摘 要：論文針對遠程虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)通信、工作原理等特點對其實現(xiàn)方案做出了對比和分析，并使用Datasocket和FieldPoint等技術(shù)實現(xiàn)了對工程機械的遠程控制，實現(xiàn)了現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)與工程機械控制的結(jié)合，使工程機械的運作在一定程度上不再受惡劣環(huán)境的限制。 關(guān)鍵詞：工程機械 遠程 虛擬儀器 引言 　　目前，測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合正引起測試儀器領(lǐng)域里的一場新的革命，一種全新的儀器——虛擬儀器應(yīng)運而生。虛擬儀器，是虛擬技術(shù)的一個重要組成部分，它是現(xiàn)代計算機軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項革命性技術(shù)，其導致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念、和設(shè)計觀點都發(fā)生了巨大變革。而把它應(yīng)用到傳統(tǒng)工程機械的控制中，就打破了傳統(tǒng)工程機械的基于現(xiàn)場系統(tǒng)控制的相對封閉，故障診斷與維修等等都會受到人力、技術(shù)和地域的限制的局面，同時對于危險作業(yè)、一些極端惡劣環(huán)境下的作業(yè)都提供了解決的方案或途徑。因此可以說，通過將虛擬儀器技術(shù)和與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于現(xiàn)代工程控制中，建立一種開放式的農(nóng)機控制系統(tǒng)已經(jīng)是勢在必然。 1 關(guān)于遠程虛擬儀器 　　隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展，在科研、工業(yè)和醫(yī)學領(lǐng)域，隨著低成本高性能的計算機資源的有效利用，數(shù)字化平臺逐漸成為測量儀器的基礎(chǔ)。儀器技術(shù)和計算機技術(shù)的深層次的結(jié)合創(chuàng)造了虛擬儀器的概念，將計算機（處理器、存儲器、顯示器等）和通用儀器硬件（A/D、D/A變換器、數(shù)字輸入/輸出、定時和信號處理器等）與用于數(shù)據(jù)分析、過程通訊及用戶圖形界面的軟件有效地結(jié)合起來，就組成了虛擬儀器。儀器的智能化和虛擬化已經(jīng)成為未來各級實驗室以及研究機構(gòu)發(fā)展的方向，“The Soft is Instruments（軟件就是儀器）”正在被廣大科技、教學工作者逐步接受。 　　繼“軟件就是儀器”的概念之后，出現(xiàn)了“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的新觀念。遠程虛擬儀器就是虛擬儀器在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的擴展。遠程虛擬儀器技術(shù)結(jié)合了虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將虛擬儀器的應(yīng)用范圍拓展到整個Internet/Intranet 網(wǎng)上，使信號采集、傳輸和處理一體化。因此構(gòu)建基于Internet/Intranet上的遠程虛擬儀器系統(tǒng)已經(jīng)成為虛擬儀器應(yīng)用發(fā)展的一個重要的環(huán)節(jié)。 　　無論哪種遠程虛擬儀器系統(tǒng)，都是將硬件儀器（傳感器、調(diào)理放大器、A/D卡）搭載到遠端服務(wù)器上，加上應(yīng)用軟件并和本地的筆記本電腦、臺式 PC 機或工作站等各種計算機通過網(wǎng)絡(luò)相連而構(gòu)成的，實現(xiàn)了用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全數(shù)字化的采集測試分析。Internet/Intranet 為實現(xiàn)遠程虛擬儀器系統(tǒng)提供了一個很好的平臺，利用瀏覽器/服務(wù)器模式，操控者可以在瀏覽器端控制遠程服務(wù)器進行測試以及進行遠程實驗的操作，從而實現(xiàn)對遠地實驗系統(tǒng)的遠程控制和監(jiān)控。 2 基于LabVIEW的遠程虛擬實現(xiàn)方案比較 　　Labview是一個功能完整的軟件開發(fā)環(huán)境，它同時也是一種功能強大的編程語言。Labview針對數(shù)據(jù)采集、儀器控制、信號分析、和數(shù)據(jù)采集等任務(wù)，設(shè)計提供了豐富完善的功能模塊，用戶只需直接調(diào)用，就可以免去自己去編寫程序的繁瑣，而且labview作為開放性的工業(yè)標準，提供了各種接口總線和常用儀器的驅(qū)動程序，是一個通用的軟件開發(fā)平臺?；贚abVIEW，主要有四種用于開發(fā)遠程虛擬儀器的技術(shù)，它們是DataSocket 技術(shù)、基于 ActiveX 技術(shù)、基于 Java Applet 技術(shù)以及基于AppletVIEW的 技術(shù)。 　　基于 DataSocket 技術(shù)的遠程測控方案，優(yōu)點是 DataSocket 定義了一個測控數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，從而利用這種方法可以達到很高的數(shù)據(jù)傳輸效率，實時性能相當好。缺點是它只能實現(xiàn) C/S 模式而不能實現(xiàn) B/S 模式，需要同時開發(fā)服務(wù)器端程序和客戶端程序，客戶端控制功能太弱，尚有待加強。 　　基于 ActiveX 實現(xiàn)方案，在實現(xiàn)上采用 Delphi 開發(fā)，它的優(yōu)點是開發(fā)效率高，而且一旦程序下載成功，比起同樣功能的 Java 程序具有更高的執(zhí)行速度和效率，占用的系統(tǒng)資源也相對比較少;但是，實驗證明，生成的 ActiveX 控件程序的尺寸比 Java 程序要大許多，客戶端需要花費大量的時間來下載這個程序。 　　基于 Java Applet 技術(shù)的優(yōu)點是可以實現(xiàn) B/S 模式，只需開發(fā)服務(wù)器端程序，開發(fā)效率高，客戶端無須下載插件，程序較小便于下載執(zhí)行;缺點是圖像質(zhì)量差,動態(tài)顯示有跳動感不連續(xù)。 　　基于 AppletVIEW 組件技術(shù)實現(xiàn)的遠程測控方案，可以實現(xiàn) B/S 模式，AppletVIEW 是第三方開發(fā)的遠程測控專用組件，為遠程測控系統(tǒng)提供了可視化開發(fā)環(huán)境，能把 LabVIEW 儀器面板自動生成 Java 儀器面板，所以具有很高的開發(fā)效率。而且，數(shù)據(jù)的傳輸是基于 Socket 的一種傳輸方式，具有較高的數(shù)據(jù)吞吐量，缺點是需要修改本地測控程序，并在本地 VI 程序中調(diào)用AppletVIEW 提供的一些網(wǎng)絡(luò)控件 VI，來與瀏覽器端的 Java 程序通信，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測控。 3 用遠程虛擬儀器實現(xiàn)遙控挖掘 　　用挖掘機挖掘化學或者危險爆炸物以及有毒物品時，從安全角度考慮，應(yīng)該使用遙控挖掘來清除障礙目標或物品，使得化學或有毒物品等對處于遙控位置的設(shè)備操作者的傷害最小化。 　　挖掘機的控制設(shè)計應(yīng)包括6個獨立機件的控制，以及視覺能力、操作參數(shù)、遙控啟動裝置和緊急停車環(huán)節(jié)等。 　　CASE CX-160挖掘機可通過兩個雙軸操縱桿和兩個單軸腳踏板的傳統(tǒng)方式操作，其中每一個軸均由兩級液壓伺服閥驅(qū)動。挖掘機有6個獨立機件：臂、吊桿、鏟斗、轉(zhuǎn)軸、左、右履帶。為了控制這些機件，在駕駛室和挖土機中放置FieldPoint模塊。然后裝載FieldPoint模塊程序，通過操控桿輸入來控制挖掘機動作。FieldPoint分布式I/O系統(tǒng)工作頻率為10Hz，遙控6個獨立機件。電源為12伏特到24伏特，電流最大量為45安培。獨立的緊急停車電路用來實現(xiàn)安全要求。 [align=center] 圖1、基于無線I/O的分布式遙控挖掘機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　為了確保穩(wěn)定性和整體的安全性，必須實時遙控自動挖掘機。采用FieldPoint模塊與LabVIEW實時軟件相結(jié)合。這樣不僅實現(xiàn)了挖掘機的智能控制，同時也提供了挖掘機的自動故障防止。同時選擇電子傳感器和采集系統(tǒng)組成FieldPoint分布式I/O模塊，這些模塊通過FieldPoint網(wǎng)絡(luò)模塊連接在一起。FieldPoint分布式I/O通過使用LavVIEW簡單集成功能極大地方便了構(gòu)建基于客戶的系統(tǒng)。FieldPoint模塊通過以太網(wǎng)和串口數(shù)據(jù)傳送協(xié)議進行通信，而模塊之間傳送的數(shù)據(jù)通過無線串行調(diào)制解調(diào)器進行通信。挖掘機的基本操作需要讀取遙控站控制輸入設(shè)備的模擬電壓，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酵诰驒CFieldPoint模塊中執(zhí)行?；跓o線I/O的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1： 　　而軟件層采用Datasocket技術(shù)與基于B/S結(jié)構(gòu)的遠程面板相結(jié)合的策略。DataSocket 是 LabVIEW 最新提供的一個網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)開發(fā)工具，它大大簡化甚至免除了網(wǎng)絡(luò)通信編程，用戶使用這種技術(shù)可以很容易地在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)高速實時數(shù)據(jù)交換。借助它可以在不同的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間共享數(shù)據(jù)并進行時實數(shù)據(jù)（Live data）的傳輸。圖2描述了 DataSocket 的體系結(jié)構(gòu)。而遠程面板可以在通過在服務(wù)器端安裝Runtime Engine實現(xiàn)遠端的遠程面板的發(fā)布，實現(xiàn)了B/S結(jié)構(gòu)的控制。 [align=center] 圖2、DataSocket的體系結(jié)構(gòu)[/align] 　　DataSocket 可以訪問本地文件以及 HTTP 和 FTP 服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，并為低層通訊協(xié)議提供了統(tǒng)一的 API 函數(shù)，編程人員無需為不同的數(shù)據(jù)格式和通訊協(xié)議編寫具體的通訊程序代碼。DataSocket 使用一種增強型數(shù)據(jù)類型來交換儀器類型的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)特性（如采樣率、操作員、通道數(shù)、時間、及采樣精度）和實際測試數(shù)據(jù)。使用DataSocket可以得到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以獲得很好的實時性能，從而可以滿足大多工程機械的需要。 [align=center] 圖3、遠程VI主面板[/align] 　　在遠程操控站，操作者遙控開關(guān)視覺系統(tǒng)和工作燈的電源。四個控制按鈕為挖掘機攝像機提供了拍攝全景和傾斜調(diào)節(jié)的能力。同時操作者必須監(jiān)控挖掘機的工作參數(shù)：例如：油位，水和油溫的實時警告信息，這些參數(shù)顯示在控制桿旁邊的一體化液晶顯示器上。這些數(shù)據(jù)由位于挖掘機的計算機上的RS-232端口發(fā)送的。挖掘機的狀態(tài)經(jīng)過處理后，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠程遙控站站，然后再執(zhí)行適當?shù)牟僮?。如果發(fā)生嚴重錯誤，車輛控制將終止并顯示警告信息給操作者。如圖3是基于B/S結(jié)構(gòu)發(fā)布的遠程VI面板，操作者可以在任何裝有網(wǎng)頁瀏覽器的電腦上監(jiān)控挖掘機。 4 結(jié)論 　　遠程虛擬儀器是虛擬儀器在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的拓展，除了具備虛擬儀器的全部優(yōu)點外，它的主要優(yōu)勢還在于不受地域、環(huán)境的限制。用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的遠程虛擬儀器系統(tǒng)，可以使信號采集、傳輸和處理一體化，不但可以共享許多昂貴的硬件資源，而且還便于擴展測試系統(tǒng)、提高測試效率，所以應(yīng)用面極為廣泛，是科研、教育、開發(fā)、測量、檢測、計量、測控等領(lǐng)域不可多得的好工具，而本文把它應(yīng)用在工程機械的代表-挖掘機上，對虛擬儀器這一技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展有重要意義，也使現(xiàn)代工程機械實現(xiàn)全面自動化和網(wǎng)絡(luò)化的開展成為可能，使遠程虛擬儀器的發(fā)展走上一個新的高度。 本文作者創(chuàng)新點： 　　1.虛擬儀器技術(shù)在工程機械挖掘機的遠程控制中的應(yīng)用 　　2.FieldPoint和DataSocket技術(shù)實現(xiàn)對工程機械的實時控制 參考文獻： 　　1. 梁惺彥，和衛(wèi)星。LabVIEW實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集與傳輸。微計算機信息[J]，2004.9,44-45 　　2. 程學慶，房曉溪，韓薪莘，張健。LabVIEW圖形化編程與實例應(yīng)用[M]。北京:中國鐵道出版社，2005。1-3 　　3. 鄧焱，王磊。LabVIEW7.1測試技術(shù)與儀器[M]。北京:機械工業(yè)出版社，2005。266-268 　　4. 楊樂平，李海濤，趙勇，楊磊 安雪瀅。LabVIEW高級程序設(shè)計[M]。北京:清華大學出版社，2003。446-451