LabView实现远程数据采集与传输

LabView 实现远程数据采集与传输实现远程数据采集与传输 摘要 摘要 阐述了在 NI LabView 平台上结合 TCP IP 协议进行数据传输的工作方法 并给出对工业现场数 据采集传送与监控的仿真实例 关键词 关键词 TCP IP 虚拟仪器 LabView Realization of the Data Acquisition and Transmission Base on Labview Abstract It describes an mothed to transmit data with TCP IP base on LabView and gives an emluator of data acquisition and transmission for industry use Key TCP IP Virtual Instrument LabView 1 引言 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 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 1 本文介绍在 LabView 开发平台上结合 TCP IP 技 术实现远程数据采集传输系统 2 LabView 简介简介 LabView 广泛应用于数据采集与控制 信号处理以及数据表达等方面 它提供了一 种全新的编程方法 即对软件对象 虚拟仪器 VI 进行图形化的组合操作 2 3 LabView 程序的执行顺序是按数据流的方式确定的 可以实现多任务的并行 LabView 的程序由前面板 frontpanel 和流程图 blockdiagram 两部分组成 整 个程序是基于多线程的设计 前面板和流程图各占用一个线程 前面板是 LabView 程序 的图形用户接口 此接口集成了用户输入 并显示程序的输出 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 编程控制和定义在前面板上的输入和输出功 能 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出仪器的操作面 板 在功能模板中选取适当的功能模块并进行必要的连接与设置 制作控制流程图 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 3 TCP 技术技术 TCP IP 协议体系是目前最成功 使用最频繁的 Intranet Internet 协议 5 作为一个流 行的工业标准 TCP IP 技术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 5 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 体现到 Labview 应用中 我们可以直接调用 TCP 模块完成流程编写 而无需过多考虑网 络的底层实现 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 IP 地址 来 区分网络中不同的数据站点 同时提供了两种传输方式 传输控制协议 TCP 为典型 的传输大量数据或需要接收数据许可的应用程序提供面向连接和可靠的通信 用户数据 协议 UDP 提供无连接的通信 典型的即时传输少量数据的应用程序使用 UDP 根据 IP 协议内容和 TCP 的报文格式 图 1 数据传输需确定各主机的 IP 地址及通 信的源端口号 目标端口号 也即通常所称套接字 Socket 从而实现端口对端口基础上 的面向连接的数据通信 相对于其他网络协议 TCP IP 这种端对端的传输具有两大优点 第一 TCP IP 跟 其它协议相比 显得简洁清晰 利用通用接口 实现方便 第二 TCP IP 的效率相当高 TCP IP 的 IP 协议是 尽力传递 方式 只有 TCP 层为保证传输可靠性而做必要的工作 这样的工作模式在物理网络可靠的环境下传输效率相当高 同时 TCP 实现的端对端连接 也有效的保证了传输的正确率 本文利用 TCP IP 协议实现各数据采集点与处理主机的连接 4 Labview 中中 TCP 传输的实现传输的实现 在 Labview 中可以利用已发布的 TCP VI 及相关子例程设计实现 TCP 通信 4 此前 需要在通信的计算机正确安装 TCP IP 协议簇 在已接入 Internet Intranet 的 Windows Unix 系统中 TCP IP 协议是内置的 若是新接入的计算机系统 须确保 TCP IP 正确的安装和设置 同时保证通信所需的源端口 目标端口开放 由于实现的是把各数据点的数据汇总到处理主机 设计上采用服务器 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 数据点计算机工作于 Client 模式 实现数据传送 设计其工作模式 1 Server 主机处于工作状态 并监听通信端口 等待 Client 发送的连接请求 2 Client 计算机开启 TCP 连接 3 Server 主机响应并建立数据传输通道 4 连接过程判断网络错误 若有则中断连接 5 数据传输 利用 VI 模块 TCP read write 完成 6 传输完毕中断连接 设计过程调用到 LabView 提供基于 TCP 连接的 VI 函数模块如图 2 所示 可以在 blockdiagram 中直接应用 以下为根据此工作模式设计的数据传输实例 为通用起见 Client 端所用数据为正 弦波发生器产生 通信过程引入错误检测机制 可以对传输过程的错误进行判断 方便 管理 也可以针对不同应用屏蔽相关网络错误 图 图 3 Server 端流程图 端流程图 图 图 4 Client 端流程图 端流程图 从工作情况看 Server 端能够正确接收 Client 端的数据并能实时输出 工作延时只 受网络条件影响 说明本方法成功实现数据 TCP 传送 完全可以应用到分布式的现场监 控中 图 图 5 Client 工作过程面板显示 工作过程面板显示 图 图 6 Server 工作过程面板显示 工作过程面板显示 5 总结 总结 在远程测控中 由于存在数据采集点多级分散 数据的采集与传输通常需要专用的 网络 花费较大 本方法利用现存的 Intranet Internet 网络可以有效提高资源的使用率 削减应用成本 而实现采用面向连接的传输模式 更能保证数据传送的正确性 由于采 用开放性的协议 应用中可以利用 LabView 的内嵌的 Web Server 发布 3 方便各地工程 师了解处理结果 参考文献 参考文献 1 VI 技术在远程教育中的应用 J OL 2 刘君华 基于 LabView