摘要:通过LabVIEW、数据采集卡PCI26024E和被控对象AEDK2DJ2在局域网内组建了一个网络虚拟仪器测控系统,并重点介绍了虚拟仪器的网络功能,实验证明该网络测控系统的控制效果好.
关键词:网络; 数据采集; 测量与控制;
LabVIEW Design of Measuring and Control System of Virtual Instrument Based on Network
Abstract The measuring and control system of virtual instrument based on network is composed of LabVIEWsoftware platform,DAQ card(PCI26024E) and controlled object(AEDK2DJ2);and the paper discusses the net2work function of virtual instrument in detail;the experiment proves that the measuring and control systembased on network works very well.
Keywords network; data acquisition; measuring and control; LabVIEW
虚拟仪器技术是计算机技术和仪器仪表技术相结合的产物,虚拟仪器以PC计算机为核心,由测量功能软件支持,使用虚拟控制面板模拟传统仪器仪表操作方式,利用丰富的软件实现多种测试功能[1].通过与Internet技术的融合,虚拟仪器系统更突破了传统的测量理念,真正使测量数据的网络发布和远程测量得以应用[2].
1 测量自动化系统的软件组成
用LabVIEW开发的虚拟仪器由3个部分组成:操作前面板,结构化流程图和图标及连接边界定义.操作前面板主要完成人机界面的工作;结构化流程图用来定义整个虚拟仪器的内部功能;图标及连接边界定义用于对完成某一特定功能的虚拟仪器软件包进行封装,从而更便于虚拟仪器软件的模块化相互调用[1].
2 数据采集卡PCI26024E实验
用美国NI公司的数据采集卡PCI26024E,其性能参数为:低价位200 kS/s,12位模拟输入,16路单端/8路差分模拟输入,12位精度,200 kS/s采样率,200kS/s磁盘写入速度,±0.05 V到±10 V输入范围,最多2路12位模拟输出,最多32条数字I/O线,2路24位计数器/定时器,带校准认证书,支持Windows 2000/NT/Me/9x的NI2DAQ驱动软件.
3 测控系统原理及连接图
将数据采集卡PCI26024E插在服务器端PC机的PCI插槽上,数据采集卡PCI26024E与被控对象之间用专用的缆线相连,客户端与服务器端通过局域网或Internet传输数据,如图1所示[3].在具体实现过程中,以AEDK2DJ2作为被控对象,它主要作直流电机、步进电机的开环、闭环控制及信号的采集处理.主要利用其直流电机部分,测控原理是通过栅格盘上的光电管产生电压脉冲信号,通过LabVIEW编程及PCI26024E测得脉冲频率,根据脉冲频率求得单位时间内的脉冲数,其中一个脉冲对应一个栅格,然后计算出栅格盘在单位时间内所转的圈数,从而测得直流电机转速.当D/A转换器输出为0V时,功放将输出+12V,直流电机以最大速度转动;当D/A转换器输出逐步增加时,功放输出逐渐减小.当D/A转换器输出为2.5V时,直流电机(理论上)停转.当D/A转换器输出逐渐增加,功放输出负电压,直流电机开始反向转动(0V对应+12V,电机正转.2.5V对应0V,电机停转.5V对应-12V,电机反转).主要论述虚拟仪器在客户端PC与服务器端PC之间的网络功能,因此服务器端PC对AEDK2DJ2的具体测控程序以及两者之间的信号传输过程在文中将不做说明,服务器端PC、客户端PC的框图程序及前面板分别如所示.
4 测量自动化系统的网络功能
4.1 测控系统的网络环境配置说明
该测控系统是在实验室局域网下实现的,服务器端PC的IP地址是192.168.37.138,客户端PC的IP地址是192.168.37.243,局域网内的平均网速是1MB/s左右.
4.2 TCP编程中有关函数模块功能的说明
TCP是基于连接的协议,提供了可靠地建立连接的方法,还提供了流量控制和拥塞控制的机制.其中TCP Listen用于收听VI,等待指定端口的网络连接,需要说明的是,只有服务器端PC与客户端PC的端口号设置一致,它们之间才可能建立连接.类型铸造函数Type Cast用于参数类型的转换,其默认值是字符串,写数据函数TCP Write按照网络连接标识connection ID out将data in参数连接的数据写入TCP网络连接,该函数在服务器端PC中第二次被调用时将实际数据写入TCP连接.关闭TCP连接函数TCP Close Connection,就可以关闭Connection ID指向的连接.在客户端PC打开TCP连接函数OpenConnection,按照连接的IP地址和端口号建立一个TCP连接,若成功则返回连接标识connection ID,否则返回出错信息.TCP读数据函数TCP Read按照byte to read参数指定的字节数和网络连接标识con2nection ID参数给定的TCP连接接收数据,最后关闭TCP连接函数TCP Close Connection,即关闭con2nection ID指向的连接.
4.3 服务器端PC与客户端PC的相关参数设置
通过使用TCP协议的编程方法将电压信号从客户端PC传送到服务器端PC,再通过数据采集卡PCI26024E以及有关接口与功率放大器驱动直流电机,从而实现对直流电机转速的远程控制.使用同样的编程方法将直流电机的转速信号经过数据采集卡PCI26024E传送到服务器端PC,然后通过虚拟仪器的网络功能传送到客户端PC,从而实现对直流电机转速的远程测量.在系统中,服务器端PC与客户端PC的端口号均设置为2055,客户端PC的电压信号经过2个Type Cast函数与2个写数据函数TCPWrite传送到服务器端PC,图中显示的是电压值从2.3V到3V的跳变过程,同样服务器端PC的转速信号经过2个Type Cast函数与2个写数据函数TCP Write传送到客户端PC.由于客户端PC程序与服务器端PC程序中的String Length函数返回值都是32位整型数,占用4个字节,所以第一次调用TCP Read函数时byte to read参数是4,即读出数据字节数.读取的数据经过Type Cast函数转换为整型数作为第二次调用TCP Read函数时的byte to read参数,读出全部数据,即分别显示出电压与转速信号.
5 结 语
根据服务器端PC与客户端PC的电压与转速显示曲线可以得出,服务器端PC能准确快速地显示由客户端PC传来的电压信号,客户端PC也能准确快速地显示由服务器端PC传来的电压信号.另外与传统仪器测控系统相比,基于网络的虚拟仪器测控系统开发周期短,费用低,而且它在高校虚拟仪器实验室、企业内部局域网中具有广泛的应用价值.
参考文献:
[1] 张易知,肖 啸.虚拟仪器的设计与实现[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
[2] 戴红梅,胡仁杰.Internet上的虚拟仪器[J].自动化与仪器仪表,2001,16(4):41~43.
[3] 何克忠,李 伟.计算机控制系统[M].北京:清华大学出版社,1999.
