c s v r t e s t a p p 类 i n tg _ i l i g h t ；指示灯状态控制：1 为黄色：2 为红色；3 为绿色 c a d o d a t a b a s e gd b ；a d o 数据库连接对象 b o o l b o p t i o n o n ；选项状态控制 基于网络化虚拟仪器的单纱强力仪研究第三章服务端设计与分析 v i r t u a lb o o l i n i t l n s t a n c e 0 ；f qc w i n a p p 继承，