基于LabVIEW的遠程實驗平臺構(gòu)建

陳 琳 錢聲強

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

基于LabVIEW的遠程實驗平臺構(gòu)建

陳 琳 錢聲強

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

虛擬儀器技術(shù)是目前遠程實驗平臺構(gòu)建的首選方案。以LabVIEW為開發(fā)平臺，采用DataSocket動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)作為遠程實驗平臺應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信方式，采用Web發(fā)布技術(shù)將實驗系統(tǒng)的相關(guān)程序嵌入HTML網(wǎng)頁中進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，從而實現(xiàn)三層B/S模式的遠程實驗平臺系統(tǒng)架構(gòu)。

LabVIEW;遠程;DataSocket;Web發(fā)布

高等職業(yè)教育注重對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，實驗教學(xué)是實踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)實驗室的儀器數(shù)量和功能要求等都較難滿足教學(xué)需求，局限性日益顯露。因此，遠程實驗平臺的概念作為一種有效的解決方案應(yīng)運而生，并且成為高等教育實驗環(huán)節(jié)的發(fā)展趨勢之一。

采用虛擬儀器技術(shù)(Virtual Instruments)，以LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)圖形化編程語言作為開發(fā)工具，目前已成為構(gòu)建遠程實驗平臺的首選方案［1］。本文主要探討采用LabVIEW的DataScoket技術(shù)和Web發(fā)布技術(shù)開發(fā)遠程實驗平臺的系統(tǒng)設(shè)計方案。

1 遠程實驗平臺的系統(tǒng)構(gòu)建方案

在LabVIEW的DataSocket動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)和Web發(fā)布技術(shù)的強大支持下，遠程實驗平臺可采用B/S(Browser/Server)三層架構(gòu)，如圖1所示。

本地儀器設(shè)備主要用于實驗項目的設(shè)計，實驗數(shù)據(jù)通過DAQ數(shù)據(jù)采集卡進行采集。

應(yīng)用服務(wù)器作為實驗平臺的發(fā)布節(jié)點，主要任務(wù)是與儀器設(shè)備進行交互，運行LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器應(yīng)用程序，完成實驗數(shù)據(jù)的采集控制、數(shù)據(jù)發(fā)布等功能［1］。

Web服務(wù)器作為應(yīng)用服務(wù)器端和用戶端的紐帶，主要任務(wù)是負責與多個用戶端進行軟件的共享和數(shù)據(jù)的傳輸，提供Web接入服務(wù)、開放式交互環(huán)境及動態(tài)網(wǎng)頁的生成。Web服務(wù)器接受瀏覽器傳來的用戶信息后，根據(jù)用戶請求產(chǎn)生相應(yīng)的動態(tài)頁面，并返回到用戶端瀏覽器以供瀏覽。

圖1 遠程實驗平臺系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)用服務(wù)器與Web服務(wù)器之間的通信采用LabVIEW的DataSocket動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，應(yīng)用服務(wù)器借助DataSocket技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)布到Web服務(wù)器中，同時讀取Web服務(wù)器中接收到的用戶端命令，根據(jù)命令進行應(yīng)用程序的執(zhí)行。

借助于LabVIEW的Web發(fā)布技術(shù)，可把虛擬儀器應(yīng)用程序的前面板發(fā)布到Web頁面上，用戶端只需配備一個瀏覽器就可對實驗項目進行遠程訪問，以及對服務(wù)器端的遠程面板進行監(jiān)控［2］。

2 采用LabVIEW的DataSocket技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信

DataSocket實質(zhì)上是一種用于動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)編程與通信工具，它完全封裝了TCP/IP的底層操作。DataSocket數(shù)據(jù)通信由DataSocket服務(wù)器和DataSocket API兩部分構(gòu)成。其中DataSocket服務(wù)器負責所有底層通信的細節(jié)，而DataSocket API負責打開、讀寫和關(guān)閉URL連接的數(shù)據(jù)項。

DataSocket服務(wù)器是一個獨立應(yīng)用程序，使用DataSocket進行通信必須首先啟動服務(wù)器，所有數(shù)據(jù)的讀寫都是通過服務(wù)器進行的。應(yīng)用服務(wù)器與現(xiàn)場儀器設(shè)備進行交互，采集實驗數(shù)據(jù)，并通過DataSocket API的寫函數(shù)將共享數(shù)據(jù)發(fā)布到Web服務(wù)器，Web服務(wù)器則通過DataSocket API的讀函數(shù)讀取用戶所請求的數(shù)據(jù)［3］。

通過DataSocket服務(wù)管理器，可以設(shè)置服務(wù)器的參數(shù)和配置數(shù)據(jù)項。

圖2是一個DataSocket寫數(shù)據(jù)的程序。

圖2 DataSocket寫數(shù)據(jù)框圖程序

寫模塊的核心是DataSocket write.vi。它在工作前需要先指定數(shù)據(jù)的URL地址，即Web服務(wù)器的地址。VI將數(shù)據(jù)寫入服務(wù)器上TestWave變量。

圖3是一個DataSocket讀數(shù)據(jù)的程序。

圖3 DataSocket讀程序框圖程序

在讀數(shù)據(jù)前也需要先指定數(shù)據(jù)服務(wù)器的地址，即應(yīng)用服務(wù)器的地址，此實例應(yīng)用服務(wù)器與Web服務(wù)器采用同一臺計算機完成，故與發(fā)送模塊中的服務(wù)器地址相同，接下來用函數(shù)DataSocket Read.vi來讀取服務(wù)器上TestWave變量。

3 采用LabVIEW的Web技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

通過LabVIEW的Web發(fā)布技術(shù)(又稱遠程VI面板連接技術(shù))，可將Web服務(wù)器端程序的前面板界面嵌入到HTML網(wǎng)頁中，用戶可直接在客戶端計算機上打開網(wǎng)頁并直接進行操作，這是一種軟件操作界面共享方式。因此，按照常規(guī)方式編寫應(yīng)用服務(wù)器端軟件程序，控制DAQ設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集和儀器控制，通過一定的設(shè)置將Web服務(wù)器端軟件的前面板發(fā)布到客戶機中，這樣，用戶在客戶機上就可以直接操作位于服務(wù)器上的軟件，從而進行遠程實驗。這種基于B/S模式的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)簡單易用，所有的程序均運行于服務(wù)器，對于用戶端的要求較低［4］。

在LabVIEW中實現(xiàn)遠程面板連接具體步驟主要如下:

1)LabVIEW Web服務(wù)器的配置。Web服務(wù)器必須在LabVIEW運行環(huán)境下，首先打開需要發(fā)布的VI，然后對Web服務(wù)器進行配置。選擇主菜單的“工具?選項”，在彈出的對話框中選擇“Web服務(wù)器:配置”，選擇“啟用Web服務(wù)器”，最后再對HTML的根目錄、HTTP端口，以及使用記錄文件等參數(shù)進行一一設(shè)置。

2)應(yīng)用程序的Web發(fā)布。對Web服務(wù)器的各項參數(shù)進行正確設(shè)置后，選擇主菜單“工具?Web發(fā)布工具”，在彈出的對話框中對VI名稱、輸入文檔標題、查看模式，以及備注信息等進行相應(yīng)設(shè)置，然后點擊保存至磁盤，即可實現(xiàn)VI程序的Web發(fā)布。

3)應(yīng)用程序的遠程訪問。實現(xiàn)了VI程序的Web發(fā)布后，用戶端只要在瀏覽器的地址欄輸入服務(wù)器的IP地址http://服務(wù)器IP地址:端口/VI程序名稱.htm。即可進行VI程序的遠程訪問。

需要注意的是，當通過瀏覽器遠程訪問VI程序時，如果用戶端已安裝了相同版本的LabVIEW，則用戶端與服務(wù)器端的連接會自動建立，此時用戶端便可直接訪問遠程VI;如用戶端沒有安裝LabVIEW軟件，那么在進行網(wǎng)頁首次連接時，將會自動從網(wǎng)站下載LabVIEW Run-Time引擎，選擇安裝后，首次連接成功，今后使用就不再需要下載該引擎。

4 遠程測控實驗平臺應(yīng)用實例

依據(jù)上述遠程實驗平臺的系統(tǒng)構(gòu)建方案和開發(fā)步驟，設(shè)計實現(xiàn)了遠程測控實驗平臺，用于虛擬儀器技術(shù)及測控類實訓(xùn)項目的教學(xué)。

首先在應(yīng)用服務(wù)器端由數(shù)據(jù)采集卡得到實際的測試數(shù)據(jù)，然后采用LabVIEW的DataSocket數(shù)據(jù)通信技術(shù)，通過前面板綁定方式將測試數(shù)據(jù)發(fā)送到Web服務(wù)器，由Web服務(wù)器接收應(yīng)用服務(wù)器中的測試數(shù)據(jù)。發(fā)布數(shù)據(jù)由應(yīng)用服務(wù)器端軟件實現(xiàn)，接收數(shù)據(jù)由Web服務(wù)器端軟件實現(xiàn)，兩者同時進行即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，其數(shù)據(jù)通信流程如圖4所示。

在實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的傳輸時，首先對應(yīng)用服務(wù)器端進行設(shè)置，然后采用DataSocket API進行編程或采用前面板控件對象綁定的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

同時，采用LabVIEW的Web發(fā)布技術(shù)將實驗系統(tǒng)相關(guān)程序進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，LabVIEW程序前面板交互界面將被嵌入HTML網(wǎng)頁中，用戶端只需要在瀏覽器中輸入正確的URL，即可查看Web服務(wù)器中已經(jīng)打開的程序前面板，并進行遠程實驗操作，從而實現(xiàn)在用戶端對設(shè)備進行遠程控制。其實現(xiàn)步驟包括Web服務(wù)器設(shè)置、程序前面板Web發(fā)布。

圖4 DataSocket實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸流程圖

用戶端在網(wǎng)頁瀏覽器中輸入Web發(fā)布程序?qū)?yīng)的URL地址，即可進入實驗平臺。

該遠程測控實驗平臺目前已應(yīng)用于虛擬儀器應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)，在局域網(wǎng)內(nèi)可同時允許20人訪問，學(xué)生進入網(wǎng)站后，登錄系統(tǒng)便可自由選擇各項測控實驗進行遠程測試和控制，同時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對實驗用戶的信息管理和使用權(quán)限的控制。

5 結(jié)束語

本文提出并分析了遠程實驗平臺的系統(tǒng)構(gòu)建方案，基于三層 B/S組網(wǎng)模式，采用 LabVIEW的DataSocket動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信，采用Web發(fā)布技術(shù)實現(xiàn)實驗項目前面板界面的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，從而使得用戶端只需配備一個瀏覽器就可以對網(wǎng)絡(luò)上的實驗項目進行遠程操作。同時，遠程實驗平臺具有較強的靈活性和可擴展性，可以不斷增加擴充新的功能，以適應(yīng)不斷增長的實際教學(xué)和科研的需要，在高校內(nèi)具有一定的應(yīng)用價值和推廣意義。

［1］徐有棟.基于LabVIEW的虛擬實驗和遠程實驗室［D］.濟南:山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，2005:6-9.

［2］周喜權(quán).基于虛擬儀器的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)的研究［D］.長春:長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，2007:25-27.

［3］徐子荔，陳明，鐘周威.基于DataSocket技術(shù)的大氣數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)［J］.航空制造技術(shù)，2006(7):98-100.

［4］王永明，王興亮，任嘯天，等.一種基于LabVIEW的遠程實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005(1):26-28.

Construction of Remote Experimental Platform Based on LabVIEW

CHEN Lin QIAN Sheng-qiang
(School of Electronic and Electrical Engineering，Changzhou College of Information Technology，Changzhou 213164，China)

Virtual instrument technology is the preferred option of remote experiment platform construction.By adopting LabVIEW as the software development platform，DataSocket dynamic data exchange technology as the data communications mode between application server and Web server，and adopting LabVIEW＇s Web publishing technology to realize the web publishing of the embedded in HTML pages，the system can achieve the construction of the three-layer B/S model remote experiment platform.

LabVIEW;remote;DataSocket;Web publishing

TP 311.52

A

1672-2434(2012)01-0016-03

2011-10-08

陳 琳(1978-)，女，講師，從事研究方向:虛擬儀器技術(shù)、傳感器技術(shù)