基于虚拟仪器的网络测控技术的研究

段立峰

(陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000)

基于虚拟仪器的网络测控技术的研究

段立峰

(陕西工业职业技术学院 陕西 咸阳 712000)

虚拟仪器与网络技术的高度结合开启了测控领域网络化发展方向,二者的结合与应用,改变了传统测控方式,充分发挥了网络技术的优势,实现了大范围内资源的合理配置与高效利用,对于现代测控领域技术变革与推广提供了强力支持。本文在分析虚拟仪器发展趋势的基础上,介绍了网络远程测控技术的实现,并结合实际案例探讨了基于虚拟仪器的远程网络测控技术的实现过程,解决了数据安全问题和不一致问题,希望能为测控领域技术研究开发提供参考。

虚拟仪器；网络远程测控；趋势；实现

网络技术在当前社会发展空前,引领者时代技术潮流,虚拟技术也逐渐朝向网络化方向发展,测试技术中远程测试任务越来越多,于是基于虚拟仪器的远程网络测控技术成为了当前重要研究实践课题。虚拟仪器技术与网络技术在测量领域的结合与应用,改变了传统测控方式,分布式测控系统的建设充分发挥了网络技术的优势,实现了大范围内资源的合理配置与高效利用,对于现代测控领域起了积极变革作用［1］。测控方式网络化作为测控领域的必然发展趋势,可更好的实现远程测量与多点测量,充分发挥虚拟仪器测试接口能力和高端数据处理能力,提升了系统拓展性能［2］。下面我们以LabVIEW作为虚拟仪器软件开发平台,探讨下基于虚拟仪器的远程网络测控技术的实现。

1 虚拟仪器发展趋势

虚拟仪器应用中,用户可自行定义虚拟仪器功能与分析方法,根据测控需求进行编程控制相应硬件,自主开发适合自身需求且操作灵活的规程,便于用户开发使用。虚拟仪器可与控制设备、数据次啊及设备等共同联接形成自动控制系统和自动测量系统,与网络轻松链接,完成远程测控。虚拟仪器所具备的储存与打印能力,方便数据库建设,可根据测量结果自动生成测试报告,方便管理与使用,同时其使用成本、价格与维护成本也地予以传统测控仪器,具有良好的应用前景。

与传统测控仪器相比,虚拟仪器相对成本较低,传统仪器的高成本、限定功能等劣势决定了它只能完成特定工作,升级开发则需要专门技术和高成本元件,在更新方面难度与较大。虚拟仪器自诞生以来大量应用了最新的科学技术,通过使用PC机极大限度的拓展了需要你一起性能,融合了多种功能强大的处理器、操作系统等,以这些平台为依托方便用户操作使用,具有低成本、快捷简便、功能强大等诸多优势,也一改传统仪器携带难等问题,方便随身携带,有利于移动测控工作的开展［3］。

当前虚拟仪器技术与网络技术几级联合,以PC为平台的虚拟仪器互联能力达到进一步提升,灵活方便,支持多种总线标准,极大的拓展了其应用范围与领域,目前其在PXI领域的快速发展就是依托于计算机总线标准的升级应用。依托于网络技术和新技术升级,当前虚拟仪器的发展呈现出编程平台图像化、软硬件模块化、总线程序标准化等趋势,伴随着网络技术的升级和计算机技术的升级,无论是测控系统建设还是应用都得到了进一步发展,并在实际使用中获得了巨大成功,发展前景良好。

2 网络远程测控技术的实现

根据目前网络测控技术的应用情况来看,其系统组成构成各自不一,应用模式、应用优势与缺点也有所差别。根据应用程序构成不同,当前所应用的网络监控技术及远程测试系统主要包括Client/Server（简称C/S模型）与Browser/Server（简称B/S模型）。C/S模型的应用优势在于数据传统效率高、传输量大、数据完整可靠、兼容性强等,B/S模型的应用优势在于可提供基本网站功能,客户在操作中可获得历史数据和实时作业信息,方便后续测控［4］。网络测控技术队数据要求相对较低,这主要是由于缺乏实时虚拟仪器设备进行数据采集,因此利用虚拟仪器可更好的控制数据采集时间,按照每秒、每分、每10分钟等频率进行数据采集,监控同时应用封装的TCP/IP编程可方便工程师更好、更快的创建虚拟仪器测试系统,无需对底层编程技术进行了解即可进行操作。随着当前虚拟仪器技术与网络技术的联合,互联网络的应用使得虚拟仪器设备发送技术不断升级,在仪器中可直接发送有关数据,使得服务器与互联网互相快速达到成为可能,并且随着虚拟仪器监控技术的不断发展与升级,可自动完成数据采集、任务分配等,使得远程测控技术的实现与应用变得更为便利,方便了测控领域的技术变革,为更多优势测控的实现提供了可能。

基于虚拟仪器的网络测控技术开度目前多数以LabVIEW作为虚拟仪器软件开发平台,其不仅可以有效联接各种硬件与软件,自身还具备强大的数据处理能力及数据存储、转换功能,具备良好的显示效果。LabVIEW网络通信技术的应用可为用户提供图形化的编程环境,是理想的虚拟仪器系统工具,通过在电脑上创建图形化用户界面,用户可根据自身要求设计符合使用功能需求的系统,依托图形界面可顺利操作仪器程序,完成软硬件控制、数据采集分析等最终得到显示结果［5］。在设计过程中,用户可使用转盘和仪表等代替传统测控仪器的控制面板和图形化标准控制,完成操作过程,这种设计和操作上的相似性大大降低了虚拟仪器应用学习时间,方便用户使用,只需将各类图标连接在一起创建正确流程图就可以完成虚拟仪器系统开发使命,从而遵循用户设计理念完成测控要求,这种系统涉及模式不仅灵活性强、功能强大,且图形化编程的应用也极大程度上加快了开发速度,满足升级拓展需求。

3 基于虚拟仪器的远程网络测控技术实现

远程测控系统平台的构建由客户端应用软件、硬件平台和服务器等共同组成。本次研究我们假设应用C/S架构完成某远程测控技术的实现,以满足大量、高效率、高安全可靠性、高兼容性数据传输要求。该远程测控系统具体结构见图1。该系统结构中,测控服务器兼顾着数据采集、发布及转存数据库服务器的功能,是测量发布节点,Web服务器为客户提供网站访问功能,实现数据库服务器的历史数据传递和实时作业,客户利用虚拟仪器可建立对服务器端的应用程序及网络通信,监控实时作业和历史数据情况,及时接受来自作业端数据并进行存储于处理,后续完成数据的实时显示,与打印机仪器完成数据报表传输和波长打印,完成测控使命。

图1 远程测控系统具体结构Fig.1 Remote monitoring and control system specific structure

应用C/S模式进行远程网络测控技术开发,为了满足实时数据传输要求,要使用功能强大的具有数据实时共享和发布的DataSocket（DS）技术,弥补以往TCP/IP、DDE等技术的缺陷与不足。DS技术作为网络实时数据通信技术,封装了多种编程细节如字节流处理、端口号选择、错误处理、定义协议等,即使在不了解底层网络编程技术的情况下可以完成网络化虚拟仪器测控系统的搭建,LabView开发环境下系统安装后程序菜单中会增加NID条目,利用DS条目可完成数据接收和输出,DS API还提供了一个用户多样编程语言和多种数据类型通讯的单一接口,完成数据输出和接收时不同字节流转化。

在系统设计中,可将DS服务器与数据发布程序放在同一台服务器上作为测控服务器,数据接收程序则位于另一台服务器,从而实现远程测控,本次应用该方案完成了数据的采集、接收和发布任务,保证了数据传输的一致性,保证原始实验数据与客户端数据的同步性与一致性。利用DS技术完成虚拟仪器远程网络测控具有多种优势,通过设定数据项数目、设置用户读写权限、设定客户端连接数目、设置数据项创建权限等可提升系统安全性能［6］。此次设计中DS数据传输端口使用3015,次端口通过IANA注册成为协议专用端口,不仅可有效保证数据实时发布、接收、运行的安全性型,同时数据传输速度快,保证了大量、实时数据传输的可靠性。

考虑到虚拟仪器数据采集和服务器数据接收的不一致性和伪数据现象,可采用数据属性方法将时间等信息作为属性同时数据进行绑定,以此来保证客户端和服务端数据传输中实时数据的一致性,这样所有数据信息传递可同时同步到达接收端,利用接收端数据属性进行提取,避免伪数据现象的产生［7-10］。应用此方法不仅可以有效规避数据丢失现象,即使遭遇丢失也只会是绑定的数据包,并不会对下一次传输造成不良影响,伪数据就不会产生,从而有效规避了数据丢失、匹配错误或无法匹配等问题的产生。本次研究应用C/S模式、LabView开发环境、DS技术完成了基于虚拟仪器的远程网络测控技术开发与应用,对系统设计的总体框架与实现技术进行了分析,结果证实了架构运行的可行性与安全性,解决了数据传输接收中不一致问题和伪数据现象,实现了服务器与客户端的同步,保证了远程测控功能的实现与优化。

4 结束语

综上所述,随着当前虚拟仪器技术与网络技术的高度结合,测控领域技术发展也朝着网络化方向前进,远程网络测控作为技术要点与难点,在系统开发设计中要注重保证数据传递的安全性、有效性与一致性,应用LabView开发平台、DS技术等完成系统功能实现与优化,提升虚拟仪器的远程测控实现能力,为测控领域技术开发应用提供支持。

［1］杨勇.基于虚拟仪器的网络测控技术研究［J］.现代装饰（理论），2011（12）:66-67.YANG Yong.Network measurement technique based on virtual instrument［J］.Modern Decor（Theoretical），2011（12）:66-67.

［2］戴栋，杨颖.基于虚拟仪器的网络测控技术研究［J］.科技风，2011（22）:21-22.DAIDong，YANG Ying.Network measurementtechnique based on virtual instrument［J］.Wind Technology，2011（22）: 21-22.

［3］盖登宇，李洪宇.基于虚拟仪器的焊接电信号测控系统研究进展［J］.电子测量技术，2013（7）:74-77.GAI Deng-yu,LI Hong-yu.Advances in virtual instrumentation and control system based on electrical welding［J］.Electronic Measurement Technology，2013（7）:74-77.

［4］张杰.基于虚拟仪器的网络频率特性测试仪［J］.仪表技术与传感器，2013（5）:29-30.ZHANG Jie.Based on virtual instrument network frequency characteristics tester［J］.Instrument Technique and Sensor，2013（5）:29-30.

［5］全晓莉，周南权，余永辉.基于虚拟仪器技术的网络实验系统的研究［J］.计算机工程与设计，2011（9）:3227-3230.QUAN Xiao-li，ZHOU Nan-quan，YU Yong-hui.Virtual instrument technology network system based on experiments［J］.Computer Engineering and Design，2011（9）:3227-3230.

［6］冯国庆.基于虚拟仪器的远程测控技术研究［J］.机电信息，2012（12）:114-115.FENG Guo-qing.Remote control technology based on virtual instrument［J］.Electromechanical Information，2012（12）:114-115.

［7］吕欣，吴娟，王纪森.基于虚拟仪器的某液压装置测控系统的设计与研究［J］.计算机测量与控制，2013（5）:1230-1232，1245.LV Xin，WU Juan，WANG Ji-sen.Design and research of a hydraulic device and control system of the virtual instrument［J］.Computer Measurement&Control，2013（5）:1230-1232，1245.

［8］蒋玉强，王禹桥，孟凡喜.基于虚拟仪器技术的模块化测控技术实验系统研制［J］.实验技术与管理，2010（2）:70-73.JIANG Yu-qiang，WANG Yu-qiao，MENG Fan-xi.Developed based on virtualinstrumenttechnology and modular measurement and control technology experimental system［J］.Experimental Technology and Management，2010（2）:70-73.

［9］梁建锋，李建芳，李长元，等.基于虚拟仪器的过电压在线监测系统的设计与开发［J］.陕西电力,2015(5):157-158.LIANG Jianfeng，LI Jianfang，LI Changyuan，et al.Design and Development of Overvoltage On-line Monitoring System Based on Virtual Instrument ［J］.Shaanxi Electric Power, 2015(5):157-158.

［10］章霄微，赵云龙，贾征，等.基于虚拟仪器技术的输电线路微型物理仿真系统的设计［J］.陕西电力,2013(4):5-7，69.ZHANG Xiao-wei，ZHAO Yun-longJIA Zheng，et al.Design of transmission lines physical simulation system based on virtual instrument［J］.Shaanxi Electric Power,2013(4):5-7，69.

Based on virtual instrument network measurement technology

DUAN Li-feng
（Shaanxi Polytechnic Institute,Xianyang 712000,China）

Virtual instrument technology combined with a high degree of network opens up the field of network development direction and control，combined with the application of the two，has changed the traditional way of monitoring and control，give full play to the advantages of network technology to achieve a rational allocation of resources and a wide range of efficient use for monitoring and control in the field of modern technological change provides strong support and promotion.Based on the analysis on the development trend of virtual instrument，introduced network remote control technology，combined with practical examples discussed implementation of remote network monitoring and control technology based on virtual instrument to solve data security issues and inconsistencies，hoping to research in the field of technology development and control reference.

virtual instrument；network remote monitoring and control；trends；realization

TN99

：A

：1674-6236（2015）18-0170-03

2014-09-26稿件编号：201409246

段立峰 （1984—）,女,陕西咸阳人,讲师。研究方向:计算机。