摘 要：虛擬儀器是測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它基于圖形化編程開發(fā)語言，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足不同的應(yīng)用要求。本文將虛擬儀器應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域，提出并建立了基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)方案。從應(yīng)用角度，基于LabVIEW軟件和PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計(jì)完成了實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)，并通過Datasocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器; PCI-1711; 開關(guān)量; Datasocket; 電動(dòng)機(jī) 1 前言 　　近年來，虛擬儀器在一些發(fā)達(dá)國家中的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用已經(jīng)十分普及，以虛擬儀器技術(shù)為方向的現(xiàn)代化測(cè)控技術(shù)應(yīng)用廣泛。虛擬儀器包括和超越了傳統(tǒng)儀器的一切功能，只要利用數(shù)據(jù)采集卡就可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造新的儀器系統(tǒng)，由虛擬儀器進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)不同的功能。目前，我國的測(cè)控技術(shù)特別在硬件方面仍非常薄弱，將虛擬儀器技術(shù)推向網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮其軟件就是儀器的優(yōu)勢(shì)，有助于形成分布式的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量體系，體現(xiàn)數(shù)據(jù)和儀器的共享，從而為實(shí)驗(yàn)教學(xué)或企業(yè)遠(yuǎn)程測(cè)控提供服務(wù)。本系統(tǒng)是基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), 數(shù)據(jù)采集站在數(shù)據(jù)采集的同時(shí), 通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器. LabVIEW 提供了DataSocket 這種網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)和編程工具, 借助它可以在不同的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間共享數(shù)據(jù), 而且這些數(shù)據(jù)源可以分布在不同的計(jì)算機(jī)上. 利用DataSocket 軟件還可以對(duì)資源的訪問進(jìn)行嚴(yán)格控制, 可以對(duì)用戶按照不同類別分組, 并分別賦予不同的讀、寫等權(quán)限, 使資源得到比較好的保護(hù), 降低對(duì)資源訪問時(shí)產(chǎn)生沖突的概率, 便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 2 基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 　　2.1 基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)方案 　　虛擬儀器最早是由美國國家儀器公司在20世紀(jì)80年代后期提出來的，在國際上早已進(jìn)入實(shí)用階段。在我國雖剛起步,但發(fā)展迅速, 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，已在電子測(cè)量、物理探傷、電子工程、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、物礦勘探、故障分析及教學(xué)科研等方面的數(shù)據(jù)采集和分析中廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)儀器相比有成本低，功能全，效率高，分布式等特點(diǎn)。目前，虛擬儀器在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)十分普及，在美國，虛擬儀器已成為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課，在國內(nèi)已有部分高校的實(shí)驗(yàn)室引入虛擬儀器系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤貙挕? 　　本文主要是在虛擬儀器的基礎(chǔ)上，通過遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備使得云臺(tái)上、下、左、右旋轉(zhuǎn)以監(jiān)控遠(yuǎn)方現(xiàn)場，現(xiàn)場的PC機(jī)接受網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過采集卡輸出經(jīng)調(diào)理電路到達(dá)云臺(tái)。其基本的測(cè)控系統(tǒng)框架圖如圖1所示 ： [align=center] 圖 1 測(cè)控系統(tǒng)框架圖[/align] 　　運(yùn)行于接收端計(jì)算機(jī)上的主監(jiān)控系統(tǒng)包含所有用來完成溫度和開關(guān)量等控制功能的模塊信號(hào)采集模塊, 能單獨(dú)控制現(xiàn)場監(jiān)控功能, 并能接受來自網(wǎng)絡(luò)的控制命令。Datesocket是NI公司提供的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，建立在TCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)之上，通過網(wǎng)絡(luò)可以向多個(gè)遠(yuǎn)端的客戶端同時(shí)傳輸現(xiàn)場測(cè)量的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場的采集卡與接收端PC機(jī)連接，發(fā)送端PC機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過Datesocket到達(dá)接收端，接收端PC機(jī)上的LabVIEW軟件觸發(fā)使得采集卡的四個(gè)指定數(shù)字輸出端口輸出開關(guān)量。從采集卡輸出的開關(guān)量信號(hào)可用繼電器來處理，加上驅(qū)動(dòng)電路以實(shí)現(xiàn)云臺(tái)上電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或停車。 　　2.2 硬件系統(tǒng)組成 　　系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)理和輸入、輸出，由于NI公司的數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格昂貴，因此采用了研華的PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1711提供16路數(shù)字輸入和16路數(shù)字輸出，使客戶可以最大靈活的根據(jù)自己的需要來應(yīng)用。它還具有16路單端模擬量輸入，12位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率可達(dá)100KHz，每個(gè)輸入通道的增益可編程，自動(dòng)通道/增益掃描，卡上1K采樣FIFO緩沖器，2路12位模擬量輸出，可編程觸發(fā)器/定時(shí)器。研華還提供了32位 LabVIEW 驅(qū)動(dòng)程序?qū)C數(shù)據(jù)采集板卡、與LabVIEW 軟件開發(fā)平臺(tái)結(jié)合了一起,這樣就省去了自己用CIN結(jié)點(diǎn)開發(fā)采集卡的驅(qū)動(dòng)模塊。 　　為了節(jié)省成本，本系統(tǒng)還添加了一個(gè)簡單的視頻傳輸以實(shí)時(shí)傳輸遠(yuǎn)方現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)操作的畫面。攝像頭下面添加云臺(tái)裝置，云臺(tái)是承載網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。云臺(tái)內(nèi)裝兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。這兩個(gè)電動(dòng)機(jī)一個(gè)負(fù)責(zé)水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)負(fù)責(zé)垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，水平及垂直轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小可通過限位開關(guān)進(jìn)行調(diào)整。通過虛擬儀器內(nèi)部軟件觸發(fā)產(chǎn)生開關(guān)量輸出通過采集卡的數(shù)字輸出通道觸動(dòng)繼電器控制攝像頭按鈕的上、下、左、右旋轉(zhuǎn)，可以全方位的觀察遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)畫面，以達(dá)到視頻的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 　　ADAM-3968是一款使用68芯SCSI電纜的工業(yè)接線端子板,它為PCI-1711與外界通訊提供方便，而且利于屏蔽現(xiàn)場的干擾。采用固態(tài)繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)整。繼電器是一種采用固體組件組裝而成的無觸點(diǎn)開關(guān)控制，其輸入端利用光電耦合器進(jìn)行隔離，只要很小的電流就可控制其工作。由于輸出部分內(nèi)部無可動(dòng)部件，所以具有工作可靠、開關(guān)速度快、工作頻率高、壽命長、無電磁干擾等特點(diǎn)。 　　2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由運(yùn)行在控制現(xiàn)場的接收端計(jì)算機(jī)主監(jiān)控系統(tǒng)和運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)上的某一發(fā)送端監(jiān)控系統(tǒng)組成?？蒲腥藛T和工程技術(shù)人員即使不在控制現(xiàn)場,也可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)了解現(xiàn)場的控制系統(tǒng)運(yùn)行情況和系統(tǒng)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化, 并可根據(jù)具體情況通過網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送端計(jì)算機(jī)上對(duì)控制遠(yuǎn)程現(xiàn)場接收端計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出命令, 根據(jù)遠(yuǎn)程的攝像頭所拍攝的圖像及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況, 從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。這在計(jì)算控制的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要地位和現(xiàn)實(shí)意義。 　　發(fā)送端使用LabVIEW前面板開發(fā)人機(jī)界面，操作界面的四個(gè)按鈕控制分別輸出四路開關(guān)量。通過Datesocket技術(shù)發(fā)送四個(gè)開關(guān)量信號(hào)到遠(yuǎn)程現(xiàn)場，前面板界面如圖2所示。 [align=center] 圖2 發(fā)送端前面板界面[/align] 　　按鈕動(dòng)作方式設(shè)置采用松開前處于鎖定狀態(tài)，即用鼠標(biāo)按住UP鈕，UP開關(guān)量信號(hào)就傳送到現(xiàn)場接收端，然后接受端PC機(jī)通過采集卡端口發(fā)出命令，云臺(tái)就一直往上轉(zhuǎn)，直到鼠標(biāo)松開并且程序讀取這個(gè)值一次。界面中設(shè)有采集卡輸出端口，用虛擬儀器設(shè)計(jì)的界面簡潔且美觀。 　　接收端負(fù)責(zé)接受命令并執(zhí)行動(dòng)作，其后面板的程序如圖3所示 [align=center] 圖3 接受端后面板程序圖[/align] 　　實(shí)際的數(shù)據(jù)處理中都是在后面板框圖程序中完成的。在這個(gè)框圖中采用了兩種結(jié)構(gòu)：1：while循環(huán)結(jié)構(gòu)：整個(gè)程序在循環(huán)體中反復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到某個(gè)條件發(fā)生而終止。2：case選擇結(jié)構(gòu)：包含有多個(gè)子框圖，每個(gè)子框圖的一段程序代碼對(duì)應(yīng)一個(gè)case選項(xiàng)，程序運(yùn)行的時(shí)候選擇其中的一段執(zhí)行。本例中通過遠(yuǎn)程按鍵接收來的信號(hào)切換true/false狀態(tài)。 　　除了采集卡的LabVIEW驅(qū)動(dòng)所帶的子模塊外，本程序還采用ActiveDAQ，它是研華提供32位Activex控制，能為大量的研華的數(shù)據(jù)采集卡和控制硬件控制模擬，數(shù)字，計(jì)數(shù)輸入輸出。研華的ActiveDAQ使得數(shù)據(jù)采集更加方便，高性能和靈活。 　　考慮到只是輸出開關(guān)量信號(hào)，采用了ActiveDAQ的DO模塊中的Write to Digital Line，數(shù)字線是數(shù)據(jù)采集卡單獨(dú)連接數(shù)字信號(hào)的物理端子，一個(gè)數(shù)字線的二進(jìn)制是0或1。讀入數(shù)字線的狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的數(shù)字端口就有相應(yīng)狀態(tài)。 3 數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸與監(jiān)控技術(shù) 　　Datasocket是NI公司基于Microsoft的COM和Activex技術(shù)開發(fā)的、專門面向測(cè)試與網(wǎng)絡(luò)的、實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)交換技術(shù)，用在自動(dòng)化測(cè)控領(lǐng)域中應(yīng)用之間或網(wǎng)絡(luò)中不同之間共享和發(fā)布動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。 　　Datasocket現(xiàn)場控制站接收遠(yuǎn)端監(jiān)控站發(fā)送來的各種控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作，并將必要信息如各轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、現(xiàn)場報(bào)警信號(hào)等反饋到遠(yuǎn)端，使操作者能在遠(yuǎn)端監(jiān)控站上監(jiān)控現(xiàn)場工作。故障情況下（比如通訊突然中斷），所有控制任務(wù)也可由操作者在現(xiàn)場控制站上使用單機(jī)操作模式完成，即現(xiàn)場控制站脫離上位機(jī)而獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制功能，此時(shí)所有操作步驟將由操作者在現(xiàn)場一體化控制站的鍵盤上輸入，這種應(yīng)急措施的采用可在一定程度上提高系統(tǒng)可靠性，使得嚴(yán)格的工作進(jìn)度得以保證。圖3中已經(jīng)運(yùn)用了Datesocket模塊。 4 結(jié)束語 　　該系統(tǒng)通過測(cè)試，能較好的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場云臺(tái)的控制，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控所達(dá)到的要求。由于采用了在系統(tǒng)編程和虛擬儀器兩項(xiàng)技術(shù), 使得該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)處理能力, 通常根據(jù)被測(cè)對(duì)象的不同設(shè)計(jì)相應(yīng)的前置電路或驅(qū)動(dòng)電路，功能擴(kuò)展靈活，如繼電器驅(qū)動(dòng)、固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路等，就可以應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的控制設(shè)備中。但是由于網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)性，信號(hào)不能實(shí)時(shí)到達(dá)現(xiàn)場。 　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)：采用虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集技術(shù)為科研人員節(jié)省大量的精力，靈活，隨心所欲設(shè)計(jì)自己所需的儀器。LabVIEW的datasocket技術(shù)為遠(yuǎn)程測(cè)控提供了便利的實(shí)現(xiàn)方法，這樣科研人員可以不受時(shí)空的限制有效的控制遠(yuǎn)程的現(xiàn)場。此外，LabVIEW的Web服務(wù)器可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布LabVIEW程序前面板的圖像或HTML文件，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁方面的快速瀏覽，安全、快捷地進(jìn)行程序的遠(yuǎn)程控制。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]雷振山. LabVIEW 7 Express實(shí)用技術(shù)教程[M].北京：中國鐵道出版社，2004. 　　[2]李伯全. 遠(yuǎn)程測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸中的DataSocket 技術(shù)應(yīng)用[J].江蘇大學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004 ,25（4）:286- 288. 　　[3]陳澤峰. 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的快速開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，（16）：23—25. 　　[4]董湘. 基于LabVIEW的遠(yuǎn)程測(cè)控方法研究[J].自動(dòng)化儀表，2006，27（1）：6-13. 　　[5]蘭波. LabVIEW 在虛擬儀器遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國測(cè)試技術(shù)，2006，（6）:112-134. 　　[6]潘華，夏紅梅，李安，胡柏青. LabVIEW數(shù)據(jù)流控制方法研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，10 　　[7]National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, January 2004. 　　基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的研究資料下載