基于LabVIEW和DataSocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著分布式自動(dòng)測(cè)控技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的研究和應(yīng)用也受到關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)融為一體，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控。

1網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控的最大特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)資源共享，使現(xiàn)有資源得到充分利用，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)、多專家的協(xié)同測(cè)試與診斷。他解決了己有總線在儀器臺(tái)數(shù)上的限制，使一臺(tái)儀器為更多的用戶使用，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的共享，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)控過(guò)程的高度自動(dòng)化、智能化，同時(shí)減少了硬件的設(shè)置，有效降低了測(cè)控系統(tǒng)的成本。另外，網(wǎng)絡(luò)可以不受地域限制，這就決定了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控，使測(cè)試人員不受時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地獲取所需的信息，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)控設(shè)備的遠(yuǎn)距離測(cè)試與診斷，這樣可以提高測(cè)試效率，減少測(cè)試人員的工作量。正是由于網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)，使得網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)倍受關(guān)注。

2網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的迫切需要，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。目前，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)有：DataSocket，Remote Device Access，Symantec pcAnywhere，網(wǎng)絡(luò)化儀器和網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)等。

2.1DataSocket技術(shù)

DataSocket技術(shù)是NI公司提出的實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)，得到的數(shù)據(jù)能在網(wǎng)上發(fā)布。這是一種基于COM技術(shù)對(duì)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行封裝，易于通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。DS技術(shù)對(duì)外提供DS Serve r和DS API。發(fā)布者通過(guò)DS API將測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可在網(wǎng)上傳輸?shù)淖止?jié)流發(fā)給Server，客戶方通過(guò)DS API從Server讀取數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的原始數(shù)據(jù)，這一機(jī)制完全屏蔽了通信細(xì)節(jié)，介質(zhì)對(duì)客戶來(lái)說(shuō)是透明的，編程人員也擺脫了應(yīng)用TCP/IP協(xié)議必須編寫大量代碼的麻煩，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。NI公司的LabWindows/CVI和LabVIEW均完全支持DataSocket技術(shù)。利用LabWindows/CVI和LabVIEW開(kāi)發(fā)軟件對(duì)ActiveX的支持，通過(guò)DataSocket控件支持的DataSocke t傳輸協(xié)議與遠(yuǎn)程用戶進(jìn)行通信，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控。DataSocket工作原理如圖1所示。

必須注意的是DataSocket技術(shù)相當(dāng)于一種網(wǎng)絡(luò)接口，并不是直接面向硬件;他通過(guò)測(cè)控參數(shù)的傳送，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控，但是收發(fā)雙方都必須擁有對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序。

2.2RDA（Remote Device Access）技術(shù)

RDA是一種遠(yuǎn)程硬件共享驅(qū)動(dòng)技術(shù)。采用客戶端、服務(wù)器模式，通過(guò)NI公司的NIDAQ對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行工作。NIDAQ是NI公司為 其數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信硬件產(chǎn)品配備的軟件包。其中包括各種數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序和測(cè)試管理程序（Measurement & Automation Explorer）等軟件，這些驅(qū)動(dòng)程序支持RDA。NI DAQ的遠(yuǎn)程裝置訪問(wèn)能力使用戶可以在本機(jī)上直接使用網(wǎng)絡(luò)上其他計(jì)算機(jī)上的NI數(shù)據(jù)采集卡。因此，只需有一臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝了數(shù)據(jù)采集卡，網(wǎng)內(nèi)的其他計(jì)算機(jī)就可以利用這種方法進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用，大大節(jié)省了硬件資源。同時(shí)在軟件編程方面，RDA與使用本機(jī)數(shù)據(jù)采集卡完全一樣。

在RDA［2］工作方式下，計(jì)算機(jī)分RDA服務(wù)器端和客戶端。任一個(gè)計(jì)算機(jī)可以既是RDA服務(wù)器又是RDA客戶。RDA服務(wù)器要安裝NIDAQ 6.0（或更高版本） 以及DAQ（D ata Acquisition）硬件。而RDA客戶端應(yīng)安裝LabVIEW和NIDAQ 6.0（或更高版本） ，但并不 一定要安裝DAQ硬件?？蛻艉头?wù)器也可以使用于不同的平臺(tái)，例如Windows 98/2000平臺(tái)上。RDA服務(wù)器可以使用本機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡，而RDA客戶也具有相同的權(quán)力去使用服務(wù)器上的數(shù)據(jù)采集卡。值得注意的是，所連接的計(jì)算機(jī)必須使用相同版本的NIDAQ，否則采集卡無(wú)法連上。

RDA技術(shù)通過(guò)控制局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)采集卡，是共享硬件的一種實(shí)現(xiàn)方式。RDA是硬件的一種驅(qū)動(dòng)方式，可直接控制硬件。

2.3Symantec pcAnywhere

Symantec pcAnywhere［3］是Symantec公司開(kāi)發(fā)的一種遠(yuǎn)程控制軟件。利用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可以遠(yuǎn)程連接到被控端計(jì)算機(jī)，并可以像親身使用這臺(tái)計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作。連接到網(wǎng)絡(luò)上的被控端計(jì)算機(jī)可以訪問(wèn)被控端有權(quán)訪問(wèn)的任何文件。遠(yuǎn)程控制比其他遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)方式更快捷有效，尤其當(dāng)使用被控端計(jì)算機(jī)上的軟件時(shí)。在遠(yuǎn)程控制會(huì)話期間運(yùn)行 程序時(shí)，實(shí)際執(zhí)行過(guò)程是在被控端計(jì)算機(jī)上完成的。主控端計(jì)算機(jī)和被控端計(jì)算機(jī)之間只交換輸入和輸出信息（如：鍵盤、鼠標(biāo)以及屏幕信息）。因?yàn)橹恍柙趦膳_(tái)計(jì)算機(jī)之間傳輸最少量的數(shù)據(jù)，所以遠(yuǎn)程控制的性能較高，丟失數(shù)據(jù)的可能性最小。利用Symantec pcAnywher e可以使本地測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控，簡(jiǎn)單、

可靠、易于操作，而且實(shí)時(shí)性較好。使用者只需在網(wǎng)絡(luò)中的所有計(jì)算機(jī)上裝上Symantec pcAnywhere，按要求設(shè)置必要的參數(shù)，就實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控的要求。

Symantec pcAnywhere實(shí)際通過(guò)獲得訪問(wèn)權(quán)限，登陸被控端，操控被控端應(yīng)用程序進(jìn)行集中式的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”測(cè)控。實(shí)際使用中存在的問(wèn)題是窗口刷新速度過(guò)慢，有明顯延遲，受網(wǎng)絡(luò)狀況的影響較大。

2.4網(wǎng)絡(luò)化儀器技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化儀器就是把傳統(tǒng)測(cè)試儀器的測(cè)試功能擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)上;網(wǎng)絡(luò)化儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與儀表技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的一種新型儀器。主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)換器或本身帶有嵌入TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試。常用的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器有GPID一ENET轉(zhuǎn)換器、RS232/ RS485TCP/IP轉(zhuǎn)換器等，網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)換器把儀器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成遵從TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。有些儀器本身帶有以太網(wǎng)口，而且內(nèi)部嵌入TCP/IP協(xié)議，儀器采集到的數(shù)據(jù)可以直接傳送到網(wǎng)絡(luò)上。圖2所示為網(wǎng)絡(luò)化儀器的一般組成結(jié)構(gòu)示意圖。目前正在使用的主要有總線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)化傳感器、網(wǎng)絡(luò)化示波器。例如波士電子公司的ETHXXX系列轉(zhuǎn)換器，無(wú)需修改系統(tǒng)己有的軟件，只需加上轉(zhuǎn)換器即可把總線儀器接入網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)化傳感器是在智能傳感器基礎(chǔ)上，把TCP/IP協(xié)議嵌入現(xiàn)場(chǎng)智能傳感器的ROM中［4］。利用局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，處在測(cè)控點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)傳感器將測(cè)控參數(shù)信息加以必要的處理后傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上；網(wǎng)絡(luò)化示波器如泰克公司的TDS3000B系列示波器，采用內(nèi)置以太網(wǎng)端口和e*Scope基于Web的儀器控制，集成式以太網(wǎng)端口及擴(kuò)展數(shù)學(xué)運(yùn)算和測(cè)量功能的新型高級(jí)分析模塊，遠(yuǎn)程操作簡(jiǎn)便，功能更加強(qiáng)大。所以網(wǎng)絡(luò)化儀器實(shí)際包括2部分：儀器部分和網(wǎng)絡(luò)接口。

2.5 網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù)

虛擬儀器的概念是NI公司最早提出的、基于可編程儀器的一種綜合的測(cè)試技術(shù)。他是通用計(jì)算機(jī)上添加幾種帶共性的基本儀器硬件模塊，通過(guò)軟件來(lái)組合成各種功能的儀器或系統(tǒng)的儀器設(shè)計(jì)思想。他將計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)控技術(shù)完美結(jié)合，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)用戶自己設(shè)計(jì)、自己定義，滿足不同測(cè)試需要。他通常由計(jì)算機(jī)、儀器硬件模塊和軟件3部分組成。儀器模塊的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)，儀器的軟面板通過(guò)顯示器顯示，如同常規(guī)儀器一樣使用，不過(guò)，虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的，所以他比傳統(tǒng)儀器具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析和處理能力。從某種意義上說(shuō)，計(jì)算機(jī)和軟件就是儀器。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了虛擬儀器向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，因?yàn)樘摂M儀器是基于計(jì)算機(jī)的，所以可以通過(guò)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡把計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)上，這樣再通過(guò)適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)測(cè)控軟件，就可以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的 網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到虛擬儀器領(lǐng)域是虛擬儀器發(fā)展的必然趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的一般特征是將虛擬儀器、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、遠(yuǎn)程測(cè)控，共同完成測(cè)試任務(wù)。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，就可以在任何地點(diǎn)、任意時(shí)刻取得測(cè)試數(shù)據(jù)信息，而且還可用于遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程故障檢測(cè)、報(bào)警等?？梢灶A(yù)見(jiàn)“網(wǎng)絡(luò)即儀器”將成為全新的概念，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將促進(jìn)儀器界又一次新的革命。而且隨著網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器進(jìn)一步融入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，儀器將不再是一個(gè)獨(dú)立的主體，而是信息系統(tǒng)的本體。

3 存在的問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展方向

3.1 存在的問(wèn)題

實(shí)時(shí)性網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)必須使測(cè)量和控制在限定范圍的延時(shí)和可靠傳輸，否則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn) 定甚至造成事故。網(wǎng)絡(luò)測(cè)控的實(shí)時(shí)性要求建立完整有效的通信服務(wù)模型，制定有效的實(shí)時(shí)通信服務(wù)機(jī)制，成為廣大工控生產(chǎn)廠商和用戶接收的應(yīng)用層、用戶層協(xié)議，進(jìn)而形成開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。

操控平臺(tái)無(wú)關(guān)性

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控特性決定了測(cè)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，軟硬件必須互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議化，兼容性強(qiáng)。達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和不依賴特定供應(yīng)商的設(shè)備、計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)。使用具有透明性的開(kāi)發(fā)平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。

安全性

由于網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)，控制指令

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP協(xié)議傳輸，因此可能受到病毒、黑客的非法入侵與非法操作等威脅，需對(duì)系統(tǒng)、軟硬件進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)。

3.2 未來(lái)發(fā)展方向

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展必然導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不斷發(fā)展。各項(xiàng)新技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用大大促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控的進(jìn)程，方便了系統(tǒng)集成，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)將遵循以下幾個(gè)方向的發(fā)展：

測(cè)控儀器網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控必將促使測(cè)控儀器網(wǎng)絡(luò)化，具備網(wǎng)絡(luò)測(cè)控功能，實(shí)時(shí)傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器快速發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到虛擬儀器領(lǐng)域是虛擬儀器發(fā)展的大趨勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器充分利用了虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控。其最終發(fā)展將實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)即儀器”。

儀器信息化隨著網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將逐步取代硬件儀器，最終將傳統(tǒng)儀器的功能融入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儀器成為信息系統(tǒng)的一部分，最終實(shí)現(xiàn)儀器信息化。

測(cè)控軟件更好的支持網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控基于COM和CORBA及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用將把B/S和C/S模型推廣到測(cè)控領(lǐng)域，使網(wǎng)絡(luò)測(cè)試節(jié)點(diǎn)成為服務(wù)的本體，可以響應(yīng)不同客戶的測(cè)控需求。

4 結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、儀表技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控。本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行探討，分析了目前網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的各自特點(diǎn)，并對(duì)其存在的問(wèn)題和未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)。對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

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