关键词：虚拟仪器; PCI-1711; 开关量; Datasocket; 电动机
1 前言
近年来，虚拟仪器在一些发达国家中的设计、生产、使用已经十分普及，以虚拟仪器技术为方向的现代化测控技术应用广泛。虚拟仪器包括和超越了传统仪器的一切功能，只要利用数据采集卡就可以在计算机上构造新的仪器系统，由虚拟仪器进行编程实现不同的功能。目前，我国的测控技术特别在硬件方面仍非常薄弱，将虚拟仪器技术推向网络，发挥其软件就是仪器的优势，有助于形成分布式的网络测量体系，体现数据和仪器的共享，从而为实验教学或企业远程测控提供服务。本系统是基于虚拟仪器的远程数据测控网络系统, 数据采集站在数据采集的同时, 通过网络将数据实时传递到网络服务器. LabVIEW 提供了DataSocket 这种网络软件技术和编程工具, 借助它可以在不同的应用程序和数据源之间共享数据, 而且这些数据源可以分布在不同的计算机上. 利用DataSocket 软件还可以对资源的访问进行严格控制, 可以对用户按照不同类别分组, 并分别赋予不同的读、写等权限, 使资源得到比较好的保护, 降低对资源访问时产生冲突的概率, 便于实现网络监控。
2 基于虚拟仪器的远程数据测控系统的设计
2.1 基于虚拟仪器的远程数据测控系统方案
虚拟仪器最早是由美国国家仪器公司在20世纪80年代后期提出来的，在国际上早已进入实用阶段。在我国虽刚起步,但发展迅速, 应用领域广泛，已在电子测量、物理探伤、电子工程、振动分析、声学分析、物矿勘探、故障分析及教学科研等方面的数据采集和分析中广泛应用。与传统仪器相比有成本低，功能全，效率高，分布式等特点。目前，虚拟仪器在发达国家已经十分普及，在美国，虚拟仪器已成为各大学理工科学生的一门必修课，在国内已有部分高校的实验室引入虚拟仪器系统。随着科学技术的迅猛发展，测试技术的应用领域将不断拓宽。
本文主要是在虚拟仪器的基础上，通过远程控制现场设备使得云台上、下、左、右旋转以监控远方现场，现场的PC机接受网络信号通过采集卡输出经调理电路到达云台。其基本的测控系统框架图如图1所示 ：
图 1 测控系统框架图
运行于接收端计算机上的主监控系统包含所有用来完成温度和开关量等控制功能的模块信号采集模块, 能单独控制现场监控功能, 并能接受来自网络的控制命令。Datesocket是NI公司提供的一种网络传输技术，建立在TCP/IP协议基础之上，通过网络可以向多个远端的客户端同时传输现场测量的数据。现场的采集卡与接收端PC机连接，发送端PC机发出的信号通过Datesocket到达接收端，接收端PC机上的LabVIEW软件触发使得采集卡的四个指定数字输出端口输出开关量。从采集卡输出的开关量信号可用继电器来处理，加上驱动电路以实现云台上电动机的启动或停车。
2.2 硬件系统组成
系统硬件实现信号调理和输入、输出，由于NI公司的数据采集卡价格昂贵，因此采用了研华的PCI-1711数据采集卡。PCI-1711提供16路数字输入和16路数字输出，使客户可以最大灵活的根据自己的需要来应用。它还具有16路单端模拟量输入，12位A/D转换器，采样速率可达100KHz，每个输入通道的增益可编程，自动通道/增益扫描，卡上1K采样FIFO缓冲器，2路12位模拟量输出，可编程触发器/定时器。研华还提供了32位 LabVIEW 驱动程序将PC数据采集板卡、与LabVIEW 软件开发平台结合了一起,这样就省去了自己用CIN结点开发采集卡的驱动模块。
为了节省成本，本系统还添加了一个简单的视频传输以实时传输远方现场实验操作的画面。摄像头下面添加云台装置，云台是承载网络摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装两个电动机。这两个电动机一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动，水平及垂直转动的角度大小可通过限位开关进行调整。通过虚拟仪器内部软件触发产生开关量输出通过采集卡的数字输出通道触动继电器控制摄像头按钮的上、下、左、右旋转，可以全方位的观察远程实验画面，以达到视频的远程监控。
ADAM-3968是一款使用68芯SCSI电缆的工业接线端子板,它为PCI-1711与外界通讯提供方便，而且利于屏蔽现场的干扰。采用固态继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的转速的调整。继电器是一种采用固体组件组装而成的无触点开关控制，其输入端利用光电耦合器进行隔离，只要很小的电流就可控制其工作。由于输出部分内部无可动部件，所以具有工作可靠、开关速度快、工作频率高、寿命长、无电磁干扰等特点。
2.3 系统软件设计
本远程监控系统由运行在控制现场的接收端计算机主监控系统和运行在网络上的某一发送端监控系统组成。科研人员和工程技术人员即使不在控制现场,也可以通过网络随时了解现场的控制系统运行情况和系统参数的实时变化, 并可根据具体情况通过网络在发送端计算机上对控制远程现场接收端计算机控制系统发出命令, 根据远程的摄像头所拍摄的图像及时调整现场控制系统运行状况, 从而达到远程控制的目的。这在计算控制的应用领域具有重要地位和现实意义。
发送端使用LabVIEW前面板开发人机界面，操作界面的四个按钮控制分别输出四路开关量。通过Datesocket技术发送四个开关量信号到远程现场，前面板界面如图2所示。
图2 发送端前面板界面
按钮动作方式设置采用松开前处于锁定状态，即用鼠标按住UP钮，UP开关量信号就传送到现场接收端，然后接受端PC机通过采集卡端口发出命令，云台就一直往上转，直到鼠标松开并且程序读取这个值一次。界面中设有采集卡输出端口，用虚拟仪器设计的界面简洁且美观。
接收端负责接受命令并执行动作，其后面板的程序如图3所示
图3 接受端后面板程序图
实际的数据处理中都是在后面板框图程序中完成的。在这个框图中采用了两种结构：1：while循环结构：整个程序在循环体中反复执行一段代码，直到某个条件发生而终止。2：case选择结构：包含有多个子框图，每个子框图的一段程序代码对应一个case选项，程序运行的时候选择其中的一段执行。本例中通过远程按键接收来的信号切换true/false状态。
除了采集卡的LabVIEW驱动所带的子模块外，本程序还采用ActiveDAQ，它是研华提供32位Activex控制，能为大量的研华的数据采集卡和控制硬件控制模拟，数字，计数输入输出。研华的ActiveDAQ使得数据采集更加方便，高性能和灵活。
考虑到只是输出开关量信号，采用了ActiveDAQ的DO模块中的Write to Digital Line，数字线是数据采集卡单独连接数字信号的物理端子，一个数字线的二进制是0或1。读入数字线的状态，对应的数字端口就有相应状态。
3 数据的远程传输与监控技术
Datasocket是NI公司基于Microsoft的COM和Activex技术开发的、专门面向测试与网络的、实时高速数据交换技术，用在自动化测控领域中应用之间或网络中不同之间共享和发布动态数据。
Datasocket现场控制站接收远端监控站发送来的各种控制命令，执行相应的操作，并将必要信息如各转动轴运动状态、现场报警信号等反馈到远端，使操作者能在远端监控站上监控现场工作。故障情况下（比如通讯突然中断），所有控制任务也可由操作者在现场控制站上使用单机操作模式完成，即现场控制站脱离上位机而独立地实现各项控制功能，此时所有操作步骤将由操作者在现场一体化控制站的键盘上输入，这种应急措施的采用可在一定程度上提高系统可靠性，使得严格的工作进度得以保证。图3中已经运用了Datesocket模块。
4 结束语
该系统通过测试，能较好的实现远程对现场云台的控制，完全实现了设计远程监控所达到的要求。由于采用了在系统编程和虚拟仪器两项技术, 使得该系统具有较好的稳定性和数据处理能力, 通常根据被测对象的不同设计相应的前置电路或驱动电路，功能扩展灵活，如继电器驱动、固态继电器驱动电路等，就可以应用于现代工业的控制设备中。但是由于网络的延时性，信号不能实时到达现场。
本文的创新点：采用虚拟仪器的数据采集技术为科研人员节省大量的精力，灵活，随心所欲设计自己所需的仪器。LabVIEW的datasocket技术为远程测控提供了便利的实现方法，这样科研人员可以不受时空的限制有效的控制远程的现场。此外，LabVIEW的Web服务器可以在网络上发布LabVIEW程序前面板的图像或HTML文件，实现了网页方面的快速浏览，安全、快捷地进行程序的远程控制。
参考文献：
[1]雷振山. LabVIEW 7 Express实用技术教程[M].北京：中国铁道出版社，2004.
[2]李伯全. 远程测控数据传输中的DataSocket 技术应用[J].江苏大学报（自然科学版），2004 ,25（4）:286- 288.
[3]陈泽峰. 基于LabVIEW数据采集系统的快速开发[J].现代电子技术，2004，（16）：23—25.
[4]董湘. 基于LabVIEW的远程测控方法研究[J].自动化仪表，2006，27（1）：6-13.
[5]兰波. LabVIEW 在虚拟仪器远程数据采集系统中的应用[J].中国测试技术，2006，（6）:112-134.
[6]潘华，夏红梅，李安，胡柏青. LabVIEW数据流控制方法研究[J].微计算机信息，2006，10
[7]National Instruments Corporation, LabVIEW User Manual, January 2004.
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