仪器网络化的研究

　　0　引　言

　　21世纪计算机网络的快速发展,为其它领域带来了深远的影响。计算机网络技术与仪器设备的有机结合,为仪器的发展提供了前所未有的平台和空间,使得仪器的性能得到了很大的提升。

　　仪器内部的网络化使得仪器可以根据实际应用的需要进行各个模块的定制和升级;仪器之间通过前端技术接入网络,可以进行可靠的、实时的、安全的信息交换和处理,从而实现设备资源和数据资源的共享、监控和错误处理。

　　通常传统的仪器的内部是根据相应功能划分模块,例如数据采集模块、温度控制模块、样品分析模块。不同模块的分离与相互组合,有利于仪器个性化配置。但是拆分之后的系统整合,独立模块之间如何建立可靠的通信网络,成为技术上的关键问题。仪器之间、仪器与计算机之间如何来实现无缝的连接,以及不同的协议之间如何进行可靠的映射,也成为研究的热点问题。

　　1　仪器网络系统的构建

　　仪器网络系统的构建可分为仪器内部网络的构建和仪器外部网络的构建。仪器内部网络构建的目的为实现仪器内部功能模块之间的互联和资源共享以及分布数据的处理,提高内部资源的利用率。内部的网络化,必然会导致系统的模块化,系统的模块化方便系统根据需要进行资源的整合。

　　仪器内部根据功能进行模块化设计的优点: (1)同类模块相对集中,便于可靠性设计。(2)不同模块的分离减少了系统功能的相互依赖关系,使得部分功能模块崩溃时,不会影响其它模块的正常运行。(3)有利于系统的动态组合,增加了系统的灵活性和适应性。(4)通过接入外部网络,可以在计算机上重建内部数据,重现内部网络仪器外部网络化的优点: (1)方便通过远程监控设备的正常运行。(2)接入以太网后,通过网络可以对设备进行故障诊断,以及仪器内部固件程序升级。

　　智能网络系统的框架如图1所示。

　　仪器的网络协议可以分为:硬件协议和软件协议。硬件协议方式是接收和发送消息不通过软件直接进行消息的封装,这个过程直接由硬件完成。例如RS232、CAN总线等。软件协议的方式,通过软件来实现传输的可靠性、安全性控制,例如TCP/IP协议、USB协议。

　　在实现仪器的网络化时,必须要根据实际情况来选择硬件协议和软件协议。通常在构建内部网络时,从实时性和可靠性考虑,优先选择硬件协议。外部网络更多地考虑可靠性和安全性,选择软件协议。

　　2　仪器内部的网络

　　仪器中的内部网络采用一个信道作为传输媒体,仪器内部的功能模块,例如温度控制模块、检测器模块、进样器模块等,都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上。在仪器内部组网会采用硬件协议,因为过于复杂的软件协议会增加系统的开销,降低了内部网络数据传输的实时性。