摘 要：虛擬儀器是測試技術和計算機技術相結合的產物，它基于圖形化編程開發(fā)語言，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足不同的應用要求。本文將虛擬儀器應用于測控領域，提出并建立了基于虛擬儀器的遠程數據測控系統(tǒng)方案。從應用角度，基于LabVIEW軟件和PCI-1711數據采集卡，設計完成了實際應用系統(tǒng)，并通過Datasocket技術實現對電動機的遠程監(jiān)控和數據采集。 關鍵詞：虛擬儀器; PCI-1711; 開關量; Datasocket; 電動機 1 前言 　　近年來，虛擬儀器在一些發(fā)達國家中的設計、生產、使用已經十分普及，以虛擬儀器技術為方向的現代化測控技術應用廣泛。虛擬儀器包括和超越了傳統(tǒng)儀器的一切功能，只要利用數據采集卡就可以在計算機上構造新的儀器系統(tǒng)，由虛擬儀器進行編程實現不同的功能。目前，我國的測控技術特別在硬件方面仍非常薄弱，將虛擬儀器技術推向網絡，發(fā)揮其軟件就是儀器的優(yōu)勢，有助于形成分布式的網絡測量體系，體現數據和儀器的共享，從而為實驗教學或企業(yè)遠程測控提供服務。本系統(tǒng)是基于虛擬儀器的遠程數據測控網絡系統(tǒng), 數據采集站在數據采集的同時, 通過網絡將數據實時傳遞到網絡服務器. LabVIEW 提供了DataSocket 這種網絡軟件技術和編程工具, 借助它可以在不同的應用程序和數據源之間共享數據, 而且這些數據源可以分布在不同的計算機上. 利用DataSocket 軟件還可以對資源的訪問進行嚴格控制, 可以對用戶按照不同類別分組, 并分別賦予不同的讀、寫等權限, 使資源得到比較好的保護, 降低對資源訪問時產生沖突的概率, 便于實現網絡監(jiān)控。 2 基于虛擬儀器的遠程數據測控系統(tǒng)的設計 　　2.1 基于虛擬儀器的遠程數據測控系統(tǒng)方案 　　虛擬儀器最早是由美國國家儀器公司在20世紀80年代后期提出來的，在國際上早已進入實用階段。在我國雖剛起步,但發(fā)展迅速, 應用領域廣泛，已在電子測量、物理探傷、電子工程、振動分析、聲學分析、物礦勘探、故障分析及教學科研等方面的數據采集和分析中廣泛應用。與傳統(tǒng)儀器相比有成本低，功能全，效率高，分布式等特點。目前，虛擬儀器在發(fā)達國家已經十分普及，在美國，虛擬儀器已成為各大學理工科學生的一門必修課，在國內已有部分高校的實驗室引入虛擬儀器系統(tǒng)。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，測試技術的應用領域將不斷拓寬。 　　本文主要是在虛擬儀器的基礎上，通過遠程控制現場設備使得云臺上、下、左、右旋轉以監(jiān)控遠方現場，現場的PC機接受網絡信號通過采集卡輸出經調理電路到達云臺。其基本的測控系統(tǒng)框架圖如圖1所示 ： [align=center] 圖 1 測控系統(tǒng)框架圖[/align] 　　運行于接收端計算機上的主監(jiān)控系統(tǒng)包含所有用來完成溫度和開關量等控制功能的模塊信號采集模塊, 能單獨控制現場監(jiān)控功能, 并能接受來自網絡的控制命令。Datesocket是NI公司提供的一種網絡傳輸技術，建立在TCP/IP協(xié)議基礎之上，通過網絡可以向多個遠端的客戶端同時傳輸現場測量的數據。現場的采集卡與接收端PC機連接，發(fā)送端PC機發(fā)出的信號通過Datesocket到達接收端，接收端PC機上的LabVIEW軟件觸發(fā)使得采集卡的四個指定數字輸出端口輸出開關量。從采集卡輸出的開關量信號可用繼電器來處理，加上驅動電路以實現云臺上電動機的啟動或停車。 　　2.2 硬件系統(tǒng)組成 　　系統(tǒng)硬件實現信號調理和輸入、輸出，由于NI公司的數據采集卡價格昂貴，因此采用了研華的PCI-1711數據采集卡。PCI-1711提供16路數字輸入和16路數字輸出，使客戶可以最大靈活的根據自己的需要來應用。它還具有16路單端模擬量輸入，12位A/D轉換器，采樣速率可達100KHz，每個輸入通道的增益可編程，自動通道/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/定時器。研華還提供了32位 LabVIEW 驅動程序將PC數據采集板卡、與LabVIEW 軟件開發(fā)平臺結合了一起,這樣就省去了自己用CIN結點開發(fā)采集卡的驅動模塊。 　　為了節(jié)省成本，本系統(tǒng)還添加了一個簡單的視頻傳輸以實時傳輸遠方現場實驗操作的畫面。攝像頭下面添加云臺裝置，云臺是承載網絡攝像機進行水平和垂直兩個方向轉動的裝置。云臺內裝兩個電動機。這兩個電動機一個負責水平方向的轉動，另一個負責垂直方向的轉動，水平及垂直轉動的角度大小可通過限位開關進行調整。通過虛擬儀器內部軟件觸發(fā)產生開關量輸出通過采集卡的數字輸出通道觸動繼電器控制攝像頭按鈕的上、下、左、右旋轉，可以全方位的觀察遠程實驗畫面，以達到視頻的遠程監(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，而且利于屏蔽現場的干擾。采用固態(tài)繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對電機的轉速的調整。繼電器是一種采用固體組件組裝而成的無觸點開關控制，其輸入端利用光電耦合器進行隔離，只要很小的電流就可控制其工作。由于輸出部分內部無可動部件，所以具有工作可靠、開關速度快、工作頻率高、壽命長、無電磁干擾等特點。 　　2.3 系統(tǒng)軟件設計 　　本遠程監(jiān)控系統(tǒng)由運行在控制現場的接收端計算機主監(jiān)控系統(tǒng)和運行在網絡上的某一發(fā)送端監(jiān)控系統(tǒng)組成?？蒲腥藛T和工程技術人員即使不在控制現場,也可以通過網絡隨時了解現場的控制系統(tǒng)運行情況和系統(tǒng)參數的實時變化, 并可根據具體情況通過網絡在發(fā)送端計算機上對控制遠程現場接收端計算機控制系統(tǒng)發(fā)出命令, 根據遠程的攝像頭所拍攝的圖像及時調整現場控制系統(tǒng)運行狀況, 從而達到遠程控制的目的。這在計算控制的應用領域具有重要地位和現實意義。 　　發(fā)送端使用LabVIEW前面板開發(fā)人機界面，操作界面的四個按鈕控制分別輸出四路開關量。通過Datesocket技術發(fā)送四個開關量信號到遠程現場，前面板界面如圖2所示。 [align=center] 圖2 發(fā)送端前面板界面[/align] 　　按鈕動作方式設置采用松開前處于鎖定狀態(tài)，即用鼠標按住UP鈕，UP開關量信號就傳送到現場接收端，然后接受端PC機通過采集卡端口發(fā)出命令，云臺就一直往上轉，直到鼠標松開并且程序讀取這個值一次。界面中設有采集卡輸出端口，用虛擬儀器設計的界面簡潔且美觀。 　　接收端負責接受命令并執(zhí)行動作，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] 　　實際的數據處理中都是在后面板框圖程序中完成的。在這個框圖中采用了兩種結構：1：while循環(huán)結構：整個程序在循環(huán)體中反復執(zhí)行一段代碼，直到某個條件發(fā)生而終止。2：case選擇結構：包含有多個子框圖，每個子框圖的一段程序代碼對應一個case選項，程序運行的時候選擇其中的一段執(zhí)行。本例中通過遠程按鍵接收來的信號切換true/false狀態(tài)。 　　除了采集卡的LabVIEW驅動所帶的子模塊外，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據采集卡和控制硬件控制模擬，數字，計數輸入輸出。研華的ActiveDAQ使得數據采集更加方便，高性能和靈活。 　　考慮到只是輸出開關量信號，采用了ActiveDAQ的DO模塊中的Write to Digital Line，數字線是數據采集卡單獨連接數字信號的物理端子，一個數字線的二進制是0或1。讀入數字線的狀態(tài)，對應的數字端口就有相應狀態(tài)。 3 數據的遠程傳輸與監(jiān)控技術 　　Datasocket是NI公司基于Microsoft的COM和Activex技術開發(fā)的、專門面向測試與網絡的、實時高速數據交換技術，用在自動化測控領域中應用之間或網絡中不同之間共享和發(fā)布動態(tài)數據。 　　Datasocket現場控制站接收遠端監(jiān)控站發(fā)送來的各種控制命令，執(zhí)行相應的操作，并將必要信息如各轉動軸運動狀態(tài)、現場報警信號等反饋到遠端，使操作者能在遠端監(jiān)控站上監(jiān)控現場工作。故障情況下（比如通訊突然中斷），所有控制任務也可由操作者在現場控制站上使用單機操作模式完成，即現場控制站脫離上位機而獨立地實現各項控制功能，此時所有操作步驟將由操作者在現場一體化控制站的鍵盤上輸入，這種應急措施的采用可在一定程度上提高系統(tǒng)可靠性，使得嚴格的工作進度得以保證。圖3中已經運用了Datesocket模塊。 4 結束語 　　該系統(tǒng)通過測試，能較好的實現遠程對現場云臺的控制，完全實現了設計遠程監(jiān)控所達到的要求。由于采用了在系統(tǒng)編程和虛擬儀器兩項技術, 使得該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性和數據處理能力, 通常根據被測對象的不同設計相應的前置電路或驅動電路，功能擴展靈活，如繼電器驅動、固態(tài)繼電器驅動電路等，就可以應用于現代工業(yè)的控制設備中。但是由于網絡的延時性，信號不能實時到達現場。 　　本文的創(chuàng)新點：采用虛擬儀器的數據采集技術為科研人員節(jié)省大量的精力，靈活，隨心所欲設計自己所需的儀器。LabVIEW的datasocket技術為遠程測控提供了便利的實現方法，這樣科研人員可以不受時空的限制有效的控制遠程的現場。此外，LabVIEW的Web服務器可以在網絡上發(fā)布LabVIEW程序前面板的圖像或HTML文件，實現了網頁方面的快速瀏覽，安全、快捷地進行程序的遠程控制。 參考文獻： 　　[1]雷振山. LabVIEW 7 Express實用技術教程[M].北京：中國鐵道出版社，2004. 　　[2]李伯全. 遠程測控數據傳輸中的DataSocket 技術應用[J].江蘇大學報（自然科學版），2004 ,25（4）:286- 288. 　　[3]陳澤峰. 基于LabVIEW數據采集系統(tǒng)的快速開發(fā)[J].現代電子技術，2004，（16）：23—25. 　　[4]董湘. 基于LabVIEW的遠程測控方法研究[J].自動化儀表，2006，27（1）：6-13. 　　[5]蘭波. LabVIEW 在虛擬儀器遠程數據采集系統(tǒng)中的應用[J].中國測試技術，2006，（6）:112-134. 　　[6]潘華，夏紅梅，李安，胡柏青. LabVIEW數據流控制方法研究[J].微計算機信息，2006，10 　　[7]National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, January 2004. 　　基于虛擬儀器的遠程數據測控系統(tǒng)的研究資料下載