Программное обеспечение

Типовая архитектура ПО ИИС, которая отражает современное представление об измерительном программировании, имеет обыч­но три уровня: уровень метасистемы, системный уровень, уровень рабочих процедур. На метасистемном уровне проводится настройка измерительного программного обеспечения (ИПО) в соответствии с различными факторами: требованиями пользователей двух ниж­них уровней, аппаратного обеспечения, прикладной области и т.д.

Системный уровень предоставляет возможность на базе инфор­мации предыдущего уровня создать измерительную процедуру и снабдить ее интерфейсом пользователя в виде виртуальной при­борной панели и необходимыми данными о параметрах использу­емых средств и методик измерений, а также драйверами связи с аппаратными исполнителями измерительной процедуры и фор­матами представления результатов измерений в виде твердой ко­пии или в формате, совместимом с принятым в базе данных. Ниж­ний уровень отражает выполнение в реальном масштабе времени сформированной на верхних уровнях рабочей процедуры. Основ­ные особенности, характеризующие новые направления ИП в срав­нении с традиционными, приведены в табл. 19.

Замена текстового представления графическим делает представ­ление измерительных данных и процедур более наглядным, не создает языкового барьера, рисунок выражает смысл информа­ции в более компактных единицах, например, графическое программное обеспечение LabVIEW фирмы National Instruments (США).

Т а б л и ц а 19

Пакет LabVIEW — графическая альтернатива обычному про­граммированию — предназначен для создания измерительных си­стем и представляет собой программные средства, которые тре­буются при работе в области мониторинга, испытаний и изме­рений. С помощью LabVIEW можно создавать графические про­граммы — виртуальные приборы, вместо написания традицион­ных программ.

Программы в LabVIEW именуются виртуальными приборами, так как способ общения с ними напоминает реальные приборы. Виртуальные приборы играют ту же роль, что и функции в обыч­ных языках программирования, и представляют собой совокуп­ность следующих элементов:

• интерактивного интерфейса с пользователем, называемого лицевой панелью, содержащей органы управления и индикато­ры, которые управляются с помощью мыши или клавиатуры;

• блок-схемы, конструируемой на графическом языке и явля­ющейся исходным кодом для ВП;

• условного графического символа (пиктограммы), обознача­ющего ВП, и интерфейса с другими ВП (соединителя), который выполняет ту же роль, что и список параметров функции или программы в обычных языках программирования.

Программирование управляемым потоком данных находит все большее применение в измерительном графическом программи­ровании (LabVIEW). Программирование, управляемое потоком дан­ных, позволяет избавиться от линейной архитектуры языков, ос­нованных на тексте. Так как порядок выполнения программы в этом случае определяется потоком данных между узлами, а не последовательными строками текста, можно создавать програм­мы, которые имеют многократные маршруты данных и одновре­менно выполнимые операции. Независимые маршруты данных осу­ществляются параллельно. В обычном языке программирования организация параллельных операций требует наличия механиз­мов, поддерживающих так называемые семафоры, мониторы или рандеву. Параллельные процессы при управлении потоком дан­ных не связаны с дополнительными затратами.

Объектно-ориентированная технология означает построение про­граммы как набора взаимодействующих и независимых объектов (классов), представленных экземплярами абстрактных типов данных и обрабатывающих информацию посредством передачи сообщений друг другу. Объединяя в единое целое данные и процедуры, классы позволяют унифицировать обращение к различным типам данных.

Одни классы могут наследовать структуру одного или более других классов, называемых суперклассами; подклассы определя­ют наследуемую от классов спецификацию более подробно. Наследование дает возможность, используя уже созданные объекты, расширять свойства старых объектов путем изменения внутренних методов. Так как объекты взаимодействуют в программе между собой с помощью некоторого набора сообщений, изменение внут­ренних качеств и сохранение прежнего стиля позволяют легко модифицировать имеющиеся наработки под новые запросы. На­следование в сочетании с применением виртуальных функций дает возможность использовать такое свойство, как полиморфизм, — однотипное обращение с различными типами данных и функций. Еще одно свойство объектно-ориентированной технологии — ин­капсуляция (защита внутренних переменных и методов объекта от взаимодействий внешних факторов) дает общее повышение на­дежности работы и снижение вероятности случайного сбоя ПО.

Недавно на пути развития технологии программирования при­боров появилась новая многообещающая идея. Она называется Г/1 (Interchangeable Virtual Instruments) — взаимозаменяемые вирту­альные инструменты. Основная идея такова. Все приборы одного класса имеют большую, общую для всех приборов группу функ­ций. Например, все цифровые мультиметры (DMM) измеряют постоянное и переменное напряжение, сопротивление, а также выполняют другие функции. Если эти функции выделить в IV! Class Driver для класса DMM Class, то часть программы, отвеча­ющая за управление цифровыми мультиметрами, не будет зави­сеть от конкретного прибора и его драйвера. Следует отметить высокое качество и надежность приборных драйверов VXI plug & play, что не связано с концепцией классов драйверов IVI Class Driver, а реализуется другими средствами.

Современные программные системы немыслимы без удален­ного доступа. Трудно себе представить ответственную систему, не имеющую в конечном счете выхода в Интернет. В табл. 20 схема­тично показаны этапы и перспективы развития мировых средств измерения и тестирования.

В настоящее время развивается направление по разработке вир­туальных измерительных систем, широко использующих возмож­ности современных компьютеров, компьютерной графики, перс­пективных методов и средств измерений, цифровой обработки информации и эффективных «plug & play» мультимедиа-техноло­гий при создании программного и технологического обеспечения. Основные области применения таких систем следующие:

• экспериментальные научные измерения и исследования ре­ализуются в виде универсальных (функционально ориентирован­ных) приборов в виртуальном исполнении (осциллографы, ана­лизаторы, генераторы, синтезаторы сигналов, мультиметры, вольт­метры, частотомеры, мультиплексоры и др.) и специальных (про­блемно-ориентированных) систем, применяемых в спектроско­пии, акусто- и сверхпроводниковой электронике, в поляризованных исследованиях оптических светодиодов, изучении распрост­ранения электромагнитного излучения в газах и атмосфере, дис­танционном зондировании Земли и планет и др.;

• разработка семейства новых универсальных компьютерных приборов, синтезированных программным путем, среди которых можно выделить приборы с блоком оценки и представления точ­ности характеристик прибора и измерений;

• виртуальные системы учебного назначения: практикумы и тренажеры, электронные каталоги и инструкции к серийно вы­пускаемым приборам, построенные на адекватных моделях уст­ройств.

ЛЕКЦИЯ 5

План лекции:

1. Измерение температуры

1.1 Введение

1.2. Манометрические термометры