曾張帆+劉文超+周艷玲+蔡銳

摘要：針對目前企業(yè)中對儀器的操作控制還未實(shí)現(xiàn)自動化，導(dǎo)致企業(yè)員工的工作效率不高的難題，通過在Visual Studio 2010開發(fā)平臺中采用C#編程實(shí)現(xiàn)基于GPIB通訊的多儀器控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)由上位機(jī)軟件對支持GPIB通訊的安捷倫或同類型設(shè)備的多個設(shè)備同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，該上位機(jī)軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，對于儀器控制的效率有明顯的提高。

關(guān)鍵詞：C#編程；GPIB通訊；多儀器；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號：TB文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.04.088

0引言

隨著當(dāng)今信息化時(shí)代的快速發(fā)展，儀器的自動化控制已經(jīng)成為社會發(fā)展的趨勢。儀器遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)的人工看守操作模式，具有操作簡便可靠、工作效率高和節(jié)省資源等諸多優(yōu)勢。

1平臺搭建

1.1軟件安裝

開發(fā)軟件：Visual Studio 2010是目前較為穩(wěn)定的版本。

儀器編程Visa庫軟件：Keysight IO Libraries Suite 版本17.2.208 18.0，該版本是目前的最新版本，可以與之前的版本進(jìn)行兼容。

儀器編程連接軟件：Keysight Command Expert版本：1.6.327，將要進(jìn)行編程的儀器與計(jì)算機(jī)連接，可以通過此軟件獲取儀器鏈接地址并發(fā)送相關(guān)指令。

1.2編程語言

本文是利用C#語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，并最終實(shí)現(xiàn)儀器控制。C#語言簡潔易懂，支持跨平臺，與目前主流的Java語言相比，C#語言面向?qū)ο蟮某潭雀?、?zhí)行速度更快。

2GPIB原理與流程介紹

2.1GPIB簡介

通用目的接口總線（GPIB，General-Purpose Interface Bus）是一種用于將可編程儀器與計(jì)算機(jī)連接的總線。GPIB可以在一定的傳輸距離中最多支持15臺設(shè)備同時(shí)連接，其采用的是雙向異步通訊方式；與串口通信方式相比GPIB通訊有著更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，與USB通訊方式相比有較短的延遲性能，還具有軟件兼容性優(yōu)良，使用時(shí)間長等特點(diǎn)。

GPIB是8位并行的數(shù)字通信控制接口，其總線結(jié)構(gòu)中包含16個信號線，其中有8條I/O數(shù)據(jù)線、3條握手線以及5條接口管理線。在有效的GPIB通訊系統(tǒng)中要有“講話者”、“聽者”、“控制者”三類儀器設(shè)備，每個通訊設(shè)備都可能是其中的某一個角色，但在一次通訊中只能有一個“講話者”，允許有多個“聽者”。GPIB接口共具有10種通訊接口功能。本文設(shè)計(jì)的控制軟件主要利用其中的“遠(yuǎn)控/本控”功能，通過接收外部傳輸進(jìn)來的數(shù)字信號進(jìn)行程控操作。

GPIB接口設(shè)備可以通過以GPIB-單片機(jī)-USB為主框架的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)支持GPIB通訊的儀器設(shè)備與GPIB接口相連，PC機(jī)與USB接口相連，兩者在通過GPIB轉(zhuǎn)USB的數(shù)據(jù)線進(jìn)行連接，如圖1所示。

GPIB與儀器的通訊原理，如圖2所示。其中PC機(jī)發(fā)出的程控指令作為“遠(yuǎn)地接口消息”通過GPIB-USB數(shù)據(jù)線傳遞到GPIB儀器，GPIB儀器收到指令之后根據(jù)接口功能產(chǎn)生相應(yīng)的“本地消息”指令向內(nèi)傳輸，儀器設(shè)備再收到“本地信息”后依據(jù)儀器設(shè)備的器件功能進(jìn)行本地操作，執(zhí)行相應(yīng)的指令，有些情況下，儀器會將指令執(zhí)行的結(jié)果在通過上述通訊的逆過程將數(shù)據(jù)回傳至PC機(jī)。

2.2SCPI簡介

可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)指令（SCPI，Standard Commands for Programmable Instruments）是基于IEEE 488.2信息交換協(xié)議的編程指令標(biāo)準(zhǔn)。SCPI中定義了一整套的儀器編程通用指令，除IEEE 488.2協(xié)議中強(qiáng)制規(guī)定的通用指令外，SCPI中還包含用于任何硬件和通訊設(shè)備的編程指令。

SCPI命令的特點(diǎn)為：

（1）命令包括關(guān)鍵字、參數(shù)和標(biāo)點(diǎn)符號。

（2） 查詢語句總是以問號結(jié)束。

（3） 命令的有效格式分為長、短兩種格式，不區(qū)分大小寫。

（4） 命令類型：公共命令（以*開始），分系統(tǒng)命令（由關(guān)鍵字之間的冒號分開）。訪問分系統(tǒng)命令中低一級的子命令必須按照特定的路徑。

3軟件部分

3.1單儀器控制實(shí)現(xiàn)

3.1.1獲取儀器通訊地址

將AV1487B型號的信號源與PC機(jī)按照圖1連接，在PC機(jī)上運(yùn)行Keysight Command Expert，獲取該儀器的GPIB通訊地址為“GPIB0：：19：：INSTR”，如圖3所示。

3.1.2軟件界面及實(shí)現(xiàn)流程

為實(shí)現(xiàn)上位機(jī)遠(yuǎn)程控制GPIB儀器設(shè)備，在Visual Studio 2010開發(fā)平臺中利用C#編程設(shè)計(jì)的軟件界面，如圖4所示。

具體流程為：上位機(jī)軟件的后臺代碼中通過引用VISA儀器編程指令的動態(tài)鏈接庫文件，創(chuàng)建與儀器通訊的GPIB儀器通訊對象和API接口。輸入獲取的儀器地址，點(diǎn)擊“連接設(shè)備”，上位機(jī)軟件會建立與GPIB儀器的通訊環(huán)境；然后在“輸入指令”文本框中輸入對應(yīng)的指令，上位機(jī)指令發(fā)出的指令通過GPIB-USB連接線傳輸?shù)絻x器設(shè)備，儀器設(shè)備再根據(jù)圖2所示的原理圖進(jìn)行處理與信息反饋。

3.1.3指令控制測試

以AV1487B型號信號源為例，輸入地址“GPIB0：：19：：INSTR”，輸入SCPI通用指令“*IDN？”（該指令是標(biāo)識查詢命令，返回信息為儀器制造廠家、型號、序列號及版本號。），在“儀器返回信息”文本框中顯示“THE 41ST INSTITUTE，AV1487B，2007159，V2.51”，該結(jié)果與Keysight Command Expert軟件中發(fā)送“*IDN？”得到的返回信息一致，如圖6所示。

至此，對于單儀器的GPIB遠(yuǎn)程控制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。若要進(jìn)行其他控制，只需輸入儀器支持的SCPI指令就可完成相關(guān)控制操作。

3.2多儀器控制實(shí)現(xiàn)

3.2.1多儀器的GPIB連接

為了實(shí)現(xiàn)對于多個GPIB設(shè)備同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，需將所有設(shè)備以串聯(lián)方式連接到一根GPIB數(shù)據(jù)線上，如圖7所示，這樣做能節(jié)省GPIB傳輸線以及PC機(jī)USB接口資源。

3.2.2多儀器同時(shí)控制實(shí)現(xiàn)

將多個GPIB設(shè)備與PC機(jī)連接，在上位機(jī)中可以根據(jù)儀器對應(yīng)的不同通訊地址區(qū)分設(shè)備。本文中以AV1487B型號的信號源和安捷倫54622A型號的示波器為例，獲取儀器地址分別為“GPIB0：：19：：INSTR”、“GPIB0：：14：：INSTR”，分別輸入儀器通訊地址，再分別發(fā)送“*IDN？”，測試結(jié)果顯示返回信息分別為“THE 41ST INSTITUTE，AV1487B，2007159，V251”、“AGILENTTECHNOLOGIES，54622A，MY40004362，A.02.02”，儀器返回各自的產(chǎn)品信息，如圖8所示，獨(dú)立運(yùn)行且互不干擾。由此說明通過上位機(jī)軟件對于多儀器的遠(yuǎn)程控制成功實(shí)現(xiàn)。

4總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了基于GPIB接口通訊的多儀器同步控制，可以實(shí)現(xiàn)通過上位機(jī)軟件對支持GPIB通訊的安捷倫或同類型的多臺設(shè)備同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。經(jīng)過3個月試驗(yàn)檢測發(fā)現(xiàn)，該上位機(jī)軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠，相比于人工操控設(shè)備的傳統(tǒng)方式在工作效率上有明顯的提高，有利于推進(jìn)實(shí)現(xiàn)儀器的自動化控制。不足之處在于，目前儀器的通訊地址是通過第三方軟件獲取，下一步還需在如何通過上位機(jī)軟件自動識別并獲取儀器的通訊地址這方面做進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]羅光坤，張令彌等.基于GPIB接口的一起與計(jì)算機(jī)意見的通訊[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2006，（6）：634638.

[2]劉天舒，金從軍.基于VISA和SCPI的自動校準(zhǔn)開發(fā)[J].現(xiàn)代防御技術(shù)，2013，（3）：175179.