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    1 智能儀器的發展

　　20世紀90年代以來，儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個方面：

　　(1) 微型化。微電子技術、微機械技術、信息技術等的綜合應用使得儀器成為體積小、功能齊全的智能儀器，能夠完成信號的采集、處理、控制信號的輸出、放大、與其它儀器的接口等功能，在自動化技術、航天、軍事、生物技術、醫療領域有著獨特的作用。

　　(2) 多功能化。多功能本身就是智能儀器儀表的一個特點，例如具有脈沖發生器、頻率合成器和任意波形發生器等功能的函數發生器，不但性能上(如準確度)比專用脈沖發生器和頻率合成器高，而且在各種測試功能上提供了較好的解決方案。

　　(3) 智能化。現代檢測與控制系統，或多或少的趨向于智能化這個特點。智能儀器的進一步發展將含有一定的人工智能，這樣就可無需人的干預而自主地完成檢測或控制功能。

　　2 網絡化儀器的功能需求和技術支持

　　2.1 支持遠程測控需求

　　網絡化儀器，如現場總線智能儀表，是適合在遠程測控中使用的儀器，是儀器測控技術、現代計算機技術、網絡通信技術與微電子技術深度融合的結果。網絡化設備既可以像普通儀器那樣按設定程序對相關物理量進行自動測量、控制、存儲和顯示測量結果及控制狀態；同時具有重要的網絡應用特征，經授權的儀器使用者，通過Internet可以遠程對儀器進行功能操作、獲取測量結果并對儀器實時監控、設置參數和故障診斷，控制其在Internet上動態發布信息。它們與計算機一樣，成了網絡中的獨立節點，很方便地就能與就近的網絡通信線纜直接連接，而且“即插即用”，直接將現場測試數據送上網；用戶通過瀏覽器或符合規范的應用程序即可實時瀏覽到這些信息(包括處理后的數據、儀器儀表的面板圖像等)。

　　2.2 網絡化儀器的特點

　　基于Internet的測控系統中前端模塊不僅完成信號的采集和控制，還兼顧實施對信號的分析與傳輸，因為它以一個功能強大的微處理器和一個嵌入式操作系統為支撐。在這個平臺上，使用者可以很方便地實現各種測量功能模塊的添加、刪除以及不同網絡傳輸方式的選擇。其次，基于Internet的測控系統最為顯著的特點，是信號傳輸的方式發生了改變。基于Internet的測控系統對測量、控制信號等的傳輸，是建立在公共的Internet上的。有了前端嵌入式模塊，系統的測量數據安全有效的傳輸便成為可能。再有，基于Internet的測控系統對測得結果的表達和輸出也有了較大改進，一方面，不管身在何處，使用者都可通過客戶機方便地瀏覽到各種實時數據，了解設備現在的工作情況；另一方面，在客戶端的控制中心，所擁有的智能化軟件和數據庫系統都可被調用來對測得結果分析，以及為使用者下達控制指令或作決策提供幫助。

       2.3 接入Internet或以太網的方法

　　網絡化儀器儀表的設計方法，是把嵌入式系統嵌入到儀器儀表中，讓其成為測量和控制的核心。通常，嵌入式儀器接入Internet或以太網成為網絡儀器有三種方法：

　　(1) 由32位高檔MCU構成嵌入式儀器，因為有足夠資源可擴充利用，整個TCP/IP協議族可以做到系統里去，因而可以成為直接接入Internet的網絡儀器，但開發難度大；

　　(2) 對于低檔8位機組成的嵌入式儀器，采用專用網絡（如RS-232、RS-485、Profibus等）將若干嵌入式儀器與PC相連，把PC作為網關，并由PC把該網絡上的信息轉換為TCP/IP協議數據包，發送到Internet上實現信息共享，但必須要專門配一臺PC來進行協議轉換；

　　(3) 由8位單片機組成直接接入Internet的嵌入式網絡化儀器，這種方案好處是可以利用以前的基于8位單片機的測量設備，通過外加網絡芯片，直接驅動網絡接口芯片，但占用資源（ROM、RAM、CPU）較多，要求單片機具有足夠快的運行速度。

　　　       3 網絡化儀器的體系結構及實現

　　3.1 抽象模型

　　網絡化儀器是電工電子、計算機硬件軟件以及網絡、通信等多方面技術的有機組合體，結構比較復雜，多采用體系結構來表示其總體框架和系統特點。網絡化儀器的體系結構，包括基本網絡系統硬件、應用軟件和各種協議。圖1是網絡化儀器體系結構的一個簡單模型，該模型將網絡化儀器劃分成若干邏輯層，可更本質的反映網絡化儀器具有的信息采集、存儲、傳輸和分析處理的原理特征

　　首先是硬件層，主要指遠端傳感器信號采集單元，包括微處理器系統、信號采集系統、硬件協議轉換和數據流傳輸控制系統。硬件層功能的實現得益于嵌入式系統的技術進步和近年來大規模集成電路技術的發展，硬件協議轉換和數據流傳輸控制依靠FPGA/CPLD實現。

　　另一個邏輯層是嵌入式操作系統內核，該層的主要功能是提供一個控制信號采集和數據流傳輸的平臺。該平臺的前端模塊單元的主要資源有處理器、存儲器、信號采集單元和信息；主要功能是合理分配、控制處理器，控制信號的采集單元以使其正常工作，并保證數據流的有效傳輸。該邏輯層主要由鏈路層、網絡層、傳輸層和接口等組成。根據應用的不同，本層的具體實現方式可能不同，且可在一定程序上簡化。

　　3.2 外圍硬件設計方案

　　Internet或以太網通信的硬件設計方案有兩個。

　　(1) 以專用CPU作為控制器，使用C語言編程實現TCP/IP通信。優點是：專用CPU的處理能力較強，便于實現測試儀器的其它功能。缺點是成本略高，硬件略復雜。

　　(2) 使用51系列單片機作為控制器的CPU，不采用嵌入式操作系統，直接使用C51編程，實現數據鏈路層協議和TCP/IP協議。優點是硬件比較簡單，價格低。缺點是軟件工作量大，難度也大。以單片機為核心、采用RTL8019以太網接口芯片為網絡儀器接口所組成的。