基于虚拟仪器的锁相放大器远程实验系统设计

软件框图程序如图3所示。程序分别设置了3个While循环结构，分别完成读取温度值、读取电压值以及发送控制继电器状态的功能。循环中止的条件为下列三者之一：用户点击了"退出"按钮；用户连接时间超过了30 min；实验过程中TCP连接出错，如实验机程序先行中止，或系统错误引起连接中止。

　　客户端程序的软件部分采用3个独立的While循环，每个端口分别设置了独立的服务器端口，依次是2322，2323和2324。

　　(1)读取反馈的实验数据。对于数据接收，用2个TCP Read节点读取实验机发送的声卡采集的数据长度和字符串数据。

　　2322端口接收串口读取的温度值，因为温度值采集时已经转换为4位BCD码表示的十进制数，因此接收时读取的字长设置为4，读取的温度值送入虚拟温度计并实时显示出来。

　　2323端口对应接收声卡读取的电压值，因为是左、右声道各采集一路信号，因此设置了2个Sequence结构，其中Sequence0接收左声道读取的桥式电路输出信号，送入锁相放大器的信号输入端；Sequence1接收右声道读取参考方波，送入锁相放大器的参考信号输入端。同时将读取的波形实时显示在用户界面上。

　　(2)发送继电器控制信号。2324端口发送加热控制电路的继电器状态值，用户可以在虚拟面板生改变加热按钮的状态，并通过服务器反馈回实验机，从而控制加热电路中继电器的状态。加热按钮其处于不同的位置时，向网络连接发送不同的命令字。将命令字放在一个CASE结构中，这样便于实现用户将加热按钮置于不同的位置时，发送不同的命令字。为有效传送数据，采用2个TCP Write节点，第1个节点发送字符长度，第2个节点发送字符数据。

　　3．2 端口映射

　　服务器平台上安装Linux操作系统。利用其IPtables防火墙技术进行端口映射，使得互联网上的计算机可以通过访问服务器，间接访问实验机，进行远程实验。端口号的选择要避开系统保留端口，即O～1023。假设实验机程序的监听端口为2322。在IPtahies中，将服务器的2322端口映射到实验机。外界计算机访问服务器的2322端口时，若实验机程序正在2322端口监听，与客户机的TCP连接就会建立，客户机与实验机通信，传送控制命令与实验数据。

　　3．3 实验机程序

　　3．3．1 实验机程序的用户界面

　　实验机程序的用户界面如图4所示。波形显示图实时监测声卡采集的信号；日志文件用于记录与实验机建立连接的客户数目、客户地址和连接时间。 Inputformat设置了声卡采样的数字声音格式；数据采集为立体声格式，样本位数为16 b；为了防止数据溢出，远程数据传送时A ／D转换率采用11 025 Hz。Constant为声卡采集数据的缩小倍数。温度显示为串口采集到的热敏电阻的温度。

　　实验机程序实现如下功能：

　　实验机接收用户发送来的加热信号，通过串口送往单片机系统，由单片机根据预先设置的指令驱动继电器，从而控制热敏电阻的加热状态。热敏电阻的温度值由串口采集，送入实验机；音频输入电缆左声道采集热敏电阻阻值改变后桥式电路的输出电压，右声道采集信号发生器输出的参考方波，通过声卡送入实验机。实验机将采集到的所有信号经由服务器和Internet反馈给客户。

　　3．3．2 实验机软件框图程序

　　实验机框图程序如图5所示。实验机程序的软件部分整体采用一个While循环，其l中又包含2个While循环。其中一个While循环中设置了一个顺序结构，Sequence 0中包含了2322监听端口，用于监听串口读取温度值；Sequence 1中包含了2323端口，用于监听声卡读取电压值。

　　另外一个While循环中包含了一个2324监听端口，用于接收客户机发送来的当前继电器状态值。当接收到闭合继电器控制指令时，发送"30 H"到单片机，控制继电器闭合；当接收到断开继电器控制指令时；发送"31H"到单片机，控制继电器断开。单片机与实验机通过串行口通信，接收计算机发送的控制指令。

(1)实验机与单片机的串行通信。实验机与单片机的通信利用LabVIEW中的VISA库(virtua|instrument software architecture)实现。V-ISA作为新一代程控仪器I／O软件规范，在接口无关性、平台独立性、可扩展性和功能上都有很大提高。本文单片机带有RS 232接口，计算机通过串口与之通信。单片机通过串口与实验机相连，VISA Configure Serial Port节点中VISA Resouce Name设为ASRL4：INSTR。参数与单片机的设置一致：传输速率4 800 b／s，起始位1位，数据位8位，停止位1位，无校验位。

(2)声卡采集电路信号。用SI Read节点读取声卡采集的电路信号，Stereo 16 b端口显示读取的数据。Index Array函数分别提取0列(左声道)和1列(右声道)的信号，缩小一定倍数后，经