摘 要：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同監(jiān)控，將虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，在虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)—LabVIEW7.1上設(shè)計(jì)了一套基于Datasocket的網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)。本文詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的硬件、軟件組成和遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù);LabVIEW;溫室;遠(yuǎn)程測(cè)控 [b][align=center]Designing Network Greenhouse Measurement and Control System with Virtual Instrument Wang Wendi Tang Juan Lv Changfei Huo Xiaojing[/align][/b] Abstract In order to realize the network interoperable monitoring to greenhouse environment，a set of greenhouse remote measurement and control system is designed based on Datasocket in virtual instrument development platform—LabVIEW7.1, combining network technology with virtual instrument technology. The systemic hardware composition and systemic software are introduced，and at the same time a way of realizing network monitoring is provided. Keywords Virtual instrument technology; LabVIEW; Greenhouse; Remote measurement and control CLC number: TP39 Document code: A 1 引言 　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)正向儀器的自動(dòng)化、智能化、小型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。虛擬儀器（Virtual Instrument簡(jiǎn)稱VI）的出現(xiàn)給現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)帶來了一場(chǎng)革命，它利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能結(jié)合相應(yīng)的軟件，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)方面的限制。虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，使虛擬儀器系統(tǒng)更加突破了傳統(tǒng)的測(cè)量理念，使測(cè)量數(shù)據(jù)得到了真正意義上的共享，使遠(yuǎn)程測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的溫室測(cè)控系統(tǒng)往往在現(xiàn)場(chǎng)操作，對(duì)溫室監(jiān)測(cè)受到地域的限制，為此我們利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)，使遠(yuǎn)程客戶端通過局域網(wǎng)或Internet也能對(duì)溫室進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，從而實(shí)現(xiàn)了真正意義上的虛擬儀器。 2 網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器技術(shù) 　　網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器也稱為虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化[1]，其一般特征是指將虛擬儀器、昂貴的外部設(shè)備、被測(cè)試點(diǎn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等資源納入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享，共同完成測(cè)試任務(wù)。使用網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，人們可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間獲得測(cè)量信息或數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀器也適合異地或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、故障檢測(cè)、報(bào)警等。 　　網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將傳統(tǒng)儀器由單臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的三大功能：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及圖形化顯示分開處理，分別使用獨(dú)立的硬件模塊實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的三大功能，以網(wǎng)線相連接，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的功能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)中各部分的獨(dú)立功能。根據(jù)具體的工程實(shí)踐需要，可以構(gòu)成各種樣式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器。 　　網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器由以下幾部分組成：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、虛擬儀器（有網(wǎng)絡(luò)測(cè)試功能）、分散的I/O系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集卡和控制器。目前通用的虛擬儀器平臺(tái)通常具有很多網(wǎng)絡(luò)方面的功能，這樣使得建立網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器更加容易和方便，而不必去學(xué)習(xí)復(fù)雜的TCP/IP傳輸協(xié)議。隨著測(cè)試系統(tǒng)越來越龐大，測(cè)試節(jié)點(diǎn)或PC機(jī)的分布廣泛，需要分散的I/O系統(tǒng)模塊。此類系統(tǒng)模塊提供3種類型的元件：I/O模塊、接線座、網(wǎng)絡(luò)模塊，為工業(yè)檢測(cè)和控制應(yīng)用提供了最經(jīng)濟(jì)的解決策略。用戶可以通過以太網(wǎng)將這些模塊集成到已有的虛擬儀器系統(tǒng)中或與RS-232, RS-485等串行設(shè)備通信連接。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中的數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）必須帶有遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)設(shè)備訪問的驅(qū)動(dòng)軟件（RDA），這樣才能實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的資源共享。網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中所使用的儀器必須是帶有網(wǎng)絡(luò)功能的控制器，即GPIB-ENET。 3 系統(tǒng)構(gòu)成 　　3.1系統(tǒng)的硬件配置 　　網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)硬件由溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、數(shù)據(jù)采集板、集線器、Datasocket服務(wù)器和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。如圖1所示。其中溫度傳感器選用JWSL溫度變送器，濕度傳感器為JWSL濕度變送器，光照傳感器選用北京昆侖海岸傳感技術(shù)中心生產(chǎn)的ZD-VB照度變送器，數(shù)據(jù)采集板選擇了美國(guó)NI公司生產(chǎn)的插入式數(shù)據(jù)采集板PCI6024E。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　本系統(tǒng)用溫度傳感器、濕度傳感器和光照傳感器對(duì)溫室內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳送給PCI6024E數(shù)據(jù)采集板，并由其將采集的電信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入預(yù)先編制好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示、實(shí)時(shí)傳送和分析，同時(shí)利用以太網(wǎng)接口，通過通訊和數(shù)據(jù)發(fā)布模塊，實(shí)現(xiàn)與其他分析系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。 　　3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 　　虛擬儀器的提出和實(shí)現(xiàn)帶來測(cè)控技術(shù)的一次革命，人們開始接受這一全新的儀器概念。LabVIEW作為適時(shí)推出的一個(gè)優(yōu)秀測(cè)控軟件開發(fā)平臺(tái)和虛擬儀器構(gòu)建環(huán)境，得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。 　　LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments，簡(jiǎn)稱NI）研制的基于圖形化編程語(yǔ)言G的開發(fā)環(huán)境。它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的編程語(yǔ)言，提供了一個(gè)直覺式的環(huán)境，與測(cè)量硬件緊密結(jié)合，能讓用戶迅速開發(fā)出滿足用戶需求的各種虛擬儀器系統(tǒng)。使用LabVIEW進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)，可以縮短系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，大大地提高了生產(chǎn)效率[2]。因此，本系統(tǒng)的應(yīng)用軟件均是基于LabVIEW平臺(tái)來開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。 [align=center] 圖2系統(tǒng)軟件模塊構(gòu)成[/align] 　　系統(tǒng)的各個(gè)軟件模塊都是在LabVIEW7.1環(huán)境下開發(fā)的。利用虛擬儀器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)由以下幾個(gè)模塊組成：（1）參數(shù)設(shè)置模塊;（2）數(shù)據(jù)采集模塊;（3）數(shù)據(jù)處理模塊;（4）遠(yuǎn)程控制模塊;（5）系統(tǒng)幫助模塊。各個(gè)模塊之間是相互獨(dú)立的。這對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)和日后升級(jí)改進(jìn)都很有用處，保證了各個(gè)模塊開發(fā)的獨(dú)立性。參數(shù)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)待測(cè)參數(shù)、采集通道號(hào)、采樣間隔、報(bào)警和溫室內(nèi)控制設(shè)備等參數(shù)的設(shè)定，數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)溫度、濕度和光照信號(hào)的收集;數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)被測(cè)信號(hào)的數(shù)字濾波、異常信號(hào)剔除和數(shù)值轉(zhuǎn)換;遠(yuǎn)程控制模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程客戶端能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的監(jiān)測(cè)和控制;系統(tǒng)幫助模塊給操作者提供系統(tǒng)的功能及如何操作等相關(guān)內(nèi)容。 　　3.3 網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控 　　LabVIEW強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能使得用戶可以很容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控，本系統(tǒng)選用DataSocket技術(shù)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控。DataSocket就是NI提供的一種編程工具，借助它可以在不同的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間傳遞數(shù)據(jù)。DataSocket可以訪問本地文件以及HTTP和FTP服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，DataSocket為低層通訊協(xié)議提供了一致的API（應(yīng)用編程接口），編程者無需為不同的數(shù)據(jù)格式和通訊協(xié)議編寫具體的程序代碼，而且這些數(shù)據(jù)源可以分布在不同的計(jì)算機(jī)上。 　　DataSocket使用一種增強(qiáng)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、操作者姓名、時(shí)間及采樣精度等）和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。DataSocket用類似于Web中的統(tǒng)一資源定位器（URL）定位數(shù)據(jù)源，URL不同的前綴表示了不同的數(shù)據(jù)類型，file表示本地文件，http為超文本傳輸資源，ftp為文件傳輸協(xié)議，OPC （OLE for Process Control）表示訪問的資源是OPC服務(wù)器，dstp（DataSocket Transfer Protocol）則說明數(shù)據(jù)來自DataSocket服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[3,4]。 　　利用DataSocket技術(shù)分別編寫服務(wù)器端與客戶端軟件，具體步驟如下：先將服務(wù)器前面板的各控件的DataSocket連接屬性進(jìn)行設(shè)置，編好服務(wù)器程序;然后將將服務(wù)器端前面板的所有控件復(fù)制到一個(gè)新的VI中，即客戶端前面板與服務(wù)器端前面板完全相同;由于DataSocket只能傳遞控件的數(shù)據(jù)（控件對(duì)應(yīng)變量的值），而不能傳遞控件的屬性，因此客戶端根據(jù)控件值的變化而引起的控件屬性的變化的特點(diǎn)來編好客戶端程序。這樣就可以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的前面板運(yùn)行變化完全相同，即客戶端不僅可以顯示出服務(wù)器端前面板顯示的溫室的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控件狀態(tài)，而且可以控制服務(wù)器端面板上的控件動(dòng)作，從而達(dá)到對(duì)溫室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控的目的。 4 結(jié)束語(yǔ) 　　將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入測(cè)控領(lǐng)域，不僅是虛擬儀器發(fā)展的必然，也是很多測(cè)控任務(wù)的要求。通過網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，人們不僅可以共享測(cè)量數(shù)據(jù)，而且可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)，從而可以在更大范圍內(nèi)提高人們的測(cè)控效率。實(shí)踐證明，LabVIEW7.1開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)化溫室遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)利用虛擬儀器、網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)有的軟、硬件資源和網(wǎng)絡(luò)帶來的各種好處充分利用起來，實(shí)現(xiàn)各種資源最有效、最合理的配置，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)化的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：通過網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，組建基于DataSocket技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化溫室測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]王承，何志偉.基于網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的互連及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002,10（2）:84-86 　　[2]鄧焱，王磊等主編.LABV I EW7. 1測(cè)試技術(shù)與儀器應(yīng)用「M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 　　[3] 王志鵬，王昕，徐振良.DataSocket技術(shù)在遠(yuǎn)程測(cè)試中的研究與應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2006，5-1：136-138 　　[4]馬海瑞，周愛軍.基于DataSocket技術(shù)的LabVIEW遠(yuǎn)程測(cè)控[J].現(xiàn)代儀器，2005，（4）:20-23