在當今信息化時(shí)代，各領(lǐng)域常以信息的獲取和利用為中心。在現代工業(yè)生產(chǎn)中，儀器儀表高度自動(dòng)化和信息管理自動(dòng)化，已大量涌現出以計算機為核心的信息處理與過(guò)程控制相結合的應用系統。伴隨著(zhù)這種系統的發(fā)展，出現了智能儀器。

    智能儀器是計算機技術(shù)與測試技術(shù)相結合的產(chǎn)物，儀器內部帶有處理能力很強的智能軟件。儀器儀表已不再是簡(jiǎn)單的硬件實(shí)體，而是硬件、軟件相結合。近年來(lái)，智能儀器已開(kāi)始從較為成熟的數據處理向知識處理發(fā)展，使其功能向更高層次發(fā)展。

    1 智能儀器的發(fā)展

    20世紀90年代以來(lái)，儀器儀表的智能化突出表現在以下幾個(gè)方面：

    (1) 綜合化。電子測量?jì)x器、自動(dòng)化儀表、自動(dòng)化檢測系統、數據采集和控制系統過(guò)去分屬各學(xué)科領(lǐng)域，各自獨立發(fā)展。由于生產(chǎn)自動(dòng)化的需求，它們在發(fā)展中相互靠近，功能相互覆蓋，差異縮小，體現為一種“信息流”綜合管理與控制系統。

    (2) 微型化。微電子技術(shù)、微機械技術(shù)、信息技術(shù)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(dòng)化技術(shù)、航天、軍事、生物技術(shù)、醫療領(lǐng)域有著(zhù)獨特的作用。

    (3) 多功能化。多功能本身就是智能儀器儀表的一個(gè)特點(diǎn)，例如具有脈沖發(fā)生器、頻率合成器和任意波形發(fā)生器等功能的函數發(fā)生器，不但性能上(如準確度)比專(zhuān)用脈沖發(fā)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。

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

    (5)儀器虛擬化。在虛擬現實(shí)系統中，數據分析和顯示用PC機的軟件來(lái)完成，只要額外提供一定的數據采集硬件，就可以與PC機組成測量?jì)x器。這種基于PC機的測量?jì)x器稱(chēng)為虛擬儀器VI(Virtual Instrument)。在虛擬儀器中，使用同一個(gè)硬件系統，只要應用不同的軟件編程，就可得到功能完全不同的測量?jì)x器。“軟件就是儀器”。作為虛擬儀器核心的軟件系統具有通用性、通俗性、可視性、可擴展性和升級性，代表著(zhù)當今儀器發(fā)展的新方向。

    (6) 儀器儀表系統的網(wǎng)絡(luò )化。一般的智能儀器儀表都具有雙向通信功能，但這種雙向通信功能離真正意義上的網(wǎng)絡(luò )通信還有距離。伴隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，Internet技術(shù)使儀器儀表在實(shí)現智能化的基礎上同時(shí)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化，使現場(chǎng)測控參量就近登臨網(wǎng)絡(luò )，并具備必要的信息處理功能。

    2 網(wǎng)絡(luò )化儀器的功能需求和技術(shù)支持

    2.1 支持遠程測控需求

    網(wǎng)絡(luò )化儀器，如現場(chǎng)總線(xiàn)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(shù)、現代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)與微電子技術(shù)深度融合的結果。網(wǎng)絡(luò )化設備既可以像普通儀器那樣按設定程序對相關(guān)物理量進(jìn)行自動(dòng)測量、控制、存儲和顯示測量結果及控制狀態(tài)；同時(shí)具有重要的網(wǎng)絡(luò )應用特征，經(jīng)授權的儀器使用者，通過(guò)Internet可以遠程對儀器進(jìn)行功能操作、獲取測量結果并對儀器實(shí)時(shí)監控、設置參數和故障診斷，控制其在Internet上動(dòng)態(tài)發(fā)布信息。它們與計算機一樣，成了網(wǎng)絡(luò )中的獨立節點(diǎn)，很方便地就能與就近的網(wǎng)絡(luò )通信線(xiàn)纜直接連接，而且“即插即用”，直接將現場(chǎng)測試數據送上網(wǎng)；用戶(hù)通過(guò)瀏覽器或符合規范的應用程序即可實(shí)時(shí)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(wǎng)絡(luò )化儀器的特點(diǎn)

    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(shí)施對信號的分析與傳輸，因為它以一個(gè)功能強大的微處理器和一個(gè)嵌入式操作系統為支撐。在這個(gè)平臺上，使用者可以很方便地實(shí)現各種測量功能模塊的添加、刪除以及不同網(wǎng)絡(luò )傳輸方式的選擇。其次，基于Internet的測控系統最為顯著(zhù)的特點(diǎn)，是信號傳輸的方式發(fā)生了改變?；贗nternet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(jìn)，一方面，不管身在何處，使用者都可通過(guò)客戶(hù)機方便地瀏覽到各種實(shí)時(shí)數據，了解設備現在的工作情況；另一方面，在客戶(hù)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(lái)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(wǎng)的方法

    網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)成為網(wǎng)絡(luò )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(gè)TCP/IP協(xié)議族可以做到系統里去，因而可以成為直接接入Internet的網(wǎng)絡(luò )儀器，但開(kāi)發(fā)難度大；

    (2) 對于低檔8位機組成的嵌入式儀器，采用專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )（如RS-232、RS-485、Profibus等）將若干嵌入式儀器與PC相連，把PC作為網(wǎng)關(guān)，并由PC把該網(wǎng)絡(luò )上的信息轉換為T(mén)CP/IP協(xié)議數據包，發(fā)送到Internet上實(shí)現信息共享，但必須要專(zhuān)門(mén)配一臺PC來(lái)進(jìn)行協(xié)議轉換；

    (3) 由8位單片機組成直接接入Internet的嵌入式網(wǎng)絡(luò )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(guò)外加網(wǎng)絡(luò )芯片，直接驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )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。

    2.4 支持網(wǎng)絡(luò )的接口芯片

    網(wǎng)絡(luò )接口芯片使用RELTEK公司的RTL8019AS，由于其優(yōu)良的性能、低廉的價(jià)格，是用來(lái)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊的理想芯片。

    (1) 主要性能

    符合EthernetⅡ與IEEE802.3標準；為全雙工通信接口，收發(fā)可同時(shí)達到10Mbps的速率；內置16K的SRAM，用于收發(fā)緩沖，降低對主處理器的速度要求；支持8/16位數據總線(xiàn)，8條中斷申請線(xiàn)以及16個(gè)I/O基地址選擇；能完成物理幀的形成、編解碼、CRC的形成和校驗、數據的收發(fā)等，可以通過(guò)交換機在雙絞線(xiàn)上同時(shí)發(fā)送和接收數據。

    (2) 內部結構

    RTL8019AS內部可分為遠程DMA接口、本地DMA接口、MAC（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制）邏輯、數據編碼解碼邏輯和其他端口。遠程DMA接口是指單片機對RTL8019AS內部RAM進(jìn)行讀寫(xiě)的總線(xiàn)，即ISA總線(xiàn)的接口部分。單片機收發(fā)數據只需對遠程DMA操作。本地DMA接口是RTL8019AS與網(wǎng)線(xiàn)的連接通道，完成控制器與網(wǎng)線(xiàn)的數據交換。

    (3) 內部RAM地址空間分配

    RTL8019AS內部有兩塊RAM區。一塊16K字節，地址為0x4000~0x7fff；一塊32字節，地址為0x0000~0x001f。RAM按頁(yè)存儲，每256字節為一頁(yè)。一般將RAM的前12頁(yè)（即0x4000~0x4bff）存儲區作為發(fā)送緩沖區；后52頁(yè)（即0x4c00~0x7fff）存儲區作為接收緩沖區。第0頁(yè)地址為0x0000~0x001f，用于存儲以太網(wǎng)物理地址。

    (4) I/O地址分配

    RTL8019AS具有32位輸入輸出地址，地址偏移量為00H~1FH。其中00H~0FH共16個(gè)地址，為寄存器地址。寄存器分為4頁(yè)：PAGE0、PAGE1、PAGE2、PAGE3，由RTL8019AS的CR（Command Register命令寄存器）中的PS1、PS0位來(lái)決定要訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)。遠程DMA地址包括10H~17H，都可以用來(lái)作遠程DMA端口，只要用其中的一個(gè)就可以了。復位端口包括18H~1FH共8個(gè)地址，功能一樣，用于RTL8019AS復位。