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利用虚拟仪器设计的网络化温室测控系统

王文娣 唐娟 吕长飞 霍晓静?? 2008年08月20日 ?? 收藏0

  1? 引言

  随着计算机技术的不断提高,现代测控系统正向仪器的自动化、智能化、小型化和网络化方向发展。虚拟仪器(Virtual Instrument简称VI)的出现给现代测控技术带来了一场革命,它利用计算机系统的强大功能结合相应的软件,大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储方面的限制。虚拟仪器技术与网络技术的融合,使虚拟仪器系统更加突破了传统的测量理念,使测量数据得到了真正意义上的共享,使远程测量得以实现。传统的温室测控系统往往在现场操作,对温室监测受到地域的限制,为此我们利用虚拟仪器技术设计了网络化温室测控系统,使远程客户端通过局域网或Internet也能对温室进行监测和控制,从而实现了真正意义上的虚拟仪器。

  2? 网络化虚拟仪器技术

  网络化虚拟仪器也称为虚拟仪器网络化[1],其一般特征是指将虚拟仪器、昂贵的外部设备、被测试点以及数据库等资源纳入网络,实现资源共享,共同完成测试任务。使用网络化虚拟仪器,人们可以在任何地点、任何时间获得测量信息或数据。网络化的虚拟仪器也适合异地或远程监测、数据采集、故障检测、报警等。

  网络化虚拟仪器将传统仪器由单台计算机实现的三大功能:数据采集、数据分析以及图形化显示分开处理,分别使用独立的硬件模块实现传统仪器的三大功能,以网线相连接,测试网络的功能将远远大于系统中各部分的独立功能。根据具体的工程实践需要,可以构成各种样式的网络化虚拟仪器。

  网络化虚拟仪器由以下几部分组成:网络操作系统、虚拟仪器(有网络测试功能)、分散的I/O系统模块、数据采集卡和控制器。目前通用的虚拟仪器平台通常具有很多网络方面的功能,这样使得建立网络虚拟仪器更加容易和方便,而不必去学习复杂的TCP/IP传输协议。随着测试系统越来越庞大,测试节点或PC机的分布广泛,需要分散的I/O系统模块。此类系统模块提供3种类型的元件:I/O模块、接线座、网络模块,为工业检测和控制应用提供了最经济的解决策略。用户可以通过以太网将这些模块集成到已有的虚拟仪器系统中或与RS-232, RS-485等串行设备通信连接。网络测试中的数据采集卡( DAQ)必须带有远端数据设备访问的驱动软件(RDA),这样才能实现在网络上的资源共享。网络测试中所使用的仪器必须是带有网络功能的控制器,即GPIB-ENET。

  3? 系统构成

  3.1系统的硬件配置

  网络化温室测控系统硬件由温度传感器、湿度传感器、光照传感器、数据采集板、集线器、Datasocket服务器和远程计算机等构成。如图1所示。其中温度传感器选用JWSL温度变送器,湿度传感器为JWSL湿度变送器,光照传感器选用北京昆仑海岸传感技术中心生产的ZD-VB照度变送器,数据采集板选择了美国NI公司生产的插入式数据采集板PCI6024E。

系统硬件结构图

  图1? 系统硬件结构图

  本系统用温度传感器、湿度传感器和光照传感器对温室内的实时数据进行采集并传送给PCI6024E数据采集板,并由其将采集的电信号数据转换为计算机可以识别的数字信号,进入预先编制好的实时数据分析处理程序,实现数据的采集、显示、实时传送和分析,同时利用以太网接口,通过通讯和数据发布模块,实现与其他分析系统或网络的互联。

  3.2系统的软件设计

  虚拟仪器的提出和实现带来测控技术的一次革命,人们开始接受这一全新的仪器概念。LabVIEW作为适时推出的一个优秀测控软件开发平台和虚拟仪器构建环境,得到了广泛的推广和应用。

  LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台)是由美国国家仪器公司(National Instruments,简称NI)研制的基于图形化编程语言G的开发环境。它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的编程语言,提供了一个直觉式的环境,与测量硬件紧密结合,能让用户迅速开发出满足用户需求的各种虚拟仪器系统。使用LabVIEW进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统,可以缩短系统的开发时间,大大地提高了生产效率[2]。因此,本系统的应用软件均是基于LabVIEW平台来开发和实现的。系统的软件结构如图2所示。

  系统的各个软件模块都是在LabVIEW7.1环境下开发的。利用虚拟仪器技术的网络化温室测控系统由以下几个模块组成:(1)参数设置模块;(2)数据采集模块;(3)数据处理模块;(4)远程控制模块;(5)系统帮助模块。各个模块之间是相互独立的。这对于软件的设计和日后升级改进都很有用处,保证了各个模块开发的独立性。参数设置模块负责待测参数、采集通道号、采样间隔、报警和温室内控制设备等参数的设定,数据采集模块负责对温度、湿度和光照信号的收集;数据处理模块负责对被测信号的数字滤波、异常信号剔除和数值转换;远程控制模块负责远程客户端能实现对温室的监测和控制;系统帮助模块给操作者提供系统的功能及如何操作等相关内容。

系统软件模块构成

  图2系统软件模块构成


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虚拟仪器技术? LabVIEW? 温室? 远程测控?

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