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摘要 (1)
关键词 (1)
一、前言 (1)
二、关于LabVIEW (1)
三、TCP /IP 技术及TCP 传输的实现 (2)
四、系统硬件构成 (3)
五、系统软件设计 (4)
六、结论 (5)
参考文献 (5)
基于LabView的远程数据采集与传输系统
(通信与信息系统，徐洁 2010020438)
摘要：针阐述了开放式虚拟仪器平台LabVIEW的特点, 介绍了在LabVIEW平台上结合数据采集卡和TCP/IP 协议进行数据采集和远程传输的设计方法。
在此基础上开发了基于计算机控制的远程数据采集和传输系统。
关键词：嵌入TCP/IP；虚拟仪器；LabVIEW；数据采集；
一、前言
在现代仪器系统中, 计算机与仪器结合得非常紧密, 已成为整个系统的核心, 许多传统仪器正在逐渐被计算机部分、甚至全部取代。
虚拟仪器正在成为当今世界流行的一种仪器构成方案。
虚拟仪器的结构是开放式的, 它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块, 以及与开发测试软件结合起来构成仪器系统, 这种系统具有通用性、灵活性, 便于开发测试应用。
软件部分是虚拟仪器的心脏。
随着计算机网络的发展, 虚拟仪器与Internet 技术的结合为虚拟仪器网络化、工业现场远程测控提供了更好的实现平台。
文中介绍在LabVIEW 开发平台上结合NI 数据采集卡和TCP /IP 技术实现远程数据采集与传输系统。
二、关于LabVIEW
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。
传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。
VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。
LabVIEW 的程序由前面板( Frontpanel) 、流程图(Blockdiagram) 和图标/接线端口( Icon /Connector)三部分组成。
前面板是LabVIEW 程序的图形用户接口, 集成了用户输入和输出显示, 相当于传统仪器的面板; 流程图包含虚拟仪器程序的图形化源代码, 对前面板上的控制对象进行控制; 图标
/接线端口则用于将LabVIEW 程序定义成子程序, 从而实现模块化编程。
在虚拟仪器设计中, 从控制模板中选取所需的控制及显示对象构建仪器的操作面板; 在功能模板中选取适当的功能模块进行必要的连接与设置形成控制流程图, 完成所设计仪器应具有的功能, 程序的模块化与层次化更为直观。
三、TCP /IP 技术及TCP 传输的实现
TCP /IP 协议体系是目前最成功, 使用最频繁的Intranet /Internet 协议, 有着良好的实用性和开放性。
它定义了网络层的网际互连协议IP, 传输层的传输控制协议TCP、用户数据协议UDP 等。
基于TCP /IP 技术可以架构各种Web 服务, 如邮件传输SMTP、文件传输FTP, 以及利用超文本传输协议HTTP 实现动态网页发布和网络浏览。
在数据传输中, TCP /IP 网络通过提供通用网络服务, 使得具体网络技术对用户或应用程序透明,从而将具体通信问题从网络细节中解放出来, 使网络应用更加灵活方便。
协议结构上, TCP /IP 体系利用基于无连接传输的IP 协议, 具体表现为用IP 地址来区分网络中不同的数据站点。
数据传输通过确定各主机的IP 地址及通信的源端口号、目标端口号, 从而实现端口对端口的面向连接的数据通信。
LabVIEW 运用内嵌的TCP /IP 网络通讯协议组通讯, 可以直接调用TCP 模块完成流程图编写, 而无需过多考虑网络的底层实现。
在LabVIEW中可以利用已发布的TCP 模块实现TCP 通信。
设计上可采用服务器/客户端通信模式, VI 程序分成两部分: 处理主机工作在Server 模式, 完成数据接受, 并提供接口用于数据的相关后续处理; 数据点采集站工作于Client 模式, 实现数据传送。
服务器程序中, 利用TCP Create Listen 子程序接收客户端连接请求。
建立TCP 连接后, 利用节点函数TCP Write 把需传输的数据( 振动、时间、应变、位移等) 通过网络发送出去。
为发送不同类型的数据, 程序首先利用Type Cast 节点函数把不同类型的数据都转变为字符类型, 再利用ConcatenateStrings 节点函数把多个字符数据连接成一个字符,然后发送到网络。
客户端程序中, 首先利用节点函数TCP Open onnection 打开一个指定服务器和远程端口的TCP连接。
利用节点函数TCP Read 接收服务器发送来的数据, 用Match Pattern 把接收到的字符数据分为不同类型的数据进行不同的处理和分析。
服务器与客服端通信流程如图1所示。
图1 双机通信流程图 四、系统硬件构成
结合某大桥实际监测项目需求, 设计了基于虚拟仪器技术的远程数据采集与传输系统。
系统主要由NI 公司的数据采集卡、串行接口设备、现场数据采集计算机、传输网络和远程监控计算机组成。
系统硬件组成如图2所示。
图2 系统硬件结构图
现场数据采集与预处理系统由数据采集计算机( 或微控制器) 、A/D 卡、RS232 /RS485 转换模块和采集与预处理软件组成, 数据采集计算机控制整个系统进行自动信息采集, 数字化后经一定距离将采集到的桥梁状态信息近程传输到数据采集计算机中进行预处理, 然后将相关数据远程传输到监控中心的主计算机上, 供管理人员进行查询和后续分析处理。
振动、应变、位移和挠度等信号通过数据采集卡进行A/D 后进入数据采集计算机中进行预处理和波形显示, 温度等随时间变化缓慢的信号采样间隔长, 采样数据少, 采用串口接受数据。
采集的原始数据和经处理后的特征量经光纤传输到远程监控系统中, 经授权还可通过Internet 访问数据。
远程监控计算机选用高性能的服务器。
五、系统软件设计
本测试系统的数据采集和远程数据接收、分析、显示、报警、数据存储、数据管理软件是在LabVIEW7.0 平台上开发的。
数据采集部分程序流程图如图3所示。
图3 数据采集流程图
六、结论
在远程测控中，由于存在数据采集点多级分散，数据的采集和传输通常需要专用的网络，花费较大。
理由现存的Internet/Intranet网络可以有效的提高资源的使用率、削减应用成本，而实现采用面向连接的传输模式，更能保证数据传输的正确性。
利用LabVIEW的内嵌Web Server发布，采用开放性的协议，更方便了解处理结果。
参考文献
[1] 刘君华．基于LabView 的虚拟仪器设计[M]．电子工业出版社，2003．
[2] 何道清．传感器与传感器技术．北京：电子工业出版社,2004.397．
[3] 雷振．LabView7 Express 实用技术教程．北京：中国铁道出版社，2004. 250-251．
[4] 王建群，南金瑞，孙逢春，等．基于LabVIEW 的数据采集系统的实现[J]．计算机工程与应用，2003，39( 21) ，122-125．
[5] 杨乐平．LabVIEW 程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2001．。