开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法

专利名称：开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法
技术领域：
本发明属于测试仪器开发系统领域，尤其涉及一种开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法。
背景技术：
测试、测量仪器发展至今，大体可分为三个阶段第一阶段为传统硬件化仪器，第 二阶段为现在流行的以软件为主体的虚拟仪器，第三阶段为智能控件化虚拟仪器。智能控 件化虚拟仪器按照其本质特征分为两类一类是以LabVIEW为代表的图形化开发环境，亦 称G语言；另一类是以VC为代表的面向对象的可视化文本开发环境，目前图形化开发环境 以其显著的易用性和专用性赢得了较为广泛的应用。不管是哪种开发系统所开发的虚拟仪器，其核心组成部分都是软件，在开发系统 中，通过软件编程可以将传统硬件仪器的面板、控件、显示器等直观地显示在计算机的屏幕 上，这些虚拟仪器一经形成，使用者就可以象使用传统测试仪器一样地使用它们。尽管虚拟 仪器对传统的硬件化仪器实行了软件化，使它具备了许多传统硬件化仪器无法拥有的优点 和特点，但是在仪器的结构上，在仪器的功能和面板控件的关系上，虚拟仪器与传统硬件仪 器还是一致的，特别是因为在组件虚拟仪器时，“用户设计”这一关无法回避，因此需要每一 个虚拟仪器的使用者都必须具备自行设计和组件虚拟仪器的能力不仅难以办到，且虚拟仪 器的研发效率较低。现有技术的缺点是“用户设计”这一关无法回避，需要每一个虚拟仪器的使用者 都必须具备自行设计和组建虚拟仪器的能力不仅难以办到，且虚拟仪器的研发效率较低。

发明内容
本发明的目的是提供一种开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，基于这一 方法，用户可以随时修改、增删仪器功能和仪器结构。为达到上述目的，本发明表述一种开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法， 其关键在于按如下步骤进行步骤1需求分析，建立开发系统构架模式，设计开发系统的开发蓝图，建立系统的 开发方案，其主要包括①确定开发系统组成单元，开发系统组成单元由控件库、功能库、数据池、拼搭场、 传感器和数据采集器组成；所述传感器和数据采集器采集数据，并存储到所述数据池，该数 据池与拼搭场双向数据传输，所述功能库输出端与所述拼搭场第一输入端连接，所述控件 库输出端与所述拼搭场第二输入端连接，在拼搭场拼搭出仪器成品。拼搭场提取控件库和功能库中的仪器面板控件和仪器测试功能，接收数据采集器 和传感器的数据，拼搭场还与数据池双向通信，在拼搭场完成仪器拼搭，设计出仪器成品。②确定开发系统结构；开发系统结构由组态系统、运行系统、配置数据库和系统资 源组成，所述组态系统、运行系统、配置数据库和系统资源的任意两者之间都双向通信。
③建立开发系统双驱动机制；开发系统采用事件驱动和数据流驱动双驱动机制， 所述事件驱动主要用于用户交互操作、系统控制；所述数据流驱动主要用于功能执行、结果显不。④建立开发系统的五 元开发模型，开发系统五元开发模型将开发系统划分为五部 分用户操作模块、数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块、系统维护和自测试 模块；所述用户操作模块分别控制所述数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模 块、维护与自测试模块，所述数据获取模块获取数据并把数据传输到数据处理和控制模块， 数据处理和控制模块处理数据，并把数据传输到结果输出模块，系统维护和自测试模块设 置有输出端分别与所述用户操作模块、数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块 的维护与自测试输入端连接；数据获取接口提供功能选择接口、控件选择接口、数据选择接口及仪器载入接口 基本功能选择接口 ；处理和控制模块负责处理控件的创建和删除、控件物理属性配置、功能 属性配置、数据源配置、仪器属性配置及仪器删除等操作，实现基本功能间的顺序控制及数 据传递控制；结果输出接口用于输出智能虚拟控件、控件化虚拟仪器并将仪器保存至仪器 库；系统自检测与诊断模块实现对系统开发过程状态的检测与诊断，实现功能组态开发过 程各功能接口状态及数据匹配与否的检测与诊断；用户操作接口实现用户与系统的交互并 控制协调其它四个模块的运行。五元开发模型为高效快捷开发虚拟仪器提供的有力的理论 ■石出。步骤2、组建仪器资源库，仪器资源以功能库、虚拟控件库、数据池的形式继承于系 统中；继承的过程就是对仪器功能和控件逐个进行数学建模、算法设计和软件实现再综 合集成的过程；虚拟控件库中集成了各种各样的非智能虚拟控件，主要有选择开关、按钮、旋钮、 拨动开关、表盘、数码管、滑竿、拨盘信号灯、二维/三维显示器、标签等。通过控件属性的修 改可以改变控件外观，功能库中集成有基本功能库和专家仪器库，基本功能库中功能分为 数据获取仿真存取、时域分析、统计分析、频域分析、窗函数、滤波及解调、拟合与插值、基本 数学运算、辅助工具、显示设置、高级信号处理共11大类；专家功能库是针对各种“仪器”集 成的功能库，具有较强的扩展性，现有系统中包括振动信号分析仪、阶比分析仪、声振分析 仪；数据池中包含开发配置时数据与运行时数据。步骤3、建立功能组态模型，拼搭仪器并保存，包括①功能的组态配置；即功能的“积木式”拼搭，虚拟仪器的某一功能一般是一个或多个基本的分析方法 顺序执行的结果，在不同的使用场所和不同的测试对象需要使用特定的分析功能，虚拟仪 开发系统的强大其实就是体现在功能和组态配置上，即功能的“积木式”拼搭。②在开发系统中将功能模块及数据池装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器并保 存；步骤4、建立通用数据获取、管理模块，包括①采集助手模块，实现底层硬件的透明化，其实现步骤如下(1)捆绑自行开发的调整、采集等硬件系统；硬件系统包括PCI采集卡、USB采集卡寸。(2)利用用户提供的动态库实现对其他形式的采集器的支持。数据是测试分析的基础，是测试结果的直接表现，因此数据在测试测量系统中具 有极其重要的地位，是测试仪器的一个重要环节，传统的虚拟仪器开发过程中，开发者需要 组装采集卡、调理电路等底层硬件，这大大降低了虚拟仪器的开发效率，本系统采用采集助 手模块，实现底层硬件的透明化，根据管理模块可以查看、增加、删除和修改系统中的数据， 提高了开发效率。智能控件化虚拟仪器开发系统建立了完善的数据获取、管理体系。该体系包括采 集助手和统一数据管理平台。采集助手帮助使用者配置各项采集信息，包括设置通道数及 通道号、各通道的传感器灵敏度及工程单位设置、采样方式设置、采样长度设置、采样频率 设置、采集卡类型选择及预览采集信号等功能。统一数据管理平台提供给用户一个可以观 察、增减、修改当前系统的数据的平台。用户可以通过这个平台新增不同类型不同长度的系 统全局数据；修改数据的类型、数据长度、初始值、变量提示说明等。(3)统一数据管理平台，使数据在各仪器之间通用化。这有利于提高开发效率。步骤5、建立简易、高效的开发模式，包括①模板式开发模式；用户通过关键词检索将模板调入系统拼搭场，对模块做适当修改即成为专用仪 器，提高了开发效率；虚拟仪器开发平台的开发效率是衡量开发系统性能的一个重要标准。系统提供的 模板式开发模式使虚拟仪器的开发效率得到了很大的提升。在开发一台新仪器之前用户可 以查看系统中已经存在的模板，调出相应的模板，在此模板的基础上增减或修改形成满足 测试测量要求的新仪器。使每次仪器开发过程不用从“零”开始，本系统提供模板开发方法， 用户不必具备自行设计和组建虚拟仪器的能力，用户只需要通过关键词检索将模板调入系 统拼搭场，对模块做适当修改即成为专用仪器，模板同时也是初次使用本系统用户的很好 的学习用例；用户新开发的仪器同样可以保存为模板，供进一步使用。模板采用分层存储与 检索机制，每层模板最终可形成一个专用仪器领域的仪器库。②智能开发模式；智能开发模式是通过对系统中预定义的规则和使用过程中挖掘到的规则，建立系统规则集；用户在开发某种测试仪器时输入仪器功能及性能方面的要求，系统根据规则集 规则逐步为用户提供各种拼搭建议；建议可以是智能虚拟控件或某一功能甚至是一台成型 的仪器；用户可以接受系统的导航建议也可以修改或者拒绝导航提示。步骤6、与其他系统的交互机制，调用用户开发的第三方功能，功能以两种方式提 供①功能以动态链接库的形式提供；与其它系统的交互能力体现了系统的开放性、 灵活性，智能控件化虚拟仪器开发系统提供了调用动态链接库的接口，可以调用Visual C++等各种编程平台生成的动态链接库。②功能以符合C语言语法文本形式提供。智能控件化虚拟仪器开发系统提供了对符合C语言标准的文本文件的链接编译 模块，可以将C语言实现的仪器功能直接加入系统；通过调用可以在测试仪器中使用用户自己编写的测试分析算法。
步骤7、建立基于代码传输的系统网络接口 ；系统的网络接口使虚拟仪器的应用范围扩展到了整个Internet/Intranet网上， 是信号采集、传输和处理一体化，一方面是许多昂贵的硬件资源得到了共享，另一方面还便 于测试系统的扩展。网络化虚拟仪器已广泛应用于远程测试、故障诊断、远程控制和远程教子寸。步骤2中建立组件仪器功能库、虚拟控件库、数据池；其中所述功能库的建立，其主要步骤为(1)对测试分析仪器领域的仪器功能及其基本分析方法尽可能一一建模、算法设 计和软件实现；(2)将这些功能分别按分析方法和仪器领域进行模块化分解，模块的分解结果应 保证系统的模块化分解和模块的连接组合过程容易进行，同时可使任意一个模块的删除和 插入不给其他模块的组合过程带来影响；(3)对基于功能重组的用户自定义功能开发和存储进行建模；一个或多个基本功 能的重组最终形成的自定义功能与基本功能具有相同的接口和调用方式，自定义功能一经 开发，可以多次重复在不同的仪器中使用。(4)将上述(2)、(3)形成的功能模块在系统中进行有序的集成，形成基本功能库、 专家仪器库和自定义功能库，从而方便功能的查找、选择和调用，提高了研发效率；所述虚拟控件库的建立，控件库中包含各种非智能虚拟控件，其主要步骤为(1)对各种控件进行建模，软件实现计算机表达，其与传统的控件一样，控件具有 各种外观属性；控件与传统的实物控件的功能一一对应，且外观一样。(2)将各种控件分类形成功能型控件、数据型控件和显示型控件；功能型控件、数据型控件和显示型控件采用不同的方式与功能库和数据池通信， 但是他们具有统一的调用接口，在一定条件下它们可以相互转化，如功能性控件转化为数 据型控件。(3)将制作完成的非智能虚拟控件存入库中，作为功能赋予的载体备用；非智能控件经功能配置形成智能虚拟控件，智能虚拟控件是智能控件化虚拟仪器 的基本组成单元。所述数据池的建立，数据池是系统中负责数据收发和更新的容器，其建立的主要 步骤为(1)建立数据池中数据的结构和存储方式；所述数据的结构包含各种信息，如数据名称、数据说明信息、数据内存长度、数据 实际长度、数据类型、数据地址、数据初始值等。为系统中每一个数据节点建立包含所有信 息的结构体，采用链表方式保存各个数据节点结构体。系统退出时将链表保存为系统数据 文件。数据对于开发系统开发的不同仪器或不同的功能是透明的。(2)建立数据池容量动态增减以适应仪器需要的机制，创建统一的数据输入输出 Π ；(3)建立数据池的保存和重新载入机制。步骤3中第①步所述建立功能组态模型中，功能组态配置，按如下步骤进行
(1)选定触发该组态功能的事件；(2)从功能库中选择功能“赋予”给(1)中选定的事件；(3)配置功能的数据源及参数；(4)重复(2)、(3)步骤实现多个功能的赋予，前一功能的输出成为下一功能的输 入；(5)调整各功能之间的顺序，删除不需要的功能；(6)将该事件的多个功能进行融合，形成与功能库中基本功能具有相同接口、调 用 和执行方式的完整的测试功能；(7)为新功能命名并保存。在开发系统中将功能模块及数据池装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器，功能组 态配置过程是指将一个或者多个功能有序地“赋予”给控件的一个接口，将其“激活”成为 智能控件，配置各个子功能的参数并将多个智能控件组配成一台测试仪器的整个过程，控 件及功能均具有通用的接口，即不同的功能可以“赋予”给同一个控件接口，不同的控件接 口可以接受同一个功能；通过组态配置可以形成满足各种特定测试要求的测试功能或者测 试仪器。组态模型的建立过程同样采用五元开发模型。装配成虚拟仪器的步骤为(1)从非智能虚拟控件库中选取合适的非智能虚拟控件；(2)对选取的非智能虚拟控件进行相应的属性设置；(3)对选取的非智能虚拟控件进行功能赋予；(4)对功能和控件进行数据配置；(5)对选取的非智能虚拟控件进行测试融合，也就是对制造好的智能虚拟控件进 行自检，检查控件中的功能是否赋予正确且满足性能和精度要求；(6)试运行拼搭好的虚拟仪器，检查有无错误或者软件冲突，并保存正确无误的虚 拟仪器；对非智能虚拟控件进行相应的属性设置，并赋予功能，并对功能和控件配置数据， 制作好虚拟仪器并保存虚拟仪器。步骤5中所述简易、高效开发模式的建立，包括①模板式开发模式，其主要步骤为(1)预定义模板，对常用虚拟仪器或测试分析功能进行归纳，并为之建立有限个模 板存入系统；(2)为系统建立关键词模板检索机制；(3)模板载入；(4)拼搭的仪器作为模板存入系统；开发者事先拼搭的仪器作为模板存入系统，使用者调用模板，达到用户不必自行 设计和组建虚拟仪器，广大用户尽量不用自行设计，只要调用模板，根据需要完成的测试功 能修改虚拟仪器的参数，效率高，满足广大用户需求。②智能开发模式，其主要步骤为(1)建立对仪器资源的刻面分类和刻面检索机制；由于开发系统中测试仪器、控件、功能的数目十分巨大，需要对它们进行分类，然 后有序地集成。刻面分类方法将关键词置于一定的语境中，从反映仪器资源本质特性的不同刻面对构件进行分类，该分类方法对各种资源有较强的描述能力和描述精度。利用刻面分类法对仪器资源进行描述后，系统在使用这些资源时，就需要采用刻面检索实现仪器资 源的调用。仪器资源入库时计算资源的刻面值；建立刻面值向量空间；采用聚类分析算法将 所有文档分类并建立聚类索引树。仪器资源检索时根据用户输入信息划分刻面值，刻面值 可以是词、词组、句、或文档；根据某个刻面值建立检索向量集；通过相似度计算，在聚类索 引树中局部遍历；计算得到与检索向量集相似度最大的仪器资源，检索结束。(2)建立基于知识发现的规则集；基于知识发现的规则集可提高开发系统的智能性，它从用户搭建的仪器中挖掘系 统中个资源的关联规制，从而形成自己的知识库，最终利用自己的知识库构建出更为合理 的虚拟仪器。(3)建立规则分类管理；开发系统在使用过程中将产生大量的关系规则，大量个关系规则有利于系统的智 能化创建虚拟仪器，但是过分繁多的关系规则会影响新仪器生成的效率，因此开发系统采 用聚类分析方法和规则本身结构特点对规则进行高效地分组。(4)建立神经网络决策中心。神经网络是基于模仿人脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统，它具 有高度的非线性和自学习自适应的能力。在本系统中用先验的拼搭实例对神经网络进行训 练，首先根据网络的学习算法对样本输入进行前向计算，然后比较每个时刻网络的输出与 期望输出之间的误差，当误差达到规定的精度要求时，停止训练保存各层网络的权值，供虚 拟仪器生成时使用。通过仪器功能性能要求，根据系统导航建议完成仪器开发，基于知识的导航式开 发不仅使得开发过程智能化、简单化而且使用户了解了虚拟仪器开发的一般流程、功能间 的联系和仪器的结构形式。步骤6中所述建立与其他系统的交互机制，调用用户开发的第三方功能，第①步 功能以动态链接库的形式提供，其基本步骤为(1)选择需要调入的动态链接库；(2)自动识别动态链接库中的函数接口 ；(3)配置接口函数的参数类型及其形式；(4)作为功能库的一部分进行仪器功能配置。第②步功能以符合C语言语法文本形式提供，其基本步骤为(1)读取文本文件；(2)检测文件中语法正确性；(3)编译加载到系统中；(4)形成系统标准统一功能接口 ；(5)作为功能库的一部分进行仪器功能配置。用以上两种方法调用的第三方功能可以作为系统功能库的一部分集成于系统中， 也可以在仪器开发及运行过程中作为独立的功能单位被调用。步骤7中所述建立基于代码传输的系统网络接口，其主要步骤为
(1)三次握手身份鉴别；(2)服务端查找用户信息库，功能代码表，返回客户端被授权使用的功能编号和描 述、控件及用户手册；(3)客户端参照用户手册，使用被授权功能，进行仪器拼搭和功能赋予；(4)请求服务器端检验拼搭的正确性；(5)服务端根据拼搭规则，查找功能编码表和功能库，对客户端拼搭仪器进行检 验；(6)返回服务器端检查结果； (7)服务端查找功能库，将相应处理代码传输给客户端。系统的网络接口使得远程数据采集与控制、测量仪器设备资源的远程实时调用、 远程设备故障诊断称为可能。同时，开发系统的软件资源，如功能、控件等分布在网络的任 何位置均能方便灵活调用。本发明的显著效果是搭建模板，将模板调入系统拼搭场，对模块做适当修改即成 为专用仪器，使用方便，满足大众需求，且提高研发效率。


图1为虚拟仪器开发的方法步骤流程图；图2为开发系统原理方框图；图3为开发系统结构示意图；图4为五元开发模型原理方框图；图5为功能组态配置方法流程图；图6为本发明的开发系统界面；图7为搭建的振动信号分析仪的界面图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图1至4所示，一种开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，按如下步骤进 行步骤1、建立开发系统构架模式，设计开发系统的开发蓝图，建立系统的开发方案， 其主要包括①确定开发系统组成单元，开发系统组成单元由控件库、功能库、数据池、拼搭场、 传感器和数据采集器组成；所述传感器和数据采集器采集数据，并存储到所述数据池，该数 据池与拼搭场双向数据传输，所述功能库输出端与所述拼搭场第一输入端连接，所述控件 库输出端与所述拼搭场第二输入端连接，在拼搭场拼搭出仪器成品；②确定开发系统结构，开发系统结构由组态系统、运行系统、配置数据库和系统资 源组成，所述组态系统、运行系统、配置数据库和系统资源的任意两者之间都双向通信；③建立开发系统双驱动机制，开发系统采用事件驱动和数据流驱动双驱动机制， 所述事件驱动主要用于用户交互操作、系统控制，所述数据流驱动主要用于功能执行、结果 显示中。
④建立开发系统的五元开发模型；开发系统五元开发模型将开发系统划分为五部分用户操作模块、数据获取模块、 数据处理和控制模块、结果输出模块、系统维护和自测试模块；所述用户操作模块分别控制 所述数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块、维护与自测试模块，所述数据获 取模块获取数据并把数据传输到数据处理和控制模块，数据处理和控制模块处理数据，并 把数据传输到结果输出模块，系统维护和自测试模块设置有输出端分别与所述用户操作模 块、数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块的维护与自测试输入端连接；步骤2、组建仪器资源库，仪器资源以功能库、虚拟控件库、数据池的形式集成于系 统中。步骤3、建立功能组态模型，并拼搭仪器，包括①功能的组态配置；②在开发系统中将功能模块及数据池装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器；步骤4、建立通用数据获取、管理模块，包括①采集助手模块，实现底层硬件的透明化，其实现步骤如下(1)捆绑自行开发的调整、采集等硬件系统；(2)利用用户提供的动态库实现对其他形式的采集器的支持；(3)统一数据管理平台，使数据在各仪器之间通用化。步骤5、建立简易、高效的开发模式，包括①模板式开发模式；②智能开发模式；步骤6、建立与其他系统的交互机制，调用用户开发的第三方功能，包括①功能以动态链接库的形式提供；②功能以符合C语言语法文本形式提供。步骤7、建立基于代码传输的系统网络接口。步骤2中建立组件仪器功能库、虚拟控件库、数据池；其中所述功能库的建立，其主要步骤为(1)对测试分析仪器领域的仪器功能及其基本分析方法尽可能一一建模、算法设 计和软件实现；(2)将这些功能分别按分析方法和仪器领域进行模块化分解；(3)对基于功能重组的用户自定义功能开发和存储进行建模；(4)将上述(2)、(3)形成的功能模块在系统中进行有序的集成，形成基本功能库、 专家仪器库和自定义功能库，从而方便功能的查找、选择和调用；所述虚拟控件库的建立，控件库中包含各种非智能虚拟控件，其主要步骤为(1)对各种控件进行建模，软件实现计算机表达，其与传统的控件一样，控件具有 各种外观属性；(2)将各种控件分类形成功能型控件、数据型控件和显示型控件三种控件；(3)将制作完成的非智能虚拟控件存入库中，作为功能赋予的载体备用。所述数据池的建立，数据池是系统中负责数据收发和更新的容器，其建立的主要 步骤为
(1)建立数据池中数据的结构和存储方式；所述数据的结构包含各种信息，如数据名称、数据说明信息、数据内存长度、数据 实际长度、数据类型、数据地址、数据初始值等。为系统中每一个数据节点建立包含所有信 息的结构体，采用链表方式保存各个数据节点结构体。系统退出时将链表保存为系统数据 文件。数据对于系统开发的不同仪器或不同的功能是透明的。(2)建立数据 池容量动态增减以适应仪器需要的机制，创建统一的数据输入输出 Π ；(3)建立数据池的保存和重新载入机制。如图5所示，步骤3中第①步所述建立功能组态模型中，功能组态配置，按如下步 骤进行(1)选定触发该组态功能的事件；(2)从功能库中选择功能“赋予”给(1)中选定的事件；(3)配置功能的数据源及参数；(4)重复(2)、(3)步骤实现多个功能的赋予，前一功能的输出成为下一功能的输 入；(5)调整各功能之间的顺序，删除不需要的功能；(6)将该事件的多个功能进行融合，形成与功能库中基本功能具有相同接口、调用 和执行方式的完整的测试功能；(7)为新功能命名并保存。步骤5中所述建立简易、高效的开发模式，包括①模板式开发模式，其主要步骤为(1)预定义模板，对常用虚拟仪器或测试分析功能进行归纳，并为之建立有限个模 板存入系统；(2)为系统建立关键词模板检索机制；(3)模板载入；(4)拼搭的仪器作为模板存入系统。②智能开发模式，其主要步骤为(1)建立对仪器资源的刻面分类和刻面检索机制；(2)建立基于知识发现的规则集；(3)建立规则分类管理；(4)建立神经网络决策中心。步骤6中所述建立与其他系统的交互机制，调用用户开发的第三方功能，包括①功能以动态链接库的形式提供，其基本步骤为(1)选择需要调入的动态链接库；(2)自动识别动态链接库中的函数接口 ；(3)配置接口函数的参数类型及其形式；(4)作为功能库的一部分进行仪器功能配置。②功能以符合C语言语法文本形式提供，其基本步骤为(1)读取文本文件；
(2)检测文件中语法正确性；(3)编译加载到系统中；(4)形成系统标准统一功能接口 ；5)作为功能库的一部分进行仪器功能配置。步骤7中所述建立基于代码传输的系统网络接口，其主要步骤为(1)三次握手身份鉴别；(2)服务端查找用户信息库，功能代码表，返回客户端被授权使用的功能编号和描 述、控件及用户手册；(3)客户端参照用户手册，使用被授权功能，进行仪器拼搭和功能赋予；(4)请求服务器端进行拼搭正确性检验；(5)服务端根据拼搭规则，查找功能编码表和功能库，对客户端拼搭仪器进行检 验；(6)返回服务器端检查结果；(7)服务端查找功能库，将相应处理代码传输给客户端。下面例子是用户利用本系统来开发振动信号分析仪(如图6和图7)的步骤(1)客户端登陆服务器，获得相应的授权信息；(2)在客户端将所要开发虚拟仪器特征输入开发系统，本例中将“振动信号分析”、 “时域”、“频域” “单通道”、“双通道”等关键词输入智能拼搭要求编辑框进行检索；(3)服务器根据客户端要求由神经网络决策中心给出相关联的仪器功能编号及控 件的描述信息及用户手册。本例中振动信号分析仪的给出的功能主要有采集、时域特征分 析、概率密度、交直流估计、幅相谱、互谱幅相分析、传递函数、脉冲响应、IIR滤波、FIR滤 波、解调和细化幅值谱等；给出的控件主要有按钮、选择开关、显示控件等；(4)用户选用合适的非智能控件，并对其进行相应的仪器功能配置，如选用按钮 “赋予”采集、滤波、时域特征值分析等功能，选用选择开关同时“赋予”幅相谱、自功率谱、互 谱幅相分析、传递函数或脉冲响应等，选用现实空间直观的显示功能执行结果，如选择数码 管或者表盘显示输出的交流分量值、直流分量值等，选择2D显示器显示幅值谱、自功率谱 输出的谱线等；(5)客户端可直接调用本地计算机中的第三方功能，并将第三方功能赋予给非智 能控件，本例中客户端用户调用外部动态库中的Hilbert解调功能代替服务器提供的解调 功能。(6)如在执行幅相谱之前需要进行加窗，则需要配置组合功能，即将加窗功能和幅 相谱功能配置给控件的单个接口，配置各项功能的参数；(7)将配置好的智能虚拟控件组建成一个完整的虚拟仪器，形成配置文件。(8)客户端将配置文件发送给服务器端，进行仪器拼搭正确性检查；(9)服务端确认配置无误后，查找服务器功能库，将相应处理代码传输给客户端， 客户端自动进行功能融合，使得控件具有了真实的仪器功能并可用于现成测试。(10)服务器端保存客户端界面查看接口，能够随时查看客户端仪器运行情况及其 虚拟仪器的分析结果。依照以上步骤创建出各种需要的测试仪器，满足不同测试要求，仪器的外观、开关和按钮与真实的仪器相同，方便用户开发和使用，如图7，为按照该方法组建成的振动信号 分析仪的界面。
其实对于上述实施例也仅是用于说明本发明，不是对于本发明的限制，在本发明 的构思前提下对本发明的改进，都在本发明权利要求保护的范围内。
权利要求
一种开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，其特征在于按如下步骤进行步骤1、建立开发系统构架模式，设计开发系统的开发蓝图，建立系统的开发方案，其主要包括①确定开发系统组成单元，开发系统组成单元由控件库、功能库、数据池、拼搭场、传感器和数据采集器组成；所述传感器和数据采集器采集数据，并存储到所述数据池，该数据池与拼搭场双向数据传输，所述功能库输出端与所述拼搭场第一输入端连接，所述控件库输出端与所述拼搭场第二输入端连接，在拼搭场拼搭出仪器成品；②确定开发系统结构，开发系统结构由组态系统、运行系统、配置数据库和系统资源组成，所述组态系统、运行系统、配置数据库和系统资源的任意两者之间都双向通信；③建立开发系统双驱动机制，开发系统采用事件驱动和数据流驱动双驱动机制，所述事件驱动主要用于用户交互操作、系统控制，所述数据流驱动主要用于功能执行、结果显示中；④建立开发系统的五元开发模型；开发系统五元开发模型将开发系统划分为五部分用户操作模块、数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块、系统维护和自测试模块；所述用户操作模块分别控制所述数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块、维护与自测试模块，所述数据获取模块获取数据并把数据传输到数据处理和控制模块，数据处理和控制模块处理数据，并把数据传输到结果输出模块，系统维护和自测试模块设置有输出端分别与所述用户操作模块、数据获取模块、数据处理和控制模块、结果输出模块的维护与自测试输入端连接；步骤2、组建仪器资源库，仪器资源以功能库、虚拟控件库、数据池的形式继承于系统中；步骤3、建立功能组态模型，并拼搭仪器，包括①功能的组态配置；②在开发系统中将功能模块及数据池装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器；步骤4、建立通用数据获取、管理模块，包括①采集助手模块，实现底层硬件的透明化，其实现步骤如下(1)捆绑自行开发的调整、采集等硬件系统；(2)利用用户提供的动态库实现对其他形式的采集器的支持；(3)统一数据管理平台，使数据在各仪器之间通用化；步骤5、建立简易、高效的开发模式，包括①模板式开发模式；②智能开发模式；步骤6、建立与其他系统的交互机制，调用用户开发的第三方功能，包括①功能以动态链接库的形式提供；②功能以符合C语言语法文本的形式提供；步骤7、建立基于代码传输的系统网络接口。
2.根据权利要求1所述开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，其特征在于步 骤2中建立组件仪器功能库、虚拟控件库、数据池；其中所述功能库的建立，其主要步骤为(1)对测试分析仪器领域的仪器功能及其基本分析方法尽可能一一建模、算法设计和 软件实现；(2)将这些功能分别按分析方法和仪器领域进行模块化分解；(3)对基于功能重组的用户自定义功能开发和存储进行建模；(4)将上述(2)、(3)形成的功能模块在系统中进行有序的集成，形成基本功能库、专家 仪器库和自定义功能库，从而方便功能的查找、选择和调用；所述虚拟控件库的建立，控件库中包含各种非智能虚拟控件，其主要步骤为(1)对各种控件进行建模，软件实现计算机表达，其与传统的控件一样，控件具有各种 外观属性；(2)将各种控件分类形成功能型控件、数据型控件和显示型控件；(3)将制作完成的非智能虚拟控件存入库中，作为功能赋予的载体备用；所述数据池的建立，数据池是系统中负责数据收发和更新的容器，其建立的主要步骤为(1)建立数据池中数据的结构和存储方式；所述数据的结构包含各种信息，如数据名称、数据说明信息、数据内存长度、数据实际 长度、数据类型、数据地址、数据初始值等。为系统中每一个数据节点建立包含所有信息的 结构体，采用链表方式保存各个数据节点结构体。系统退出时将链表保存为系统数据文件。 数据对于开发系统开发的不同仪器或不同的功能是透明的；(2)建立数据池容量动态增减以适应仪器需要的机制，创建统一的数据输入输出口；(3)建立数据池的保存和重新载入机制。
3.根据权利要求1所述开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，其特征在于步 骤3中第①步所述建立功能组态模型中，功能组态配置，按如下步骤进行(1)选定触发该组态功能的事件；(2)从功能库中选择功能“赋予”给(1)中选定的事件；(3)配置功能的数据源及参数；(4)重复(2)、(3)步骤实现多个功能的赋予，前一功能的输出成为下一功能的输入；(5)调整各功能之间的顺序，删除不需要的功能；(6)将该事件的多个功能进行融合，形成与功能库中基本功能具有相同接口、调用和执 行方式的完整的测试功能；(7)为新功能命名并保存。
4.根据权利要求1所述开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，其特征在于步 骤5中所述建立简易、高效的开发模式，包括①模板式开发模式，其主要步骤为(1)预定义模板，对常用虚拟仪器或测试分析功能进行归纳，并为之建立有限个模板存 入系统；(2)为系统建立关键词模板检索机制；(3)模板载入；(4)拼搭的仪器作为模板存入系统；②智能开发模式，其主要步骤为(1)建立对仪器资源的刻面分类和刻面检索机制；(2)建立基于知识发现的规则集；(3)建立规则分类管理；(4)建立神经网络决策中心。
5.根据权利要求1所述开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，其特征在于步 骤6中所述建立与其他系统的交互机制，调用用户开发的第三方功能，包括①功能以动态链接库的形式提供，其基本步骤为(1)选择需要调入的动态链接库；(2)自动识别动态链接库中的函数接口；(3)配置接口函数的参数类型及其形式；(4)作为功能库的一部分进行仪器功能配置；②功能以符合C语言语法文本形式提供，其基本步骤为(1)读取文本文件；(2)检测文件中语法正确性；(3)编译加载到系统中；(4)形成系统标准统一功能接口；5)作为功能库的一部分进行仪器功能配置。
6.根据权利要求1所述开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，其特征在于步 骤7中所述建立基于代码传输的系统网络接口，其主要步骤为(1)三次握手身份鉴别；(2)服务端查找用户信息库，功能代码表，返回客户端被授权使用的功能编号和描述、 控件及用户手册；(3)客户端参照用户手册，使用被授权功能，进行仪器拼搭和功能赋予；(4)请求服务器端进行拼搭正确性检验；(5)服务端根据拼搭规则，查找功能编码表和功能库，对客户端拼搭仪器进行检验；(6)返回服务器端检查结果；(7)服务端查找功能库，将相应处理代码传输给客户端。
全文摘要
本发明公开一种开发功能可重组智能控件化虚拟仪器的方法，按如下步骤进行(1)需求分析，建立开发系统构架模式，设计开发系统的开发蓝图，建立系统的开发方案；(2)组建仪器资源库；(3)建立功能组态模型，并拼搭仪器；(4)建立通用数据获取、管理模块；(5)建立建立简易、高效的开发模式；(6)建立与其他系统的交互机制；(7)建立基于代码传输的系统网络接口。显著效果搭建模板，将模板调入系统拼搭场，对模块做适当修改即成为专用仪器，使用方便，满足大众需求，提高研发效率。
文档编号G06F9/455GK101872313SQ201010175680
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18日
发明者刘小峰, 尹爱军, 朱长林, 柏林, 秦树人, 黄胜坡 申请人:重庆大学