基于LabVIEW远程监控系统设计.docx

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基于LabVIEW远程监控系统设计

摘要

随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术应运而生，它与传统仪器相比，功能更强、处理速度更快、用途更广而且操作更简单、体积小，可扩允性更好。

虚拟仪器可以允分利用计算机的运算、存储和显示功能因而在降低仪器成本的同时，使仪器灵活性和数据处理能力大大提高。

本文采用虚拟仪器的思想，结合计算机的结构特点，提出了一种以计算机为平台，基于LabVIEW的水压远程监控系统，介绍利用TCP/IP协议进行数据远程监测和控制。

利用LOCD技术和TCP/IP协议组以及LabVIEW中的网络传输模块，提出了一种更廉价的监控系统设计方案，具有通用性强，实用价值高以及性能稳定等特点。

在LabVIEW环境中实现了对测试系统的远程监测和控制。

可以推广到简单光电系统，实验水压测试系统，以及一些化工类的测试系统当中，应用前景广阔。

关键词：

LabVIEW、TCP/IP、LOCD、数据采集、While循环、For循环。

Abstract

Alongwiththeintegratedcircuitandthecomputertechnologyswiftandviolentdevelopment,thehypothesizedinstrumenttechnologyarisesatthehistoricmoment,itcompareswiththetraditionalinstrument,thefunctionisstronger,theprocessingspeedisquicker,theuseisbroadermoreoveroperates,thevolumesimplyissmall,mayexpandpermitsthenaturetobebetter.maytheveryconvenientgrouporganizetestsystem,bettersatisfymanykindsofsurveystherequest.Inthiscase,thehypothesizedinstrumentcomposesthesupervisorysystemhasalsosubstitutedfortheprimaryelectronmeteringequipmentandthecompositionsupervisorysystem.

Thisarticleusesthehypothesizedinstrumentthethought,unifiesthecomputertheuniquefeature,proposedonekindtakethecomputerasaplatform,basedontheLabVIEWhydraulicpressurelong-distancesupervisorysystem,introducedcarriesonthedatalong-distancemonitorandthecontrolusingtheTCP/IPagreement.UsingintheLOCDtechnologyandtheTCP/IPagreementgroupaswellastheLabVIEWnetworktransmissionmodule,proposedonekindofmoreinexpensivesupervisorysystemdesignproposal,hasversatile,practicalvaluehighaswellasperformancestableandsooncharacteristics.RealizedintheLabVIEWenvironmenttohastestedthesystemthelong-distancemonitorandthecontrol.Maypromotetothesimplephotoelectronsystem,thelaboratorywaterconservationtestsystem,aswellassomechemicalindustryclasstestsystem,theapplicationprospectisbroad.

Keyword:

LabVIEW,TCP/IP,LOCD,dataacquisition,Whilecirculation、Forcirculation..

引言

在现代仪器系统中，计算机已经与仪器结合得非常紧密，已统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。

粗略地说这种结合有两种方式：

一种是将计算机装入仪器；另一种方式是将仪器装入计算机，即以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

虚拟仪器主要是指这种方式，其实质就是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。

美国NI公司的LabVIEW就是目前在这一领域内使用较为广泛的计算机语言。

LabVIEW是美国NI公司具有革命性的图形化语编程语言和虚拟仪器开发环境，它被广泛地被用于工业界、学术界和研究实验室所接受，衩公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。

LabVIEW不公提供了与遵从GPIB、VXI、RS—232和RS—485协议的硬件及数据采集通行的全部功能，还内置了支持TCP/IP，ActiveX等软件标准的库函数，而且其图形化的编程界面使编程过程变的有趣生动。

LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便的建立自已的虚拟仪器。

以LabVIEW为代表的图形化程序语言，又称为G语言。

使用这种语言编程时基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。

LabVIEW尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终用户的开发工具，可以增强工程人员构建自已的科学和工程系统的能力，可为实现仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。

中文摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

英文摘要………………………………………………………………………………………Ⅱ

引言……………………………………………………………………………………………Ⅲ

第一章绪论……………………………………………………………………………………１

1.1基于labVIEW计算机远程监控系统的发展动态………………………………………………1

1.２设计性质与任务……………………………………………………………………………1

1.３本设计的主要内容…………………………………………………………………………2

1.４总体方案设计………………………………………………………………………………………2

1.４.1几种不同的监控系统方案是　………………………………………………………………2

1.４.2选定自已的方案　…………………………………………………………………………4

第二章TCP/IP模型……………………………………………………………………4

2.1TCP/IP模型各层主要功能…………………………………………………………………5

2.1.1网络接口层………………………………………………………………………………5

2.1.2网络互联层………………………………………………………………………………5

2.1.3传输层……………………………………………………………………………………6

2.1.4应用层……………………………………………………………………………………6

2.2TCP/IP核心协议………………………………………………………………………………7

2.2.1IP协议……………………………………………………………………………………7

2.2.2IP协议的主要功能………………………………………………………………………7

2.2.3TCP协议…………………………………………………………………………………8

2.2.4TCP协议的主要功能……………………………………………………………………8

2.3LabVIEW中的网络通信功能……………………………………………………………………9

2.3.1TCP通信…………………………………………………………………………………9

第三章程序结构………………………………………………………………………11

3.1循环结构…………………………………………………………………………………………11

3.1.1W hile循环……………………………………………………………………………11

3.1.2For循环………………………………………………………………………………12

3.2分支结构…………………………………………………………………………………………15

3.3顺序结构…………………………………………………………………………………16

3.3.1平铺顺序结构……………………………………………………………………………16

3.4公式节点……………………………………………………………………………………………17

第四章数据采集…………………………………………………………………………18

4.1数据采集基础……………………………………………………………………………………18

4.1.1数据采集系统的构成……………………………………………………………………18

4.1.2信号调理…………………………………………………………………………………19

4.1.3测量系统的连接方式……………………………………………………………………19

4.2采样定理的应用…………………………………………………………………………………22

4.3模入VI的组织与简介……………………………………………………………………………24

4.3.1传统DAQVI分为类简介…………………………………………………………………24

4.4DAQ波形模入……………………………………………………………………………………25

4.4.1使用易用函数进行波形采集……………………………………………………………25

4.4.2使用中级模入VI进行波形采…………………………………………………………………26

4.6DAQ波形模入……………………………………………………………………………………28

4.6.1DAQ连续模出与周期信号的连续模出…………………………………………………29

4.6.2模拟边沿触发……………………………………………………………………………29

4.7模入、模出的并行安排…………………………………………………………………………30

第五章LabVIEW面向组件的设（LOCD…………………………………………………………32

5.1组件………………………………………………………………………………………………32

5．1．1组件的定义……………………………………………………………………………32

5.2自顶向下的设……………………………………………………………………………………33

5.3自底向下的设计…………………………………………………………………………………33

5.4组件的基本结构…………………………………………………………………………………34

第六章基于LabVIEW的远程监控系统……………………………………………………36

6.1方案的选定……………………………………………………………………………………36

6.2基于LabVIEW的水压测试远程监控系统设计…………………………………………………36

6.2.1程序所采用的LABVIEW模块……………………………………………………………36

6.2.2系统的结构设计………………………………………………………………………37

6.3方案的示意图……………………………………………………………………………………38

6.4服务器程序设计…………………………………………………………………………………39

6.4.1服务器程序的结构分析………………………………………………………………39

6.4.2服务器程序流程分析……………………………………………………………………40

6．5客户机程序设计…………………………………………………………………………………40

6.5.1客户机程序的结构分析…………………………………………………………………42

6.5.2客户机程序流程分析………………………………………………………………43

6．6结果………………………………………………………………………………………43

第七章结束语………………………………………………………………………………45

附录1压力检测仪表类型……………………………………………………………………46

附录2流量检测仪表类型……………………………………………………………………47

附录3LabVIEW的远程监控系统……………………………………………………………48

词汇表…………………………………………………………………………………………49

参考文献………………………………………………………………………………………50

致谢……………………………………………………………………………………………51

第一章绪论

1.１基于LabVIEW计算机远程监控系统的发展动态

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、实验室远程测控提供了更好的实现平台。

本文介绍在LabVIEW开发平台上结合TCP/IP技术实现远程监控数据采集传输系统。

在LabVIEW平台上建立远程监控系统，虚拟仪器技术和网络通讯技术是构成建远程监控系统的软件技术基础。

数据I/O卡、控制部件和通讯网络等构成必要的硬件基础。

虚拟仪器技术和网络通信技术用于联系和管理这些硬件，使它们相互协调工作，相互通讯，从而实现人机之间的信息互换，以及通过网络的信息交换，并实现远程监控。

用于虚拟仪器模块有4类接口：

串行通讯端口GPUB、VIX总线、插入式数据/图像采集板卡和串行工业网络。

目前有许多适用于各种总线结构，具有各种数据功能的插入式数据采集（DAQ）/图像采采集（IMAQ）板卡可提供使用，在这些硬件的基础上，再加上必要的控制元件构成了测控系统的基本组件，建立满足一般需要的控制系统。

若要实现远程测控，则得用丰富的 Internet网络资源，依照一定的通讯协议就可以迅速的建立远程监控系统。

在计算机网络中，要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。

TCP/IP是目前网络通信中广泛使用的一组协议。

TCP/IP把数据从一个网络或者Internet计算机传输到另外一台计算机实现了单个网络内部以信多个互联网这间的通讯，而各个子网在地理上可能相距很远。

它还提供了错误监测功能，以确保数据的准确传递。

这样，科研人员和工程技术人员即使不在控制现场，也可以通过网络随时了解现场的控制系统运行情况和系统参数的实时变化，并可根据具体情况通过网络在客忘户机计算机上对在控制现场运行于服务器计算机的控制系统发出命令，及时调整现场控制系统运行状况，从而达到远程控制的目的。

这在计算控制的应用领域具有重要地地位和现实意义。

以TCP/IP作为通讯方式的测控系统结构有如下优点：

（1）低投入、高性能的通讯方式；

（2）实现了完全自由的仪器联网的拓扑；（3）彻底实现单一的、开放性的总线标准和互操作性；（4）增加了监控系统稳健性；（5）增强了数据处理能力、实现了管理监测的一体化。

1.２设计性质与任务

随着科学技术的不断发展，现代工业生产中的自动化程度越来越高，同时由于化工

企业多为连续化的大规模生产，整个过程都是在密闭的管道和容器中进行的，一般都具有高温，深冷，易燃，易爆，有毒，腐蚀等特点，只有借助检测仪表，控制仪表来对生产装置和生产过程中的压力，流量，物位，温度以及成份量等变量进行实时检测和控制，才能保证安全，稳定，高效的连续化生产，保证产品的质量。

化工检测仪表就是对化工生产过程中出现的各种参数进行检测的“自动化工具”，是化工生产的“耳目”。

在生产过程自动化系统中。

检测系统是重要的组成部份。

为了确保生产的安全及正常运行，并且保证产量和质量，就必须要准确，及时地检测出生产过程中的各个参数。

在工业生产过程中必不可少又极其重要的参数为压力，物位，流量和温度四大热工参数。

根据工业生产特点，绝大多数情况对它们的检测是通过间接检测手段来完成的。

因此检测是借助于一定的工具，设备得用数学和物理的方法，通过比较找出检测量的值。

过程检测仪表基本上由三部分组成：

检测环节，信号处理环节和显示环节，由传感器借助于检测元件接受物理形式的信息，按一定的规律将它转换成同种或其它形式的物理信号，再经信号处理，变换成标准或非标准信号，最后传送到显示仪表完成显示和存储。

本次设计是通过LabVIEW软件，编写一个远程控制程序，对水压系统中的流量和压力进行远程的监测和控制。

以及对过程检测的信号处理环节和显示环节，通过程序来最终实现监控的目的。

1.３本设计的主要内容

本次设计主要是介绍利用LabVIEW软件，通过TCP/IP协议组，来编写一计算机远程监控程序，来实现对水压系统中的压力和流量进行远程的数据显示与控制。

在内容安排上突出实用性，力求取材科学，具有代表性，先进性和通用性。

在表达形式上注重实际应用，定性分析；对程序的编辑，和例程的选取上，也注重代表性和易读性。

本次设计共分为七章，第一章主要介绍本次设计的背影，发展动态，以及任务，主要内容和方案的选定等内容。

第二章主要介绍TCP/IP模型，介绍TCP/IP的基础知识，主要功能以及在LabVIEW中的应用，第三章介绍LabVIEW的程序结构，主要介绍LabVIEW中的For循环，While循环，事件节点和公式节点等内容。

第四章介绍LabVIEW中的数据采集，主要介绍数据采集基础模拟输入和模拟输出等内容。

第五章介绍LabVIEW面向组件的设计（LOCD），主要介绍组件的定义，组件的设计，LOCD的实现过程，LOCD的相关技术等内容，第六章介绍基于LabVIEW的计算机远程监控系统，主要介绍LabVIEW计算机远程监控系统在水压测试系统中的应用，主要介绍LabVIEW监控系统对水压测试系统的参数进行控制的方案的选定，以及系统的实现和系统功能的介绍。

第七章为本次设计的结束语。

1.４总体方案

1.４.1几种不同的监控系统方案

一、模糊传感器监控系统

模糊传感器是以数值检测为基础，并能产生和处理与其相关的检测符号信息的装置。

即以经典传感器数据检测为基础，通过运用模糊理论进行模糊推理与知识集成，以自然语言符号的描述形式输出的一种传感器。

其特点如下：

a、以人的丰富知识和经验为基础，使用自然语言方法，它不依赖于系统精确的数学模型，最适合用于无法精确解析建模的非线性复杂系统。

b、设计人机接口，使有经验的操作者通过人机界面把人的经验加入到测控系统中去。

c、可以吸收专家知识和操作者经验，来构成模糊规则交进行合成推理操作，通过自学习使规则不断更新，因此它具有知识性和自学性。

d、当采用不同的知识和经验，对同一个被控对像进行控制时，可以调整不同的隶属度函数和模糊规则库，使它们能达到良好的控制效果。

e、使用模糊理论设计的系统，在对非线性复杂系统或信息不足过程进行控制运算时，所用时间大大减少，提高了系统的时数。

二、多传感器数据融合系统

多传感器数据融合是利用计算机技术对按时间序列和空间序列获得的若干传感器

观测信息，在一定准则下自动分析、综合以完成所需决策和估计任务而进行的信息处理的过程。

也就是将来息多传感器或多源的信息和数据，模仿从类专家的综合信息处理能力进行智能化处理，从而获得更广泛全面、准确可信的结论。

因此，多传感器系统是多传感器融合的硬件基础，多源信息是多传感数据融合的加工对像，协调优化和综合处理是多传感器数据融合系统的核心。

多传感器数据融合系统主要有局部式数据融合和全局式数据融合两种形式。

局部式

也称自备式。

通过收集单个平台上的多传感器数据，形成局部单元的信息显示的一种查对单一的智能检测系统。

全局式也称区域式。

通过组合相关空间和时间上各不相同的多个平台上多个传感器的数据，形成的多参数或参数间交叉影响的一种大型智能系统。

它的特点如下：

a、提高了生存能力。

在有若干传感器不能利用或受干扰或某个目标不完全在检测覆盖范围内时，总会有一种传感受器提供信息。

b、扩展了空间覆盖范围。

通过多个交叠的传感器作用区域和采样周期的变化扩展了空间的覆盖范围，用多传感器的时空协调作用提高了检测概率，某个传感器可以探测其它传感器不能顾及的目标和事件。

c、提高了可信度和探测性能。

一种或多种传感器对同一目标加以确认，对大量数据进行融合，提高了可信度和探测性能。

d、降低了信息的模糊度。

多传感器的联合信息降低了目标的不确定性。

e、提高了检测维数和分辨率。

从多传感器检测结果可以获提比任何单一传感受器更高的分辨率，而且系统更不易受到人为或自然现象的破坏。

以上两种监控系统是基于直接对测试系统进行监测和控制，下面介绍以LabVIEW

组件为基础基于TCP/IP协议的远程监控系统，即对测试系统进行间接的监测和控制。

1.5.2选定监控系统方案

一、方案的选定

在工程项目中，往往需要对一组数据或者多组数据进行采集，并对其进行适当的分析，得出下正确的结论，并对其进行下一步的操作控制。

在化工领域内，很多系统与水压测试系统相似，下面以化工系统为例，介绍本次设计的基本思想：

为了保证对液体的流量、压力进行实时的监控，那么就必须对液体的流动状态进行实时的监测，并通过相关的一些设备，来保证其在规定的值的范围内运行，但是由于化工领域生产过程中，存在着相当大的化学危害物质，不利于人对其进行直接的测量和控制，因此就必须在现场建立一个服务器，对数据进行监测，再通过服务器将数据传送到客户机上，那么客户机就可以对现场进行远程的监测，当监测的数据有异常时，那么客户机可以通过TCP发送一个请求信息，通过服务器控制设备，来对出现的异常错误进行修正，而在这个过程中，只需要要编写一个服务器/客户机程序就可以实现远程的监控，而用这样做在安全性方面有足够的保证，而且更容易实现自动化，这样做大大的提高了工监测的工作效率，从而节省了生产的成本。

本次设计是根据实验室的水压测试系统，水压测试中所需要的水的压力和水的流

量进行数据采集并进行分析，在采集的同时，还应当注意的是采集必须要实时进行，那么数据就是随着时间的变化而不停的改变的，因此对于控制来说就必须要符合实时这一特点。

根据上述的特点，本次设计基于LabVIEW的基础上，编写一个基于压测试系统的远程实时监控系统。

作为本次设计所研究的方向，从而完成本次设计的任务。

第二章TCP/IP模型

因特网是由成千上万个不同类型的工作站、服务器以及路由器、交换机、网关、通信路连接组成的超大型网络。

要实现如庞大网络的运行和管理，其难度可想而知。

不同网络之间、不同类型设备