1  引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高,，現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)正向儀器的自動(dòng)化、智能化,、小型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,。虛擬儀器(Virtual Instrument簡(jiǎn)稱VI)的出現(xiàn)給現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)帶來(lái)了一場(chǎng)革命，它利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能結(jié)合相應(yīng)的軟件,，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理,、顯示、傳送,、存儲(chǔ)方面的限制。虛擬儀器技術(shù)" title="虛擬儀器技術(shù)">虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合,，使虛擬儀器系統(tǒng)更加突破了傳統(tǒng)的測(cè)量理念,，使測(cè)量數(shù)據(jù)得到了真正意義上的共享，使遠(yuǎn)程測(cè)量得以實(shí)現(xiàn),。傳統(tǒng)的溫室" title="溫室">溫室測(cè)控系統(tǒng)往往在現(xiàn)場(chǎng)操作,，對(duì)溫室監(jiān)測(cè)受到地域的限制，為此我們利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)，使遠(yuǎn)程客戶端通過(guò)局域網(wǎng)或Internet也能對(duì)溫室進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的虛擬儀器,。

　　2  網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)

　　網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器也稱為虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化[1]，其一般特征是指將虛擬儀器,、昂貴的外部設(shè)備,、被測(cè)試點(diǎn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等資源納入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享,，共同完成測(cè)試任務(wù),。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，人們可以在任何地點(diǎn),、任何時(shí)間獲得測(cè)量信息或數(shù)據(jù),。網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器也適合異地或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集,、故障檢測(cè),、報(bào)警等。

　　網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將傳統(tǒng)儀器由單臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的三大功能：數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)分析以及圖形化顯示分開(kāi)處理,，分別使用獨(dú)立的硬件模塊實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的三大功能，以網(wǎng)線相連接,，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的功能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)中各部分的獨(dú)立功能,。根據(jù)具體的工程實(shí)踐需要，可以構(gòu)成各種樣式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器,。

　　網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器由以下幾部分組成：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),、虛擬儀器(有網(wǎng)絡(luò)測(cè)試功能)、分散的I/O系統(tǒng)模塊,、數(shù)據(jù)采集卡和控制器,。目前通用的虛擬儀器平臺(tái)通常具有很多網(wǎng)絡(luò)方面的功能，這樣使得建立網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器更加容易和方便,，而不必去學(xué)習(xí)復(fù)雜的TCP/IP傳輸協(xié)議,。隨著測(cè)試系統(tǒng)越來(lái)越龐大，測(cè)試節(jié)點(diǎn)或PC機(jī)的分布廣泛,，需要分散的I/O系統(tǒng)模塊,。此類系統(tǒng)模塊提供3種類型的元件：I/O模塊、接線座,、網(wǎng)絡(luò)模塊,，為工業(yè)檢測(cè)和控制應(yīng)用提供了最經(jīng)濟(jì)的解決策略。用戶可以通過(guò)以太網(wǎng)將這些模塊集成到已有的虛擬儀器系統(tǒng)中或與RS-232, RS-485等串行設(shè)備通信連接,。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中的數(shù)據(jù)采集卡( DAQ)必須帶有遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)設(shè)備訪問(wèn)的驅(qū)動(dòng)軟件(RDA),，這樣才能實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的資源共享,。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中所使用的儀器必須是帶有網(wǎng)絡(luò)功能的控制器，即GPIB-ENET,。

　　3  系統(tǒng)構(gòu)成

　　3.1系統(tǒng)的硬件配置

　　網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)硬件由溫度傳感器,、濕度傳感器、光照傳感器,、數(shù)據(jù)采集板,、集線器、Datasocket服務(wù)器和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)等構(gòu)成,。如圖1所示,。其中溫度傳感器選用JWSL溫度變送器，濕度傳感器為JWSL濕度變送器,，光照傳感器選用北京昆侖海岸傳感技術(shù)中心生產(chǎn)的ZD-VB照度變送器,，數(shù)據(jù)采集板選擇了美國(guó)NI公司生產(chǎn)的插入式數(shù)據(jù)采集板PCI6024E。

　　圖1  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　本系統(tǒng)用溫度傳感器,、濕度傳感器和光照傳感器對(duì)溫室內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳送給PCI6024E數(shù)據(jù)采集板,，并由其將采集的電信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入預(yù)先編制好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理程序,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集,、顯示、實(shí)時(shí)傳送和分析,，同時(shí)利用以太網(wǎng)接口,，通過(guò)通訊和數(shù)據(jù)發(fā)布模塊，實(shí)現(xiàn)與其他分析系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),。

　　3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　虛擬儀器的提出和實(shí)現(xiàn)帶來(lái)測(cè)控技術(shù)的一次革命,，人們開(kāi)始接受這一全新的儀器概念。LabVIEW" title="LabVIEW">LabVIEW作為適時(shí)推出的一個(gè)優(yōu)秀測(cè)控軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)和虛擬儀器構(gòu)建環(huán)境,，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用,。

　　LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))是由美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments,，簡(jiǎn)稱NI)研制的基于圖形化編程語(yǔ)言G的開(kāi)發(fā)環(huán)境,。它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開(kāi)發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的編程語(yǔ)言，提供了一個(gè)直覺(jué)式的環(huán)境,，與測(cè)量硬件緊密結(jié)合,，能讓用戶迅速開(kāi)發(fā)出滿足用戶需求的各種虛擬儀器系統(tǒng)。使用LabVIEW進(jìn)行原理研究,、設(shè)計(jì),、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)，可以縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間,，大大地提高了生產(chǎn)效率[2],。因此，本系統(tǒng)的應(yīng)用軟件均是基于LabVIEW平臺(tái)來(lái)開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)的,。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

　　系統(tǒng)的各個(gè)軟件模塊都是在LabVIEW7.1環(huán)境下開(kāi)發(fā)的。利用虛擬儀器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)由以下幾個(gè)模塊組成：(1)參數(shù)設(shè)置模塊,；(2)數(shù)據(jù)采集模塊,；(3)數(shù)據(jù)處理模塊；(4)遠(yuǎn)程控制模塊,；(5)系統(tǒng)幫助模塊,。各個(gè)模塊之間是相互獨(dú)立的。這對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)和日后升級(jí)改進(jìn)都很有用處,，保證了各個(gè)模塊開(kāi)發(fā)的獨(dú)立性,。參數(shù)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)待測(cè)參數(shù)、采集通道號(hào),、采樣間隔,、報(bào)警和溫室內(nèi)控制設(shè)備等參數(shù)的設(shè)定，數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)溫度,、濕度和光照信號(hào)的收集,；數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)被測(cè)信號(hào)的數(shù)字濾波、異常信號(hào)剔除和數(shù)值轉(zhuǎn)換,；遠(yuǎn)程控制模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程客戶端能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的監(jiān)測(cè)和控制,；系統(tǒng)幫助模塊給操作者提供系統(tǒng)的功能及如何操作等相關(guān)內(nèi)容。

　　圖2系統(tǒng)軟件模塊構(gòu)成

　　3.3 網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控

　　LabVIEW強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能使得用戶可以很容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控" title="遠(yuǎn)程測(cè)控">遠(yuǎn)程測(cè)控,，本系統(tǒng)選用DataSocket技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控,。DataSocket就是NI提供的一種編程工具，借助它可以在不同的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間傳遞數(shù)據(jù),。DataSocket可以訪問(wèn)本地文件以及HTTP和FTP服務(wù)器上的數(shù)據(jù),，DataSocket為低層通訊協(xié)議提供了一致的API(應(yīng)用編程接口)，編程者無(wú)需為不同的數(shù)據(jù)格式和通訊協(xié)議編寫具體的程序代碼,，而且這些數(shù)據(jù)源可以分布在不同的計(jì)算機(jī)上,。

　　DataSocket使用一種增強(qiáng)數(shù)據(jù)類型來(lái)交換儀器類型的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)特性(如采樣率,、操作者姓名,、時(shí)間及采樣精度等)和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。DataSocket用類似于Web中的統(tǒng)一資源定位器(URL)定位數(shù)據(jù)源,，URL不同的前綴表示了不同的數(shù)據(jù)類型,，file表示本地文件，http為超文本傳輸資源,，ftp為文件傳輸協(xié)議,，OPC (OLE for Process Control)表示訪問(wèn)的資源是OPC服務(wù)器,，dstp(DataSocket Transfer Protocol)則說(shuō)明數(shù)據(jù)來(lái)自DataSocket服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[3,4]。

　　利用DataSocket技術(shù)分別編寫服務(wù)器端與客戶端軟件,，具體步驟如下：先將服務(wù)器前面板的各控件的DataSocket連接屬性進(jìn)行設(shè)置,，編好服務(wù)器程序；然后將將服務(wù)器端前面板的所有控件復(fù)制到一個(gè)新的VI中,，即客戶端前面板與服務(wù)器端前面板完全相同,；由于DataSocket只能傳遞控件的數(shù)據(jù)(控件對(duì)應(yīng)變量的值)，而不能傳遞控件的屬性,，因此客戶端根據(jù)控件值的變化而引起的控件屬性的變化的特點(diǎn)來(lái)編好客戶端程序,。這樣就可以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的前面板運(yùn)行變化完全相同，即客戶端不僅可以顯示出服務(wù)器端前面板顯示的溫室的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控件狀態(tài),，而且可以控制服務(wù)器端面板上的控件動(dòng)作,，從而達(dá)到對(duì)溫室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控的目的。

　　4  結(jié)束語(yǔ)

　　將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入測(cè)控領(lǐng)域,，不僅是虛擬儀器發(fā)展的必然,，也是很多測(cè)控任務(wù)的要求。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器,，人們不僅可以共享測(cè)量數(shù)據(jù),，而且可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)，從而可以在更大范圍內(nèi)提高人們的測(cè)控效率,。實(shí)踐證明,，LabVIEW7.1開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化溫室遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)利用虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)有的軟,、硬件資源和網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的各種好處充分利用起來(lái),，實(shí)現(xiàn)各種資源最有效、最合理的配置,，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)化的需要,，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器,，組建基于DataSocket技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　參考文獻(xiàn)：

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