LabVIEW設計的遠程控制實(shí)驗系統

摘 要：針對傳統的實(shí)驗室和管理模式已經(jīng)不能適應教學(xué)改革的步伐,構建了一套利用LabVIEW實(shí)現的基于B/S模式的遠程控制實(shí)驗系統。用戶(hù)通過(guò)瀏覽器登錄系統,不僅可以操作遠程實(shí)驗設備并獲取實(shí)驗數據,還能通過(guò)操作遠程網(wǎng)絡(luò )攝像頭來(lái)觀(guān)察真實(shí)的實(shí)驗過(guò)程。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；網(wǎng)絡(luò )通信； B/S(瀏覽器/服務(wù)器)；遠程實(shí)驗室; CAN總線(xiàn)

目前, 傳統教育體系已經(jīng)越來(lái)越不能適應當今科學(xué)技術(shù)和信息飛速發(fā)展的需要。傳統的教育是以教師講授為主，學(xué)生只是被動(dòng)聽(tīng)講，這種方式已經(jīng)不適應培養人才的要求。另外，在實(shí)驗設施不足的情況下，學(xué)生不能直接參與實(shí)驗過(guò)程操作，不能很好地實(shí)現實(shí)驗教學(xué)目標。傳統的教學(xué)方式不利于充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng )造力，也不利于及時(shí)追蹤到最新的科技信息。隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年在教育領(lǐng)域提出了一種新的教學(xué)思路，即構建虛擬實(shí)驗室的方法。而遠程實(shí)驗教學(xué)多數是利用虛擬技術(shù)實(shí)現，在這種虛擬實(shí)驗中,實(shí)驗者操縱的都不是實(shí)驗設備實(shí)物,看到的只是一些利用三維技術(shù)做出來(lái)的動(dòng)畫(huà),所獲得的實(shí)驗結果當然也不是遠程設備的實(shí)際反映而是通過(guò)公式計算得到的數據[1]。針對這一問(wèn)題,建立一個(gè)可以遠程觀(guān)測和控制實(shí)驗設備的網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗系統是一條有效的解決途徑。它使實(shí)驗者通過(guò)網(wǎng)絡(luò )從異地計算機上進(jìn)行實(shí)驗操作和觀(guān)察,所得到的實(shí)驗結果與在實(shí)驗室得到的結果完全一致,如同真實(shí)操作實(shí)驗設備一樣。

1 系統總體結構
遠程控制實(shí)驗系統的框架結構和實(shí)現方法如圖1所示,系統以B/S的形式提供服務(wù),用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端的瀏覽器登錄Web服務(wù)器,Web服務(wù)器請求數據庫進(jìn)行身份認證后即可進(jìn)行相應的實(shí)驗。

從圖1所示的體系結構可以清楚地看到，通過(guò)LabVIEW調用周立功PCIC5110 CAN 卡的DLL（動(dòng)態(tài)鏈接庫）文件來(lái)構建現場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )，并將控制信號通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到CAN485MB智能協(xié)議轉換器，轉換后通過(guò)RS485接口進(jìn)入PLC，驅動(dòng)現場(chǎng)實(shí)驗裝置。
在LabVIEW平臺的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的支持下，不需要了解任何網(wǎng)絡(luò )協(xié)議就能編寫(xiě)復雜的分布式應用程序，將控制界面及實(shí)時(shí)的數據信號和現場(chǎng)視頻發(fā)布給客戶(hù)端。本系統的特點(diǎn)是，通過(guò)對各種網(wǎng)絡(luò )通信方式進(jìn)行實(shí)驗比較，使得遠程客戶(hù)端觀(guān)看的視頻延遲最低，清晰度最佳，實(shí)時(shí)性最好，從而為客戶(hù)端提供了充足的視覺(jué)反饋。

虛擬實(shí)驗系統可采用基于C/S和B/S兩種網(wǎng)絡(luò )模型來(lái)組建[2-3]。C/S模式適合數據傳送量大的情況,而且具有效率高、數據可靠完整、兼容性強等特點(diǎn)。而對于數據傳送量不大、需要遠程模擬仿真的情況可以采用B/S模式,這樣對于客戶(hù)端的需求會(huì )很低,不需在客戶(hù)端上安裝相應的客戶(hù)端軟件,只需要瀏覽器便可登錄服務(wù)器對遠程測試進(jìn)行監控。本實(shí)驗室數據流量相對而言較少，采用的是B/S模式。在實(shí)現方法上主要采用LabVIEW的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器Web Server進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )發(fā)布。在客戶(hù)端使用Remote Panel之前，必須先在服務(wù)端運行LabVIEW，并配置Web Server的文件路徑和網(wǎng)絡(luò )設置、客戶(hù)機訪(fǎng)問(wèn)權限設置、VIs訪(fǎng)問(wèn)權限設置。這些設置不僅起到管理的作用，而且起到安全性的作用。

相應的配置如下：
(1)文件路徑和網(wǎng)絡(luò )設置。在Web Server: Configuration中選中Enable Web Server,啟用Web Server，并設置服務(wù)器所在位置，使其他用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器查看并控制該VI。
(2)客戶(hù)機訪(fǎng)問(wèn)權限設置。在Web Server: Browser Access中設置允許或禁止訪(fǎng)問(wèn)的客戶(hù)機，以及其訪(fǎng)問(wèn)權限，這里允許所有的客戶(hù)機訪(fǎng)問(wèn)、觀(guān)看并控制遠程面板。
(3)VIs訪(fǎng)問(wèn)權限設置。在Web Server: Visible VIs中設置允許客戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的VIs,這里運行客戶(hù)機訪(fǎng)問(wèn)所有的VIs。設置完成后，為了提供網(wǎng)頁(yè)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)，必須在配置服務(wù)器時(shí)利用菜單欄中的Tools―Web Publish Tool進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)發(fā)布。在Web Publish Tool中允許用戶(hù)選擇輸入一個(gè)VI的名稱(chēng)，并自動(dòng)生成一個(gè)HTML文件，將這個(gè)HTML文件保存在Web Server Configuration所指定的根目錄中，這個(gè)根目錄最好與Windows IIS的Internet信息服務(wù)中的默認Web站點(diǎn)的主目錄相一致。若需要發(fā)布的VI中包含了數個(gè)SubVI，則只需要創(chuàng )建一個(gè)發(fā)布最上層VI的網(wǎng)頁(yè)，其他所有的SubVI的前面板的屬性設定為Open During Execution即可。

2 網(wǎng)絡(luò )通信方式比較
遠程實(shí)驗系統可采用基于C/S和B/S兩種網(wǎng)絡(luò )模型來(lái)組建，針對不同的應用場(chǎng)所，LabVIEW提供了多種網(wǎng)絡(luò )通信方式供用戶(hù)靈活選擇。主要包括共享變量，DSTP協(xié)議的DataSocket編程、DSTP協(xié)議的DataSocket編程、Web Server、SMTP Email Vis、TCP編程和UDP編程[4]等。
本文就DSTP協(xié)議的DataSocket編程、Web Server和TCP編程這3個(gè)網(wǎng)絡(luò )編程方法在構建遠程控制實(shí)驗室時(shí)的應用做了具體的研究及比較。

2.1 DSTP協(xié)議的DataSocket編程
DataSocket技術(shù)是一種面向測控領(lǐng)域的通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)交換數據的編程技術(shù)。DataSocket由DataSocket Server與DataSocket APL兩部分組成。DataSocket Server負責提供DSTP協(xié)議(數據傳輸協(xié)議)和管理底層網(wǎng)絡(luò )通信，實(shí)現與用戶(hù)程序之間的數據交換，不需要用戶(hù)編寫(xiě)有關(guān)網(wǎng)絡(luò )通信的底層程序。DataSocket API是用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )數據的接口。DataSocket API訪(fǎng)問(wèn)DSTP對象時(shí)就是通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)DataSocket Server來(lái)實(shí)現現場(chǎng)數據的高速傳輸。圖2中，首先在DataSocket Server Manager中新建一個(gè)類(lèi)型為image的字符串項，驅動(dòng)DataSocket Server后，發(fā)布者(Publisher)通過(guò)DataSocket API向URL位置指定的地址寫(xiě)入數據?？蛻?hù)端編程如圖3所示。DataSocket技術(shù)能應用于任何編程環(huán)境，而且支持多種協(xié)議（DSTP、OPC、LOOKOUT、 HTTP、FTP和文件訪(fǎng)問(wèn)），本文就DSTP協(xié)議做了詳盡的研究。