基于LabVIEW的遠程環境監控系統研究

摘 要：隨著科學技術的快速發展，信息化進程不斷加快，計算機網絡技術與無線通訊逐漸普及，涌現出許多新型的信息軟件。LabVIEW又稱為實驗室虛擬儀器集成開發平臺，屬于圖形化軟件集成開發環境，對遠程環境監控系統進行了優化。作者就以于LabVIEW的遠程環境監控系統作為研究對象，對遠程監控中所涉及的技術進行了探討。

關鍵詞：LabVIEW；遠程環境監控；數據庫

隨著信息技術的快速發展，電子測量技術與儀器領域也逐漸信息化，形成了新型的檢測儀器——虛擬儀器。虛擬儀器技術綜合了計算機軟件技術、通信技術與策略技術，在傳統儀器的結構基礎上進一步優化設計，形成了LabVIEW虛擬儀器，其中包含了信號采集、測量分析以及顯示數據的功能，在保證系統靈活性的同時，也促進了遠程環境監控系統的開發。

1 LabVIEW虛擬儀器技術與遠程環境監控系統

1.1 LabVIEW虛擬儀器技術

隨著科學技術的快速發展，計算機與儀器將會得到更為密切的結合，成為儀器技術發展的重要方向之一。儀器與計算機的結合通常有兩種方式，一種是計算機裝入儀器中，一種是將儀器裝入計算機中。近幾年來，計算機體積逐漸減小，功能也愈加多樣化，嵌入系統的智能儀器逐漸增多[1]。此外，將PC機與操作系統作為核心能夠有效提高儀器的工作效率，實現儀器功能的多樣化，虛擬儀器技術便是將儀器裝入計算機中，實現了儀器的多種功能。

LabVIEW虛擬儀器技術將傳統儀器與計算機技術有機結合，在傳統儀器的基礎上進一步提高儀器測量的效率與質量，促使儀器智能化。虛擬儀器以PC與操作系統作為核心，在此基礎上搭建硬件平臺，而后采用軟件編寫儀器軟面板，在硬件與軟件的共同作用下構建計算機儀器系統，這種利用先進計算機技術擴展儀器功能的方法已然成為自動測控的未來發展趨勢之一。

1.2 遠程監控系統

遠程監控系統指的是通過網絡遠程訪問本地監控系統的控制設備，由于遠程訪問設備并沒有明確的規定，只要能夠上網便可以作為遠程訪問設備，因此，遠程監控系統在進行遠程終端設計時就會存在很大的難度。

1.3 虛擬儀器監測系統的功能

虛擬儀器在傳統傳感器等測量儀器的基礎上進一步發展，在網絡支持下實現了遠程控制數據的采集、傳輸、處理與通信。通常情況下，虛擬儀器監測系統主要包括數據采集裝置、服務器與遠程客戶端，在運行時，數據采集裝置首先對需要測量的數據進行采集，而后服務器將數據傳輸到客戶端，實現實時監測。在LabVIEW虛擬儀器中，計算機是最為重要的組成部分，具有數據采集、分析與結果顯示的功能，同時也可以通過Internet形成監測網絡，在網絡技術的輔助下，人們可以通過網絡遠程對環境進行監控，不同功能的硬件設備都可以通過網絡共享，這樣既減少了投資成本，也可以實現資源的充分利用[1]。在虛擬儀器中涉及到許多計算機，其中一臺計算機用于數據的采集與分析處理，而后通過網絡將數據傳輸到另一臺計算機上，這樣便實現了虛擬儀器遠程實時監測的目的。對于惡劣環境，人工操作無法進行時就可以利用虛擬儀器監測系統，客戶端通過網絡讀取服務器中的數據進而實現遠程采集數據的目的，實現遠程監控。

1.4 LabVIEW的遠程監控方法

LabVIEW虛擬儀器的遠程監控主要是利用客戶端與服務端間的通信協議來實現。長期以來，LabVIEW便一直致力于簡化網絡編程，因此，LabVIEW能夠支持多種網絡通信協議，這樣一來，基于LabVIEW的虛擬儀器便能夠通過多種網絡通信協議實現遠程監控。基于LabVIEW的遠程環境監控系統在設計時不需要復雜的網絡通信協議便可以編寫網絡通信程序，這對于系統的建設具有積極意義。在LabVIEW中的共享變量技術在一定程度上簡化了分布式系統間的網絡通信，用戶不需要了解共享變量的底層通信協議便可以輕松應用共享變量技術[1]。此外，LabVIEW也針對不同層次與應用為遠程環境監控系統提供了不同的網絡通信方式，使遠程監控更具針對性，效率與質量都得到提高。

2 基于LabVIEW的遠程環境監控系統設計

2.1 環境監測系統的設計過程

環境監測系統的設計需要建立在測試需求分析的基礎上，通過需求分析，了解系統的功能要求，根據系統的實際需要設計系統的總體方案，對系統硬件與軟件部分進行集成調試，進而設計出一個完整的虛擬儀器監測系統[2]。

首先，技術設計人員需要對被測參數的形式、范圍與數量進行分析，在環境監測系統設計中，參數主要包括溫度、濕度等，通過參數分析，明確環境監測系統的功能要求，使環境監測系統在運行時能夠對相關參數進行實時數據采集，最終實現遠程監測。在明確系統功能要求后，設計人員需要針對實際需要選用合理的測試方法確定系統結構，一般是將環境參量傳感器與數據采集卡結合形成信號采集系統，并利用LabVIEW的虛擬儀器開發平臺編程，賦予環境監測系統數據處理與顯示的功能，進而對環境參數進行實時監測。在設計的最后利用LabVIEW的共享變量技術對數據進行實時共享，這樣一來，用戶便可以在不同地點不同時間通過計算機的數據通信對遠程環境進行監測。

2.2 系統的總體設計方案

測試系統在運行時主要涉及五個步驟，首先是在傳感器作用下將被測信號轉為電信號，輸出的電信號經調理電路的處理后最終以標準電壓信號的形式輸出，當系統中的數據采集卡采集到電壓信號時，通過數據處理系統將其轉變為數字信號，而后將數據采集卡的驅動程序與上位機連接，在程序前面板與程序框圖編程的輔助下編寫算法與流程，完成系統的總體設計方案。

2.3 遠程環境監控系統硬件部分設計

在遠程環境監控系統的設計中硬件部分與軟件部分尤為重要，其中硬件部分主要包括PC機與數據采集兩部分。PC機是虛擬監控儀器中最為重要的核心部分，數據采集系統軟件運行均需要通過PC機，因此，PC機的合理選擇對遠程環境監控系統非常重要。由于數據采集設備經常需要在強勁的振動、電磁干擾與電源干擾的情況下進行，因此，在選擇計算機時常會采用工業計算機，將外界環境的干擾降到最低，確保系統可以穩定運行[2]。數據采集系統涉及到傳感器與數據采集卡兩部分，在監測系統中傳感器主要承擔著數據信號轉換與傳輸的功能，在遠程環境監控系統中主要采用溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器等對環境的溫度、濕度與二氧化碳濃度等參數進行采集與分析。

2.4 遠程環境監控系統軟件部分設計

遠程環境監控系統的軟件部分設計主要是基于LabVIEW的虛擬儀器開發軟件，數據采集卡接收傳感器的電壓信號，在濾波的作用下將電壓信號轉為趨勢曲線，而后在LabVIEW的共享變量技術支持下對環境參量進行遠程監控。

3 結束語

基于LabVIEW的遠程監控系統設計方便快捷，可以根據需要創建多種虛擬儀器，同時也可以更改相應的軟硬件模塊，實現人機交互，使用戶可以遠程對環境進行監控。此外，用戶還可以根據自己的實際需要修改操作界面，這種人性化的遠程環境監控能夠很好地滿足工業控制領域的需要，同時節約了大量的人力物力，具有廣闊的發展前景。

參考文獻

[1]韓劍，莫德清，李長俊.基于GSM和LabVIEW的溫室大棚遠程監控系統[J].計算機測量與控制，2015，04：1087-1089.

[2]許珍，蘇亞輝，夏懿，等.基于LabVIEW的遠程視頻監控系統設計與實現[J].中北大學學報（自然科學版），2015，05：533-539.