Программное обеспечение. Типовая архитектура ПО ИИС, которая отражает современное представление об измерительном программировании

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

Характеристика	Традиционный подход	Новый подход
Аппаратная поддержка	Обычный прибор	Виртуальный прибор
Окружение	Текстовое	Графическое
Синтаксис языка измерительного программирования	Текстовый	Графический
Тип управления выполнением процедуры	Последовательное управление	Управление потоками данных
Стиль программирования	Процедурно-ориентированный	Объектно-ориентированный

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

Дата добавления: 2014-01-20