第九章微机在测试系统中应用

本章重点：数据采集理论和技术。自动测试系统设计方法。智能仪器设计。虚拟仪器系统网络化测控系统数据采集程序的编写第一页，共136页。第一页，共136页。9.1概述

计算机测试系统是传感器技术、数据采集技术、信号处理技术和计算机技术在测试领域技术融合的产物，它既能实现对信号的检测，又能对测得的信号进行计算、分析、处理和判断，目前已经成为测试系统和测试仪器设计的主体模式。第二页，共136页。第二页，共136页。1、发展简史

计算机测试技术的研究和应用自20世纪60年代开始获得实质性的发展，随着一些高性能的ADC、DAC插卡、专用预处理模块和专用测试分析软件的相继出现，产生了以个人计算机为主的各种数据采集仪和分析仪。第三页，共136页。第三页，共136页。由于通信、网络、微米/纳米技术、微机电技术及新型传感器技术的进步，计算机测试系统设计更加灵活。系统设计方式从以单片微机为基础的智能仪器到到以总线技术为基础的自动测试系统和以网络为基础的网络化测试系统，满足了测试领域不同的应用需要。第四页，共136页。第四页，共136页。2、计算机测试系统的基本结构测试应用中，按照不同的测试要求，测试系统的设计可以设计成不同的结构形式，大体可分为基本型、标准通用接口型、专用接口型和闭环控制型等类型。第五页，共136页。第五页，共136页。计算机测试系统主要分为5个部分，即传感模块，信号调理模块、数据获取子系统、计算机平台和测试软件平台。通常数据获取子系统和计算机平台称为计算机测试系统的硬件平台，主要结构类型如下。基本型结构基本型是目前计算机测试系统的主要形式，由多路传感器、信号调理器、数据采集卡（板）计算机及测试软件等组成，各部分之间的连接是通过适当的I/O接口和总线来实现，能完成对多通道和多种参量的自动检测。第六页，共136页。第六页，共136页。标准通用接口型结构

标准通用接口型测试系统中，所有模块之间的接口都按照国际标准设计，具有组建方便、通用性好、适用性强、可扩展性和灵活性好等显著优点，应用极为普遍。可通过标准总线将各个台式测试模块连接起来，也可将有关插板部件模块插入标准机箱扩展箱，即可非常方便地构成测试系统。专门接口型结构

专用接口型计算机测试系统由具有特定功能的模块相互连接而成，是更专业、更大型、性能更优异的数据采集系统，其数据采集速度、通道数、抗干扰能力及专用数据采集和分析处理软件等性能指标都优于标准通用接口型，他在航空、航天、军事等领域应用较广。例如，美国Nicolet公司生产的Odyssey型多通道采集记录分析仪、Pacific公司生产的Pacific-6000型数据采集系统就是在航天测控领域中应用较广的两种专用测试系统。第七页，共136页。第七页，共136页。闭环控制型结构

闭环控制型是指应用于闭环控制的测试系统，测试系统作为反馈环节，这种闭环控制系统通常称为计算机测控系统，一般由实时数据采集、实时判断决策和实时控制等组成。3、计算机测试系统的特点测试系统发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟式、分立元件式、数字化式以及智能仪器（计算机核心的测试模式）。与传统测试模式相比，计算机测试系统具有如下特点：高精度、高分辨率高速实时数据分析处理性能可靠、稳定，维修方便数据输出与存储方便功能开放性自校准和自诊断功能第八页，共136页。第八页，共136页。8.2数据采集系统

在计算机测试系统中，将模拟信号转换为相对应的计算机可使用的数字信号的过程称为数据采集。数据采集系统则是实现数据采集，并由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。数据采集系统多路模拟开关、采样/保持器和A/D转换器等部分组成：9.2数据采集系统

在计算机测试系统中，将模拟信号转换为相对应的计算机可使用的数字信号的过程称为数据采集。数据采集系统则是实现数据采集，并由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。第九页，共136页。第九页，共136页。9.2.1多路模拟开关常见的模拟开关有机电式和电子式两大类。机电式主要包括各种电磁继电器（如干簧继电器等）主要用于大电流、高电压、低速切换场所；电子多路开关由于是集成化无触点开关，寿命长、体积小且干扰小，主要包括二极管、双极型晶体管、场效应管等构成的开关，主要性能和特点如下：第十页，共136页。第十页，共136页。1、多路模拟开关的工作原理（1）工作原理开关元件—用于切换模拟信号的；驱动电路—按照控制指令，驱动开关元件完成通断转换的。第十一页，共136页。第十一页，共136页。

工程应用中，数据采集系统主要采用集成多路模拟开关，因此本节重点讨论集成多路开关。

一般的模拟多路开关必须与地址计数器和译码器配合使用，才能在计算机的控制下分别选通各路模拟信号。集成多路开关将多路开关、计数器、译码器及控制电路集成在一块芯片上，给数据采集系统的设计带来了很大方便。16路集成多路开关，模拟量输入部分由16个漏极连在一起的场效应管开关做成，开关驱动部分包括一个四位计数器和一个四－十六线译码器，如图所示：第十二页，共136页。第十二页，共136页。工作原理：计算机送出四位二进制数，如要选择第１路输入信号，则把计数器置为0001状态，经四－十六译码器后，第1根线输出高电平，场效应管T1导通，，选中第1路信号。如果要连续选通第1路到第3路的信号，可以在计数器加入计数脉冲，每加入一次脉冲，计数器的值加1，状态依次变为0001，0010，0011。第十三页，共136页。第十三页，共136页。2、集成多路模拟开关的应用

数据采集系统中，实际采样点可能多达几十个、甚至几百个，而一片模拟多路开关的通道最多时有8路。以典型集成模拟开关CD4501进行介绍。（1）CD4501芯片结构及工作原理CD4501芯片的结构及管脚功能如图第十四页，共136页。第十四页，共136页。该型芯片采用16脚双列直插式封装，8通道单刀结构，允许双向使用，即可用于多到一的切换输出，也可用于一到多的输出切换。CD4501由三根地址线A，B，C及控制线的状态来选择8路中的一路，（低电平），芯片使能，其真值表如表所示。第十五页，共136页。第十五页，共136页。（1）多路模拟开关的通道扩展方法数据采集系统中，实际采样点通常较多，因此需要对通道进行扩展。测试应用中，通常将多个多路开关加以组合，构成多个通道，通道数一般为2n个。CD4501为8路模拟开关，如果采样通道数超过8个，需要进行通道扩展，主要采用以下三种方法：将n片CD4501加以组合，用门电路（如或门、反相器等）组成地址译码器，产生n个选址信号（相当于片选信号，低电平有效），分别接各片CD4501的禁止端，即可把通道数扩展为8n个。将n片CD4501加以组合，采用集成的地址译码器产生n个选址信号。将n片CD4501加以组合，另外使用一片CD4501完成地址译码功能。第十六页，共136页。第十六页，共136页。如图所示为32路选1电路，从0~31，共32个通道第十七页，共136页。第十七页，共136页。9.2.2采样/保持电路采样/保持电路（S/H）是数据采集和数据分配系统中的重要组成部分，其基本功能是“冻结”时变信号的瞬时值，以确保信号A/D转换时间内模拟信号基本保持不变，以确保转换精度，而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化。因此，采样保持电路在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。：第十八页，共136页。第十八页，共136页。

采样保持电路在原理上由一个开关和一个电容构成，电容用于存储模拟电压，开关用于转换工作状态，因此采样保持电路本质上是一种具有信号输入、信号输出以及由外部指令控制的模拟门电路。1、工作原理第十九页，共136页。第十九页，共136页。工作原理如下：

t1时刻前，控制信号为高电平，模拟开关K闭合，模拟输入信号UI通过开关K加到电容CH上，使得电容CH端电压UC跟随模拟输入信号UI的变化，这段时间为跟踪期或采样时间段。图中t1前，t2-t3，t4-t5等时间段均为跟踪期。t1时刻，控制信号为低电平，模拟开关K断开，此时电容CH上的电压UC保持模拟开关断开瞬间的UI值不变并等待A/D转换器转换，这段时间为保持期。图中t1-t2，t3-t4等时间段均为保持期。t2时刻保持结束，新一个跟踪（采样）时刻到来，控制信号重新为高电平，模拟开关K重新闭合，电容CH端电压UC又跟随模拟输入信号UI的变化。采样/保持过程配合A/D转化过程进行变化，因此性能参数指标的匹配在数据采集过程中显得尤为重要。。第二十页，共136页。第二十页，共136页。采样/保持电路是一种用逻辑电平控制其工作状态的器件，具有两个稳定的工作状态：跟踪状态。接收模拟输入信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持指令为止。保持状态。对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行保持。

采样/保持电路是在“保持”命令发出的瞬间进行采样，而在“跟踪”命令发出时，采样/保持电路跟踪模拟输入量，为下次采样做准备。第二十一页，共136页。第二十一页，共136页。采样/保持电路可以采用电子元器件来实现，实际构建的测试系统多数采用集成芯片。采样/保持电路的基本结构有串联型和反馈型。2、基本电路第二十二页，共136页。第二十二页，共136页。串联型采样/保持电路

串联型采样/保持电路如上图a所示。途中A1和A2分别是输入和输出缓冲放大器，用以提高采样/保持电路的输入阻抗，减少输出阻抗以便与前级和后级电路连接。

当开关K闭合时，采样/保持器处于跟踪状态。由于A1是高增益放大器，其输出电阻很小，模拟开关K的导通电阻很小，输入信号通过A1对电容CH的充电速度很快，CH的电压将跟踪输入电压UI的变化，而A2也接成电压跟随器，具有较高的输入电阻，电容CH上的电荷泄放比较慢。当Ｋ断开时，采样保持器从跟踪状态变为保持状体，CH没有充放电回路，理想状态下CH上的电压与A2的输出电压一致并保持K断开瞬间UI的最终值上。第二十三页，共136页。第二十三页，共136页。反馈型采样/保持电路

反馈型采样保持电路如图b所示，输出电压UO反馈到输入端，使A1和A2共同组成一个跟随器。开关K1和K2关系互补，当K1闭合时，K2断开；K2闭合时，K1断开。当K1闭合，K2断开时，两块运放A1和A2共同组成一个跟随器，采样／保持器工作于跟踪状态。当K1断开，K2闭合时，采样/保持电路工作与保持状态。此时，保持电容CH的端电压UC保持在K1断开瞬间UI的值上，使UO与UI的值保持一致。在保持状态，影响输出电压精度的因素是保持状态前瞬间A1运放的失调电压。所以，这种类型的采样/保持电路的精度高于串联型。第二十四页，共136页。第二十四页，共136页。3、采样/保持电路的主要性能参数采样/保持电路的主要性能参数如图所示：捕捉时间TAC

捕捉时间TAC是指当采样保持电路从保持状态转到跟踪（采样）状态时，采样/保持电路的输出从保持状态的值变化到当前的输入值所需要的时间，如上图所示。捕捉时间包括逻辑输入开关的动作时间、保持电容的充电时间、放大器的设定时间等。第二十五页，共136页。第二十五页，共136页。孔径时间TAP孔径时间TAP是指保持命令发出后，直到模拟开关K完全断开所需要的时间。采样保持电路中，模拟开关从闭合到完全切断需要一定的时间，当接收到保持指令时，采样/保持电路的输出并不保持在指令发出瞬间的输入值上，而会跟着输入变化一段时间。由于这段时间的存在，延迟了采样时间，因此计算机控制A/D转换器进行采样的过程应考虑预留出该段时间。保持电压的衰减率当采样/保持器处于保持状态时，由于保持电容CH泄漏电流的存在，使得保持电压有一定衰减，下降值随保持时间增大而增大，衰减速率用保持电压的下降率来表示式中

I—保持电容CH的漏电流。为了减小保持电压衰减率，设计时应采用优质电容CH。第二十六页，共136页。第二十六页，共136页。4、采样/保持电路的应用采样频率的选择测试系统中，对有限带宽的模拟信号进行采样，只有在采样频率至少2倍于信号最高频率，才能保证不失真地恢复模拟信号，因此有：第二十七页，共136页。第二十七页，共136页。解：从题中可以看出，与和相比，可以忽略根据采样频率计算公式，有：实例分析：已知采样/保持电路的捕捉时间孔径时间，A/D转换器的转换时间（时钟频率为640kHz），计算系统可采集的最高输入信号频率。

测试系统所采用的采样/保持电路大都集成在一块集成芯片上，芯片内不包含保持电容，因此需要外接，容量大小根据用户的需要选择。一般来讲，采样频率越高，保持电容越小，反之采样频率低，但要求精度较高时可选用较大的电容。典型采样/保持集成芯片的选用第二十八页，共136页。第二十八页，共136页。采样/保持集成芯片有以下三类：

通用芯片：AD583K，AD582，LF398（298，198）等；高速芯片：THS-0025，THC-0300等；高分辨率芯片，如SHA1144等。以AD582芯片为例进行介绍：AD582是美国AnalogDevices公司生产的通用型采样/保持芯片（国产型号5G582）。它由一个高性能的运算放大器，低漏电阻的模拟开关和一个由结型场效应管集成的放大器组成。该芯片采用14脚双列直插式封装，其管脚及结构示意图如图所示。第二十九页，共136页。第二十九页，共136页。

应用中，脚1位同相输入端，脚9为反相输入端，保持电容CH接在脚6与脚8之间，脚11和脚12为逻辑控制器，脚3和脚4接直流调零电位器，脚10和脚5是正负电源，脚2，7，13和14为空脚（Nc）。下图为AD582的常用电路。第三十页，共136页。第三十页，共136页。AD582是反馈型采样/保持芯片，保持电容接在运算放大器A2的输出端（脚8）和反相输入端（脚6）之间。该种接法增益为１，输出不反相，可以实现以较小的电容获得较高的采样速率。当精度要求不高（±0.1%）而速度要求较高时，可选CH＝100pF，这样捕捉实践。当精度要求较高（±0.015%）时，为减小反馈的影响并减缓保持电压的下降，应去CH＝1000pF。。第三十一页，共136页。第三十一页，共136页。9.2.3模数转换器和数模转换器

模/数转换器是将模拟量转换成数字量的器件，简称A/D转换器或ADC（AnalogtoDigitalConverter），而数/模转换器则是将数字量转换成模拟量的器件，简称D/A转换器或DAC（DigitaltoAnalogConverter），用于把微处理器输出的数字信号转换成电压或电流等模拟信号。目前，A/D芯片或D/A芯片均以集成在芯片上，设计测试系统时，无需了解其内部电路的细节，重点在于掌握芯片的外部特性和使用方法。

1、模/数转换器模/数转换器的分类A/D转换器的分类方法从“量化是一种比较过程”这一基本概念出发，从比较的角度可以分为两种类型，直接比较型和间接比较型：第三十二页，共136页。第三十二页，共136页。直接比较型

将输入的采样模拟量直接与作为标准的基准电压相比较，得到按数字编码的离散量或直接得到数字量，主要包括连续比较、逐次比较等。这类转换属瞬时比较，速度较快，但抗干扰能力差。间接比较型

将输入的采样模拟量与基准电压转变成中间物理量，然后进行比较，然后将比较得到的时间（t）或频率（f）进行数字编码。这类转换属平均值响应，转换速度慢，但抗干扰能力强，有双斜式、脉冲调宽型、积分型、自动校准积分型等类型。第三十三页，共136页。第三十三页，共136页。A/D转换器的主要技术指标A/D转换器可以将声、光、压力以及温度等随时间连续变化的非电物理量经传感器转换成的电信号采样，转换成具有一定精度的数字信号。A/D转换器主要性能指标主要有以下几个方面。分辨率

分辨率是指A/D转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量，通常用转换器输出数字量的位数来表示。设A/D转换器的位数为n，满量程电压为FSR，则分辨率定义为第三十四页，共136页。第三十四页，共136页。

满量程电压为10V的12位A/D转换器，则转换器对模拟输入电压的分辨能力为2.44mV；如果满量程5V的8位A/D转换器，分辨能力为19.6mV。目前常用的A/D转换器的位数一般有8位、10位、12位、14位及16位等。精度A/D转换器的精度分为绝对精度和相对精度。（1）绝对精度

绝对精度定义为对应于输出数据的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。绝对误差一般在范围内。绝对误差包括增益误差、偏移误差、非线性误差，也包括量化误差。第三十五页，共136页。第三十五页，共136页。（2）相对精度

相对精度定义为绝对精度与满量程电压值之比的百分数。即

所谓相对就是相对于满量程电压值，因此分辨率很高的A/D转换器，可能因为温度飘移、线性不良等原因，并不一定具有很高的精度。

量程是指A/D转换器所能转换模拟信号的电压范围，如0V~5V，-5V~+5V，0V~10V，-10V~+10V。量程第三十六页，共136页。第三十六页，共136页。转换速率是指能够重复进行数据转换的速度，即每秒钟转换的次数。转换时间和转换速率（1）转换时间

转换时间是指按照规定的精度将模拟信号转换为数字信号并输出所需要的时间。一般用微秒（μs）或毫秒（ms）来表示。通常转换时间是根据模拟输入电压值来规定的，也有根据转换器的位数来确定的，如逐次逼近型A/D型转换器，转换时间是恒定的。也有转换器，其转换时间与待转换的信号的值有关。（2）转换速率第三十七页，共136页。第三十七页，共136页。温度系数和增益系数温度系数和增益系数均表示A/D转换器受环境温度影响的程度，一般用每摄氏度温度变化所产生的相对误差作为指标，以ppm/ºC为单位表示。A/D转换器的工作原理逐次逼近式A/D转换器

逐次逼近式A/D转换是一个具有反馈回路的闭路系统。转换器可划分为比较环节、控制环节及比较标准（D/A转换器）。其工作原理为：将待转换的模拟输入信号Vin与一个“推测”信号V1相比较，根据推测信号是大于还是小于输入信号来决定减小还是增大该推测信号，以便向模拟输入信号逼近。推测信号有D/A转换器的输出获得，当推测信号与模拟输入信号“相等”时，向D/A转换器输入的数字即为对应的模拟输入的数字。第三十八页，共136页。第三十八页，共136页。第三十九页，共136页。第三十九页，共136页。双积分法A/D转换器

双积分法A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成，如图8-12a所示。其工作原理是将未知电压Vx转换成时间值来间接测量的，所以双积分法A/D转换器也叫做T-V型A/D转换器。A/D转换过程为，开关先把Vx采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关将与Vx极性相反的基准电压VREF输入到积分器进行反相积分，到输出为零伏时停止反相积分。第四十页，共136页。第四十页，共136页。2、数模（D/A）转换器D/A转换器的工作原理D/A转换器主要分为并行D/A转换器和串行D/A转换器，在基本组成上可分为四个部分：电阻网络、模拟切换开关、基准电源和运算放大器。第四十一页，共136页。第四十一页，共136页。

并行D/A的位数与输入数码的位数相同，对应输入数码的每一位都设有信号输入端，用以控制相应的模拟切换开关，把基准电压UREF接到电阻网络上，工作原理如图所示：并行D/A转换器工作原理第四十二页，共136页。第四十二页，共136页。

电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压，在运算放大器的输入端进行总加。放大器的输出则反映输入数码的大小。

设输入数字量：

则：

并行D/A转换器中，最常用的电阻网络为“T”形网络。以12位T形网络D/A转换器原理来分析，如图所示第四十三页，共136页。第四十三页，共136页。12位D/A转换器由12个串联分路开关、27个精密电阻和一个运算放大器组成。电阻网络只用R及2R两种规格的电阻。电阻网络的输出接至运算放大器，若反馈电阻Rf的值为3R，则总的输出电压UO为：第四十四页，共136页。第四十四页，共136页。串行D/A转换器工作原理串行D/A转换器应用于数字量以串行方式输入的场合。串行D/A转换器的工作节拍tC是和串行二进制数码定时同步的，在时钟同步下控制D/A转换器一位接一位地工作。串行二进制脉冲转换结束后，转换器的模拟电压输出UO为第四十五页，共136页。第四十五页，共136页。D/A转换器的主要性能指标D/A转换器的主要性能指标主要包括：分辨率D/A转换器分辨率定义为最小输出电压（对应的输入数字量只有最低有效位为“1”）与最大输出电压（对应的输入数字量所有有效位全为“1”）之比。如n位D/A转换器，分辨率为。在实际应用中，分辨率的表示方法也用输入数字量的位数来表示。非线性误差与线性度D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。第四十六页，共136页。第四十六页，共136页。建立时间建立时间反映D/A转换从一个稳态值向另一个稳态值过渡的时间长短。不同型号的D/A转换器的建立时间也不同，一般从几个毫微秒到几个微秒。若输出为电流则建立时间相对较短，若输出形式为电压，则建立时间主要是输出运算放大器所需要的响应时间。第四十七页，共136页。第四十七页，共136页。9.2.4数据采集系统的构成方式1、微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统是由传感器、数据采集板卡、微型计算机及外设等组成，其中数据采集板卡包括信号调理模块、采样/保持器、A/D转换器等模块。采集系统构成如图所示。1、微型计算机数据采集系统微型计算机数据采集系统是由传感器、数据采集板卡、微型计算机及外设等组成，其中数据采集板卡包括信号调理模块、采样/保持器、A/D转换器等模块。采集系统构成如图所示。第四十八页，共136页。第四十八页，共136页。2、分布式数据采集系统

分布式数据采集技术是以总线技术、现场总线技术、Ethernet网络技术以及互联网等为支撑的网络化数据采集技术，如图所示：第四十九页，共136页。第四十九页，共136页。9.3自动测试系统

自动测试系统通常意义上讲指采用计算机控制技术，能实现自动化测试的系统，能自动完成激励、测量、数据处理并显示或输出结果。9.3.1自动测试系统的结构及特点

自动测试系统（ATS—AutomaticTestSystem）通常是以计算机为核心，通过程控指令的指挥，能自动完成预定测量任务而组合起来的测量仪器和其他设备的有机整体。自动测试系统包括五部分：第五十页，共136页。第五十页，共136页。第五十一页，共136页。第五十一页，共136页。9.3.2自动测试系统的发展历程

1、第一代自动测试系统

第一代自动测试系统以专用系统为主，系统的设计通常是针对某项具体任务。系统中，计算机与被测目标之间，计算机与测试仪器之间以及测试仪器之间的接口没有标准化，系统结构如图所示。1、第一代自动测试系统

第一代自动测试系统以专用系统为主，系统的设计通常是针对某项具体任务。系统中，计算机与被测目标之间，计算机与测试仪器之间以及测试仪器之间的接口没有标准化，系统结构如图所示。第五十二页，共136页。第五十二页，共136页。2、第二代自动测试系统

第二代自动测试系统的主要特点标准接口、标准总线，即采用标准通用的可程控测量仪器接口总线（IEEE488，IEEE538等）以及可程序控制的仪器和测控计算机（控制器）。第二代自动测试系统中，代表性的是IEEE488，CAMAC（IEEE538）标准接口系统。2、第二代自动测试系统

第二代自动测试系统的主要特点标准接口、标准总线，即采用标准通用的可程控测量仪器接口总线（IEEE488，IEEE538等）以及可程序控制的仪器和测控计算机（控制器）。第二代自动测试系统中，代表性的是IEEE488，CAMAC（IEEE538）标准接口系统。第五十三页，共136页。第五十三页，共136页。3、第三代自动测试系统

第三代自动测试系统的特点是以计算机为核心，并取代传统电子设备的大部分功能，成为测量仪器的一个不可分割的组成部分，与测试系统荣为一体。自动测试系统建化为由微型计算机、通用硬件和软件部分组成。第五十四页，共136页。第五十四页，共136页。9.4智能仪器

智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器，它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等）。

9.4.1智能仪器的组成

智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入/输出通道、人-机接口电路、通信接口电路，其通用接口框图如图所示。第五十五页，共136页。第五十五页，共136页。第五十六页，共136页。第五十六页，共136页。9.4.2智能仪器的性能特点

智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，具有的软件系统使仪器在测试过程中具有智能。相对于传统的以模拟电子技术和纯硬件为基础的仪器系统，智能仪器具有如下特点：友好的人机交互性能较高的自动化测量性能集成化和模块化促进了仪器的高性能智能仪器的网络化第五十七页，共136页。第五十七页，共136页。9.4.3智能仪器的典型功能

智能仪器的主要特征是以微处理器为核心进行工作，因而智能仪器具有强大的控制和数据处理功能，使测量仪器在实现自动化、改善性能、增强功能以及提高精度和可靠性等方面发生了较大的变革。

硬件故障的自检

所谓自检就是利用事先编制好的检测程序对仪器的主要部件进行自动检测，并对故障进行定位。智能仪器自检的内容可以根据实际需要设置,通常包括对面板键盘、显示器、ROM、RAM、总线、接插件等的检查。第五十八页，共136页。第五十八页，共136页。自动测量功能

智能仪器的典型特点是实现了测量过程的自动化。智能仪器通常都含有自动量程转换、自动零点调整、自动校准功能，有的仪器还能进行自动触发电平调节。这样，仪器操作人员就省去了大量繁琐的人工调节，同时也提高了测试精度。由于不同仪器的功能及性能差别很大，因而测试过程自动化的设计应结合具体仪器考虑。9.4.4智能仪器的发展趋势

以新型传感器为基础应用领域不断细化智能仪器的微型化智能仪器的网络化智能仪器系统的规范化和标准化智能信息处理的人工智能化第五十九页，共136页。第五十九页，共136页。9.5虚拟仪器系统9.5.1概述9.5..2虚拟仪器的组成结构9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介9.6.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例第六十页，共136页。第六十页，共136页。1986年美国国家仪器公司（NI）提出了虚拟仪器的概念，标志着一种完全采用新检测理念、新仪器结构、新检测方法、新开发手段的仪器系统的诞生。通常意义上说，虚拟仪器就是利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，利用计算机软件来实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机显示器来模拟传统仪器控制面板来输出检测结果，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术，硬件实现了模块化、系列化，同时利用计算机及软件将多种检测功能集成于一体的方法不仅缩短了检测时间，而且也提高了检测的精度。第六十一页，共136页。第六十一页，共136页。9.5.1概述虚拟仪器用于检测技术的背景

计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及，有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术。目前正在研究的第三代自动测试系统中，计算机处于核心地位，计算机软件技术和测试系统更紧密地结合成了一个有机整体，仪器的结构概念和设计观念等都发生了突破性的变化，这种突破性变化所带来的是新的仪器概念——虚拟仪器VI（VirtualInstrument）。第六十二页，共136页。第六十二页，共136页。虚拟仪器的基本概念

第一代仪器是模拟式仪器仪表。主要结构是基于电磁机械式机构，其测量结果是依靠指针显示，也称为模拟指示仪表，如模拟万用表、模拟函数发生器、指针式电压表等。第二代是数字化仪器。将模拟信号转化为数字信号，以数字形式输出与显示出结果。如数字万用表、数字存储示波器、数字电压表等。第三代是智能仪器。内部有微处理器，可进行自动检测，可以替人脑具有一定的数据处理能力，故称“智能”仪器，其主要功能模块是硬件与固化的软件，对开发和应用仍不灵活。随着计算机硬件技术、软件技术、总线技术的高速发展，出现了全新概念的第四代仪器——虚拟仪器。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合在一起，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。在以PC机为基础的虚拟仪器中，一个典型的虚拟仪器系统包括：计算机、VI软件、数据采集卡、硬件接口、电荷放大器、传感器和连接电缆等。其中，VI软件占主导地位。第六十三页，共136页。第六十三页，共136页。虚拟仪器的应用前景

自1986年NI公司提出了虚拟仪器的概念后，虚拟仪器技术得到了迅速发展，在科研、开发、测量、计量、测控等领域得到了广泛的应用。由于虚拟仪器的接口具有通用性、开放性，很容易将现有设备仪器联网，实现远程检测与控制，实现大规模自动化，而且仪器资源的充分利用、检测成本的降低，测控系统的功能提高，其应用范围的大大拓展等特点，在将来的发展中定会使其在全球优胜劣汰中脱颖而出。专家分析预测在中国市场将有50%的仪器为虚拟仪器。第六十四页，共136页。第六十四页，共136页。9.5.2虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的功能组成

如图12-1所示，虚拟仪器应用程序将可选硬件（如GPIB、VXI、RS232、DAQ板）和软件结合在一起实现仪器模块之间的通信、定时和触发。软件为检测人员构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。

第六十五页，共136页。第六十五页，共136页。9.5.2虚拟仪器的组成结构虚拟仪器的实现基础1．虚拟仪器的硬件基础

在虚拟仪器中，插入式数据采集卡（DAQ）是最常用的接口形式之一，其功能是将现场数据采集到计算机中。目前插入式数据采集卡已具有兆赫级的采样速度，精度高达24位，具有可靠性高、功能灵活、性能/价格比高等特点。用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件，便可构成各种数据采集控制仪器/系统，如信号发生器、电路和器件测试仪等。2．虚拟仪器的软件基础

在虚拟仪器系统中强调“软件构成仪器”的概念，硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。用户可以根据自己需要定义仪器的功能，通过修改软件的方法很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，并可以方便地同外设、网络及其他应用连接。虚拟仪器的软件结构主要包括：仪器I/O接口软件、仪器驱动程序和应用软件三部分。第六十六页，共136页。第六十六页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介LabVIEW的主要特点LabVIEW最大的特点就是图形化编程。除了图形化特点以外，LabVIEW还具有以下特点：

1．功能强大的函数库，提供了用于输入/输出、控制、分析和数据显示的几百个内置函数，用户可以直接调用，提高了工作效率。

2．LabVIEW具有内置32位程序编译器。

3．灵活的程序调试手段。可设置断点、单步运行、高亮执行及设置探针等程序调试手段来检查程序设计中的错误。

4．开放式的开发平台，LabVIEW可通过ActiveX技术应用、动态数据交换、调用库函数、代码接口节点等实现与其他应用程序的链接，使检测人员在LabVIEW中能方便地使用其他软件开发编译的模块。

5．支持多种操作系统。LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh等多种版本。

6．强大的Internet功能，支持常用网络协议，易于构建基于计算机网络的测试系统。

7．集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。第六十七页，共136页。第六十七页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介LabVIEW的硬件接口LabVIEW本身提供了超过400个仪器驱动器，如果检测人员使用的是相应硬件，只需用其提供的DAQWizard功能，组合几个数据分析、数据陈述和用户界面子VI即可快速、容易地创建自己的虚拟仪器。如果不是，LabVIEW还提供了通用的硬件接口（包括IEEE488（GPIB），RS232/422和VXI，以及插入式的A/D，D/A和数字式I/O板），任何提供了Windows驱动程序（DLL，VXD）的硬件都可以在LabVIEW下正常工作。

LabVIEW自身包含超过170种的分析功能，包括信号发生/仿真、数字信号处理、数字滤波器、时间、频率合并分析以及脉冲/入口探测等。此外，允许检测人员自己编写C和Matlab代码实现特定功能，直接嵌入VI中，当作子VI来运行。第六十八页，共136页。第六十八页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介LabVIEW应用程序的构成

前面板（也称之为人机界面）是程序与用户交流的窗口，可以设置各种输入控制参数和观察输出量。

1．前面板（FrontPanel）第六十九页，共136页。第六十九页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介LabVIEW应用程序的构成

程序框图是VI的图形化源代码，是实现程序的核心，可以把它想象成传统仪器机箱中用来实现功能的零部件，控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。2．程序框图（BlockDiagram）第七十页，共136页。第七十页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介LabVIEW应用程序的构成

VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI（sub—VI），被其他VI调用。图标表示在其他程序中被调用的子程序。而连接器表示图标的输入/输出口，类似于子程序的参数端口。3．图标/连接器（Icon/Connector）第七十一页，共136页。第七十一页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介LabVIEW的模板简介

在LabVIEW的用户界面上包括三种模板：工具模板（ToolsPalette）、控件模板（ControlsPalette）和函数模板（FunctionsPalette），通过它们即可实现程序的开发。第七十二页，共136页。第七十二页，共136页。9.5.3图形化编程语言——LabVIEW简介程序的运行与调试1）找出语法错误2）设置执行程序高亮3）断点与单步执行4）探针1．程序的运行2．程序的调试第七十三页，共136页。第七十三页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的硬件部分1．人体温度检测系统在硬件方面，主要采用NI6014多功能信号采集卡和DAQ模组。

1）NI6014多功能信号采集卡

2）DAQ模组

DAQ卡属于热敏电阻，其阻值随温度的变化而变化。2．通过DAQ数据采集卡来测量信号时，需考虑连接模式（单点式或差动式输入）、精度、工作电压范围、取样速率、增益等。

1）模式

2）精度

3）工作电压范围

4）增益

5）取样速率

6）干扰第七十四页，共136页。第七十四页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的软件部分

首先建立人体温度检测系统所需要的人机界面（前面板），希望可以直观的观测检测时温度值，以及整个检测过程中温度的变化曲线，如图12-7所示。

1．人机界面第七十五页，共136页。第七十五页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的软件部分

程序框图设计必须与人机界面相对应，使其能够控制和操纵定义在人机界面上的输入和输出功能。2．程序框图第七十六页，共136页。第七十六页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的检测原理

基于LabVIEW虚拟仪器的人体温度检测系统将温度信号采集输入后进行运算，得出实际温度，同时完成实时显示、报警等功能，其程序流程图如图12-9所示。1．人体温度检测系统的程序流程图第七十七页，共136页。第七十七页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的检测原理

由于人体温度主要由血液运输经过动脉或静脉所产生。一般情况下，耳朵温度较接近人体体温，而手指温度则偏低，且手指温度易受外在温度上升或下降的影响，所以耳朵温度和手指温度之间存在一定的温度差。采用人体温度检测系统测量体温时，手指温度的测量相对简单、方便，因此，考虑通过测量手指温度X加上它与耳朵温度的差值△T，就可以得出实际的人体温度（耳温）T，即T=△T+X（℃）。为了得到比较准确手指温度与耳朵温度的温度差（△T），必须进行多次反复测温。现在，在一百次测温取样中，取每十次人体温度求平均值，最后算出平均温度差。表12-5为其中五次温度值，可以看出耳朵温度（人体体温）与手指温度的平均值分别为36.88℃、212.70℃，平均温度差为12.18℃。2．人体温度测量原理第七十八页，共136页。第七十八页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的运行结果

人体在正常状态下，人体温度检测系统检测手指温度，界面显示温度由35.18℃变化到37.26℃的曲线，如图12-10所示。人机界面显示温度为修正的温度，即测量温度加上12.18℃温度差。所以，当人体温度是37.26℃时，实际手温为29.08℃。1．正常状态第七十九页，共136页。第七十九页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的运行结果

当手拿过一杯温度为22.00℃的水后，可以验证手温下降约6.05℃。用人体温度检测系统测量体温时，测出手温为23.03℃，而人体正常手温为29.08℃，随着时间的推进，温度以等差方式上升，温度差大，上升速度较快，逐步恢复到37.26℃，如图12-12所示。

2．低温状态第八十页，共136页。第八十页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的运行结果

当手拿过一杯温度为40.00℃的水后，可以验证手温上升约2.23℃，用人体温度检测系统测量体温时，温度以等差方式下降，过程与冷温情况相似。最后，温度恢复到37.26℃，温度变化得过程如图12-14（a）和（b）所示。3．高温状态第八十一页，共136页。第八十一页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的运行结果

测量人体温度时，通常会有高温、正常、低温三种情形。由图12-16可知，在正常情况下，人体温度会快速上升，保持水平稳定状态，低温需要等待6分钟，高温则需要等待35分钟后，人体温度曲线才会显示水平稳定状态，最后得到人体的正确温度。4．三种人体温度比较第八十二页，共136页。第八十二页，共136页。9.5.4基于LabVIEW虚拟仪器在检测技术中的应用实例人体温度检测系统的运行结果

综上所述，人体不管是正常状态、低温状态或高温状态，用人体温度检测系统测量，从DAQ卡传送至计算机，可以由LabVIEW人机界面，直观了解人体的准确温度，虽然有人为温度误差和系统温度误差，但都在可以控制的允许范围内，所以比一般温度计测量准确性更高，检验速度更快，且可记录人体温度变化过程，而且如果有发烧情况，可以让医疗人员能快速分析人体情况，迅速进行治疗和隔离。5．结论第八十三页，共136页。第八十三页，共136页。

重点讨论DCS的MAP/TOP通信协议、现场总线的CAN协议与FF协议、以及以太网的TCP/IP协议，对上述三种测控系统组建涉及的开发组态软件进行详细介绍，并给出基于三种网络测控系统的典型实例。

9.6基于网络的测控技术

第八十四页，共136页。第八十四页，共136页。

9.6.1开放系统互联（ISO/OSI）标准模型

OSI参考模型划分原则：网中各结点都有相同的层次，相同的层次具有同样的功能；同一结点内相邻层之间通过接口通信；每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。第八十五页，共136页。第八十五页，共136页。OSI参考模型的数据传输

9.6.1开放系统互联（ISO/OSI）标准模型

第八十六页，共136页。第八十六页，共136页。9.6.2MAP/TOP通信协议

MAP规约的主要内容

MAP规约是按照OSI七层模型的框架，从ISO及IEEE802，EIA等国际组织已有的文件和标准中选择合适的内容之后，组合成适合于控制领域中网络互联的分层协议。技术办公系统协议（TOP）

一种为办公室系统通信定义局域网的一些规范和协议的开放式系统互联（OSI）协议，与生产自动化协议（MAP）相连。第八十七页，共136页。第八十七页，共136页。9.6.3通信接口

RS-232C接口RS-422、RS-423接口RS-485接口第八十八页，共136页。第八十八页，共136页。9.6.4测控组态软件

“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的出现的。测控组态软件是面向监控与数据采集（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置功能，使用方式灵活。第八十九页，共136页。第八十九页，共136页。9.6.2现场总线网络测控技术（FCS）

现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）借助设备、仪表的计算能力，来实现以往无法设想的各种复杂计算，形成真正意义上的分散在生产现场的完整控制系统，提高了控制系统运行的可靠性。第九十页，共136页。第九十页，共136页。

现场总线技术简介

几种有影响的现场总线FF总线LonWorksPROFIBUSCANHARTControlNet第九十一页，共136页。第九十一页，共136页。

CAN总线

CAN总线帧结构

第九十二页，共136页。第九十二页，共136页。

CAN总线

CAN总线系统的设计

软件设计的关键是通信程序的编写。通信程序主要包括初始化子程序、发送子程序和接收子程序三个部分。

第九十三页，共136页。第九十三页，共136页。

FF总线

FF总线的通信参考模型第九十四页，共136页。第九十四页，共136页。

FF总线

FF总线通信协议第九十五页，共136页。第九十五页，共136页。

FF总线

FF总线通信控制器基金会现场总线通信圆卡

第九十六页，共136页。第九十六页，共136页。

FF总线

主CPU

主CPU负责实现基金会现场总线的高层协议，即第2，7，8层。FF通信控制器

主要功能是减轻主CPU通信工作的负担，完成总线信号的发送和接收，串行数据的编码和解码，帧检验序列的生成和验证，信息帧的打包和解包等功能。

第九十七页，共136页。第九十七页，共136页。

FF总线

媒体连接单元MAU

接收和发送符合FF规范的物理信号，包括对通信控制器传来的信号限制频带，向总线上耦合信号波形，接收总线上耦合的信号波形，对接收波形的滤波和预处理等。MAU的功能是执行通信控制器的TTL电平信号与现场总线物理介质上传输的信号之间的转换，具体电路根据所采用的物理介质的不同而不同。第九十八页，共136页。第九十八页，共136页。

FF总线

基金会现场总线通信控制器的功能总线信号的接收和发送

通信控制器需根据基金会现场总线的物理层标准，正确地实现总线信号的接收和发送。串行数据的编码和解码

发送方必须采用数据编码的方式，将时钟信息隐藏在数据中发送出去；接收方对接收到的信号解码，从中还原出时钟信号，以达到接送双方同步。第九十九页，共136页。第九十九页，共136页。

FF总线

信息帧的打包和解包通信控制器在接收到来自数据链路层的数据包后，需加上前导码、帧前定界码和帧尾定界码才能用于传输；帧校验序列的生成和验证

在数据发送过程中，通信控制器一边发送数据，一边对发送的数据进行相应的CRC计算处理，直到本帧的最后一位数据发送完毕。第一百页，共136页。第一百页，共136页。

FF总线

自动地址识别

接收数据时，通信控制器能对接收信息中的地址进行识别，验证本站点是否需要使用这些信息。如果需要使用，则将数据接收完，然后交给主CPU；否则放弃本帧数据，接着侦听下一帧数据。第一百零一页，共136页。第一百零一页，共136页。

测控系统组态

1.控制策略图形组态的功能

提供多种控制器件库、图形控制和功能软件，可组态各种显示与控制功能，创建画面和信息并将其与输入点连接，以图形形式显示系统操作状态。第一百零二页，共136页。第一百零二页，共136页。

测控系统组态

2.控制算法组态的实现用功能块法组态的一个典型的PID控制回路如图

CEST为常数设定，AI为模拟量输入，SUB为减法运算器，PID为控制算法，AO为模拟量输出。

第一百零三页，共136页。第一百零三页，共136页。

测控系统组态

2.控制算法组态的实现第一百零四页，共136页。第一百零四页，共136页。

测控系统组态

3.测控组态系统

测控组态系统是用于工业自动化和过程监视与控制的应用测控软件，它为自动化工程提供人机接口或SCADA系统。通过测控组态软件的使用，可使操作方便，并能直观地获取现场的实时数据，达到实时监视的目的，从而能够快速地查找到远程现场测控设备的故障，提高劳动生产率。第一百零五页，共136页。第一百零五页，共136页。

TCP/IP协议

TCP/IP协议栈除了TCP/IP协议外，还包括UDP、Telnet、FTP、HTTP、ICMP、ARP等多个协议，在不同的层次上完成各自的功能。第一百零六页，共136页。第一百零六页，共136页。

TCP/IP协议

1.TCP/IP协议的网络分层

第一百零七页，共136页。第一百零七页，共136页。

TCP/IP协议

2.IP协议

IP提供的服务有两个特征：无连接的服务这是IP最重要的特征。IP协议采用无连接的数据报机制，IP只负责将报文段发往相应的目的地，而不管它是否真的能正确到达.而可靠性则是由TCP来负责的。点对点的传送点对点通信的一个最大问题是路由选择。第一百零八页，共136页。第一百零八页，共136页。

TCP/IP协议

IP数据报格式

第一百零九页，共136页。第一百零九页，共136页。

TCP/IP协议

3.传输控制协议TCP第一百一十页，共136页。第一百一十页，共136页。

TCP/IP协议

4.用户数据报协议UDP头结构

第一百一十一页，共136页。第一百一十一页，共136页。

TCP/IP协议

TCP的主要机制包括

编号与确认适应性重发用窗口进行流量控制拥塞控制“三次握手”第一百一十二页，共136页。第一百一十二页，共136页。

Internet-Intranet-Infranet

1.Internet

Internet的直接意思就是“互相连接的网络”。

Internet开始是由美国国防部资助的称Arpanet的网络，原始的Arpanet早已被扩展和替换了，现在由其后代Internet所取代。

第一百一十三页，共136页。第一百一十三页，共136页。

Internet-Intranet-Infranet

2.IntranetIntranet简介

Intranet分两种：一种是广义上的，即在公司内部使用的Internet技术另一种是狭义上的，即指公司内部所使用的万维网。第一百一十四页，共136页。第一百一十四页，共136页。

Internet-Intranet-Infranet

Intranet特点采用TCP/IP协议，因IP协议能妥善处理局域网与广域网的通信，是Internet的通用语；采用HTML/SMTP及其他公开标准；紧供单位内部使用；安全性。

第一百一十五页，共136页。第一百一十五页，共136页。

Internet-Intranet-Infranet

3. InfranetInfranet将为业务价值链带来的好处体现在：客户应用可以向网络自动请求所需的安全性、质量和带宽级别。提供动态保证，即按客户应用所需的性能和安全级别交付应用。可使运营商在全球公网上支持并提供高级业务的扩展。第一百一十六页，共136页。第一百一十六页，共136页。

测控系统组态

1.以太网企业自动化测控系统模型

工业测控系统用以太网工厂自动化（EthernetforPlantAutomation，EPA）通信标准是一种基于以太网、无线局域网、蓝牙等信息网络通信技术的分布式现场总线标准。第一百一十七页，共136页。第一百一十七页，共136页。EPA控制系统模型第一百一十八页，共136页。第一百一十八页，共136页。

测控系统组态

2.以太网企业自动化组态软件总体设计

第一百一十九页，共136页。第一百一十九页，共136页。

发展方向（IPv6）

IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2005~2010年间将被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。

第一百二十页，共136页。第一百二十页，共136页。

发展方向（IPv6）

1.IPv6基本协议

IPv6（InternetProtocolVersion6）的数据包头与IPv4相比得到了大大的简化第一百二十一页，共136页。第一百二十一页，共136页。

发展方向（IPv6）

2.IPv6地址格式

IPv6有8个字段。每个字段的最大值为16384，但在书写时用四位的十六进制数字表示，并且字段与字段之间用“：”隔开，而不是原来的“.”。

第一百二十二页，共136页。第一百二十二页，共136页。

发展方向（IPv6）

3.地址配置

IPv6把自动将IP地址分配给用户的功能作为标准功能。只要机器一连接上网络便可自动设定地址。它有两个优点：一是最终用户用不着花精力进行地址设定；二是可以大大减轻网络管理者的负担。第一百二十三页，共136页。第一百二十三页，共136页。

发展方向（IPv6）

4.路由协议

IPv6的路由有三种形式

形式描述使用CIDR路由像Ipv4一样使用longest-prefixmatch路由使用路由头如果基于供应商选择，策略或服务质量的考虑，一个有单播地址的IPv6数据包携带路由头，那么这个数据包将顺序经过路由头中指定的各个路由器。升级Ipv4路由协议将IPv4路由协议升级，使他们能够处理IPv6地址用于单播地址unicast：OSPF，RIP-2，IS-IS，BGP4＋，…用于组播地址multicast：MOSPF，PIM，…第一百二十四页，共136页。第一百二十四页，共136页。

9.6.4典型应用

本节详细分析作者研制开发的基于Internet的小型多功能转子轴承远程测控系统的结构设计及其工作原理。

第一百二十五页，共136页。第一百二十五页，共136页。

系统总体结构示意图第一百二十六页，共136页。第一百二十六页，共136页。

系统结构和原理

系统的驱动系统采用直流电机，电机控制电路采用脉冲宽度调制（PWM）控制器。该测控系统功能如下：能够同时测量多个参量，包括振动、压力、温度等物理量；能够快速进行动态在线实时测量和控制，满足网上远程试验的要求；能够实时快速进行信号的实时分析处理。

第一百二十七页，共136页。第一百二十七页，共136页。

系统测控实例

在本系统中是基于数据传输和JavaBeans组件技术实现远程测控第一百二十八页，共136页。第一百二十八页，共136页。

第一百二十九页，共136页。第一百二十九页，共136页。

基于Internet的远程测控

实际远程实验过程中转子振动量的时域信号波形和频谱图。

从其频谱图中可以看出，幅值最大的横坐标位置就是转子的转动频率，转动频率的幅值总是远大于其他位置。第一百三十页，共136页。第一百三十页，共136页。