虛擬儀表的可視化技術(shù)

摘 要： 結(jié)合一個基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)的開發(fā)過程，介紹了采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進行VI通用面板可視化軟件的設(shè)計以及實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā?
　　關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 可視化 面向?qū)ο?SOCKET　　

　　虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計算機儀器，它是計算機資源、模塊化功能硬件與用于數(shù)據(jù)分析、過程通信及圖形用戶界面的應(yīng)用軟件的有機結(jié)合。它利用軟件在屏幕上生成各種儀器面板，完成對數(shù)據(jù)的處理、表達、傳送、存儲、顯示等功能。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，其主要優(yōu)點是可以由用戶自己定義、自己設(shè)計儀器系統(tǒng)，以滿足不同的要求，使儀器的功能更加強大、靈活，而且很容易同網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用相連接。這樣既降低了價格，節(jié)省開發(fā)、維護的費用，又縮短了技術(shù)開發(fā)周期。

　　虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)之一就是應(yīng)用軟件，這是因為，虛擬儀器的主要功能是由軟件來體現(xiàn)的，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺應(yīng)該提供一個圖形化的編程設(shè)計環(huán)境，值得一提的是NI的LabView和LabWindows及HP的VEE。

　　本文介紹的基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)是一個不包含數(shù)據(jù)采集及總線控制系統(tǒng)的虛擬測試平臺，主要用于對測試數(shù)據(jù)文件的事后處理或?qū)Ρ粶y對象進行實時仿真測試，形成網(wǎng)絡(luò)化測試仿真系統(tǒng)。

　　１ 基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀表系統(tǒng)

　　系統(tǒng)利用軟件在計算機屏幕上生成儀表面板，通過數(shù)據(jù)接口接收需要處理顯示的儀表數(shù)據(jù)或軟件產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)，實時顯示刷新數(shù)據(jù)、波形和圖像。該系統(tǒng)具有兩個主要的特點：一是具有方便的交互性；二是實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和繪制的實時性，可以在不同的網(wǎng)絡(luò)端點顯示不同的虛擬儀表，達到多機并行處理的目的。

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　整個軟件系統(tǒng)劃分為兩個獨立的子系統(tǒng)：編控子系統(tǒng)和播出子系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖１所示。

　　編控子系統(tǒng)的主要工作是建立、編輯演示模型并控制仿真的啟動和結(jié)束。編控子系統(tǒng)又可以劃分為兩個子模塊：編輯模塊和播出控制模塊。通過編輯模塊，允許用戶設(shè)計建立滿足自身需要的虛擬儀表模型，也可以對一個現(xiàn)有的儀表模型進行編輯。通過播出控制模塊可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真功能，建立和播出子系統(tǒng)之間的連接關(guān)系；并通過數(shù)據(jù)接口不斷接收外部輸入的儀表參數(shù)，向已建立連接關(guān)系的各播出子系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的指令／數(shù)據(jù)包以更新儀表顯示狀態(tài)。

　　播出子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收播出控制系統(tǒng)發(fā)來的指令／數(shù)據(jù)包（包括數(shù)字儀表模型、各種參數(shù)等），對指令進行解釋，不斷刷新顯示當(dāng)前仿真結(jié)果。在播出子系統(tǒng)中可以某可視化對象是否可見，這樣可以使在不同的計算機上運行的播出子系統(tǒng)顯示不同的儀表面板來達到分布式并行處理的目的。

　　1.2 參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸

　　系統(tǒng)需要在不同計算機之間進行參數(shù)傳輸，因此網(wǎng)絡(luò)通信是*的條件。本系統(tǒng)采用的是客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序，這種結(jié)構(gòu)非常適用于分布式處理的計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。由于系統(tǒng)是面向PC機平臺的應(yīng)用，因此采用基于TCP／IP協(xié)議的Winsock接口實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　２ 虛擬儀表面板對象

　　2.1 面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法

　　在虛擬儀表的可視化設(shè)計過程中，采用了面向?qū)ο蠓椒āＲ粋€虛擬儀表系統(tǒng)由許多儀表組成，每個虛擬儀表均由面板控制，因此按照面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想將面板分解為具有繼承關(guān)系的面板對象（Panel Object），每個面板對象都有各自的獨立屬性和行為。

　　對于虛擬儀表系統(tǒng)，可以將其儀表面板對象劃分為基本的圖形元素和面板對象兩類，如圖２所示。基本的圖形元素即圖元包括直線、矩形、橢圓、多邊形和文本等；面板對象包括按鈕、開關(guān)、旋鈕、動態(tài)調(diào)節(jié)器等面板控制控件和指示燈、數(shù)字儀表、指針儀表、圖像顯示器、示波器等面板顯示控件以及其它特殊顯示控件。

　　2.2 面板對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　在虛擬儀表系統(tǒng)中，面板對象是以圖形的方式顯示的，系統(tǒng)允許用戶通過人機交互的方式對儀表對象的屬性參數(shù)進行修改。對象的描述包括了定義面板對象各組成部分形狀的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對象的屬性如線型、顏色等，還有非幾何的文字或數(shù)值，如對象名稱和可見信息等，它對于后處理程序或交互作用的使用是非常有用的。

　　各種面板對象都具有共同的屬性，因此基于各種面板對象的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，可抽象出通用的基類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。綜上所述，可以如下定義面板對象的基類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

class base{

　　m_csObjectName; 面板對象名稱

　　m_bVisible; 可視信息，0——不可見；1

　　　　　　　　 —— 可見

　　m_crPosition; 面板對象的位置信息及其包

　　　　　　　　　　圍框大小信息

　　m_logbrush; 繪制該面板對象時采用的畫

　　　　　　　　 刷，決定填充屬性

　　m_logpen;  繪制該面板對象時采用的畫

　　　　　　　　 筆，決定線屬性

};

　　具體的面板對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均繼承基類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并在基類的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的面板對象的屬性和參數(shù)，添加相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型就可以確定特定的面板對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

　　2.3 虛擬儀表實例

　　用戶通過系統(tǒng)提供的虛擬儀表面板對象，在計算機屏幕上通過鼠標(biāo)可以方便地建立滿足自身測試需要的虛擬儀表系統(tǒng)。圖3為利用該開發(fā)平臺建立的一個虛擬儀表操作面板實例。

　　３ 可視化設(shè)計與實現(xiàn)

　　虛擬儀表的可視化技術(shù)主要有兩個方面：一是面板對象及其相關(guān)參數(shù)的可視化，即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像，實現(xiàn)面板對象的可視化；二是基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的圖形用戶界面（GUI）設(shè)計，即可視界面設(shè)計。