基于GPIB-ENET可移动实验测量技术

1　引　言

　　通用智能仪器不仅在科研和工业中有着广泛的应用,近几年来也逐渐用于高校实验教学。随着计算机通信功能进一步完善和基于计算机测量技术的应用推广,通过计算机测量控制和数据采集处理的实验方法也逐步得到认同与采用。传统教学观念中所强调的“动手能力”和各种“实验技巧”也正受到这些现代实验测量技术的影响,特别是对于快速或瞬态的物理测量,使用智能仪器(或数据采集系统)可以获得比传统设备更全面定量的实验结果。针对物理实验教学中越来越普遍使用智能仪器和计算机数据采集技术的实际情况[1~6], 2004年“第三届全国高等学校物理实验教学研讨会”会议纪要中明确指出:在物理实验中,适当引入计算机是必要的,但不能追求智能化,智能教学仪器要有利于增加物理内涵和加强学生实验能力的培养[7]。

通常,通用智能仪器不仅配备通讯接口还具备多种测量功能,适用于多种物理测量要求和计算机测控/数据采集的需要。因此, (多功能)智能仪器可以满足不同实验项目的测量需要,实现教学资源分时共享。即使对于单一测量功能的智能仪器,通过采用在同一实验项目不同实验组之间分时使用办法,达到设备资源优化目的。事实上,采用无线通信技术可实现智能仪器的可移动测量,从而进一步提高现代化仪器设备的教学使用效率。本文主要讨论物理实验教学中基于通用仪器接口并配合使用GPIN2NET转换器件,采用无线网络接入技术实现实验室内智能仪器可移动测量使用,从而进一步提高设备资源共享的教学可操作性。

2　GPIB仪器可移动测量技术

　　通用智能仪器通常配置GPIB (General PurposeInterface Bus,称为通用接口总线)或(和)RS232接口,以实现与计算机通信达到测量控制和数据采集自动化。事实上,GPIB是计算机与智能仪器通信最通用的总线标准,计算机使用GPIB控制卡可以与多台智能仪器组成实验测量系统,使测试/测量更简便且精确。通过专用GPIB电缆方便地实现星型组合、线型组合或二者混合,从而可以组建测量功能多样化的集成智能测量系统。尽管GPIB接口可能逐渐被传输速率更高和支持更多设备的以太网接口部分替代,但GPIB智能仪器目前依然是主流的自动化测量设备。尽管绝大多数智能仪器具有内部存储或外部介质存储功能,但因存储容量或为满足更全面的数据处理分析需要,一般采用智能仪器与计算机通信实现实时测控和数据采集处理的组建方式。由于网络技术逐渐完善及其应用逐步推广,采用以太网接口的网络数据采集系统(仪器)不仅有效地降低测量系统的组建成本也提供了更简便的系统集成途径。因此,为解决GPIB智能仪器在网络测量中的技术问题,NI(NationalInstruments,称为美商国家仪器有限公司)提供了GPIB2ENET和GPIB2ENET/100接口转换器件(即,以太网2GPIB控制器)。其中, GPIB2ENET支持10BaseT,而GPIB2ENET/100支持10BaseT和10BaseTX。使用GPIB2ENET(或GPIB2ENET/100),联网计算机通过基于以太网的TCP/IP网络与GPIB智能仪器设备进行通信和控制,从而同时满足局域网、内部网和广域网用户共享单个GPIB仪器(系统)或者通过单台联网计算器控制多个GPIB测试系统的测量要求。