基于虚拟仪器的远程信号源自动校准设计研究

摘 要：从广义上讲，远程校准就是指通过Internet等媒介，远程控制计量仪器完成异地校准的方式。近年来，越来越多的国家广泛而深入的开展这一研究，越来越多的控制手段被发明、使用，它的优点给我们生活和工作带来很大改善，逐步让人们接受。本文综述了远程自动校准的优势及发展现状，提出颇为先进的基于labview的远程自动校准方案。通过查询国内外相关资料，在原有校准系统硬件的基础上，完成自动校准系统的G语言编程和调试。借助软件平台强大的功能，利用DataSocket技术实现远程校准网络开发。

关键词：远程校准；labview；DataSocket技术

1 远程校准的优势和发展现状

1.1 优势

远程校准主要是从需要被校准的仪器采集信息并对这些信息进行整理操作，所以说远程校准本质上讲仍然是一种校准过程。进行校准时，首先需要采集现场数据，然后利用网络进行数据传输，在终端平台上对照计量标准，依据校准规则，对传输过来的数据进行处理，最后实现远程的数据访问。

与传统的校准相比，远程校准有较高的实时性和有效性，使其在测试计量领域应用广泛。其优点如下：

（1） 测量不确定度的最小基准的传递可做到一步到位；

（2） 方便上级实验室做到实时处理校准数据；

（3） 上、下级实验室的交互式联系更为便利；

（4） 远程校准使得仪器调整时间和调整费用大大减少；

（5） 校准工作的随意性，即满足传输条件就可以随时随地进行校准。

总之，远程校准的使用有利于加强管理，提高计量水平，促进社会发展，使得传统计量被远程校准取代是必然的。

1.2 国内外现状

远程校准被越来越多的国家和科研单位研究、使用，其中国外较为成熟的项目有：美国国家标准和技术研究院的大流量气体流量计的校准，电量多功能校准仪的校准，大尺寸离子辐射源的校准等。

在我国同济大学，由殳伟群教授带领的科研小组对基于虚拟仪器的远程信号源自动校准设计研究的课题进行了相关探讨，并提出了利用NI技术进行编程仿真，实现了基于Internet 的远程相关装置的实际操作。本文同样提出了类似的方法，利用DataSocket 技术实现远程调控。

2 虚拟仪器及DataSocket 技术

虚拟仪器就是把计算机和功能化的硬件模块通过编写程序连接起来，并为它设计一个友好的人机界面，模拟人们对仪器的操作场景。虚拟仪器的界面大多由自我设计，通过对一些按钮的操作完成对数据的采集处理。虚拟仪器与传统仪器相比不但具有方便的优势，同时它还是一个集成性质的平台，它基于计算机操作系统，完全可以当作多台仪器使用。另外，它综合了计算机软件、硬件、固件的优势，有很强的灵活性。

2.1 LabVIEW 图形化开发环境

LabVIEW又叫实验室虚拟仪器集成开发平台，它作为目前社会上最广泛使用的开发环境，是因为用 LabVIEW 编写程序不需要特别多的经验，它采用图形化编程语言―G 语言编写程序，所使用的图形都是检测工程师所熟知的图标，使得编程简易、直接、高效。让编程不再拘泥于文本指令，而是以框图和图片的形式表示出来，让更多的工程师更好的入门。

Labview有着很多优点：

（1）有丰富的前面板控件可供选择，控件大多与仪器外表相似，可以做出可视化的人机效果，同时还自身携带简单的设计方案，使工程师即便经验较少也能方便的编程

（2）编程的过程简单方便，使用拖放的方式开发系统。使得控制仪器和数据采集不再是难题。

（3）它提供的网络技术有TCP/IP 函数库等，很方便实现测控网络的体系结构。

（4）LabVIEW有很好的拓展性，使用比较灵活。

2.2 DataSocket 技术

2.2.1 DataSocket 简介

在美国NI公司提出VI的概念之后各种技术也如雨后春笋一般。其中DataSocket就是以TCP/IP 协议为基础的不需要TCP编程的一种网络传输技术。采集现场数据之后，可以在计算机上使用该技术，通过网络向多个远方终端同时广播。DataSocket 技术广泛应用各个领域，但设计之初主要是为了应对测控和自动化方向的需要。它把字符串、数字、布尔量等数据量，甚至是波形都是依据自身自带的编码格式进行编码和传输，而不是把结构数据编译成非结构化的字节流，就如TCP/IP 编程那样。

2.2.2 DataSocket函数

ComponentWorks DataSocket函数包内部有3个函数：

（1）DataSocket ActiveX 函数，它主要是用作链接数据库。它把软件与数据库相连接实现数据共享。它还提供了许多控件使得很多编程平台能够在ActiveX容器实现与labview实现数据共享。

（2）DataSocket服务器。它主要是利用DSTP协议实现多程序之间的数据交换。

（3）DataSocket服务器管理程序。DataSocket服务的最大连接数是由这一个服务器管理程序确定的。

2.2.3 DataSocket 的数据传递

DataSocket 控件转换数据的主要目的是为了能适应具体的数据传输要求。DataSocket Server作为DataSocket 控件的主要部分，实现与DataSocketPublisher 和 DataSocket Subscriber的数据共享和交换。这两部分是DataSocket Server的客户端，也是DataSocket的主要组成部分。DataSocket 控件的這三部分进行数据交换时不需要直接交流，而是分别和第三方DataSocketServer进行数据交流。由上可知，DataSocket使得软件和计算机之间的通讯变得十分简单，相应的接口也会变得简单，同时数据类型也不需要转换。

D ataSocket 传输数据有两种方法：

（1）程序中的数据传输

（2）控件之间的数据传输

LabVIEW 中前面板用于 DataSocket开发的控件：

（1）DataSocket ActiveX 控件

（2）DataSocket 服务器

（3）DataSocket 服务器管理程序

3 简单远程校准系统的实现

本文借用一个传统的圆盘转速测量装置进行远程校准实验。实验者在远方利用Internet对圆盘转速进行采集，然后经过采样分析对收集的数据进行处理，再通过网络传输将校准后的数据传递给圆盘，对其转速进行调解，实现远程自动校准。使用硬件包括DAQ数据采集卡，计算机，传统转速测量装置等。软件包括Labview 2014、ComponentWorks DataSocket等。

4 发展前景

本文中所讲述的DataSocket的开发还是较为初步的，若系统需求较高，则应充分使用DataSocket ActiveX 函数，把DataSocket技术同ActiveX技术结合起来组建基于Web的远程校准网络。基于Web的远程校准网络能够充分利用现有资源和网络带来的种种好处，实现各种资源更有效合理的配置。这将是对传统校准方式的一场革命。

参考文献

[1] 张仁辉.基于虚拟仪器的远程信号源自动校准系统微电子学与固体电子学.电子科技大学.2007（学位年度）.