远程测控技术

远程测控技术的发展现状和趋势
作者:孙先逵，秦岚
一、引言
远程测控技术在现代科学技术、工业生产和国防等诸领域中的应用十分广泛。

测控技术的现代化，已被公认为科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。

随着计算机技术、通信技术和电子技术的飞速发展，在现代远程测控领域中，各种先进的测控技术、测控设备和远程通信手段层出不穷。

如何提高测控系统远程通信的可靠性、准确性和及时性，以及如何扩大通信的距离，一直是远程测控系统设计和研究过程中必须考虑的一系列关键性的问题。

通过对远程测控系统发展现状的广泛了解，笔者根据系统中信号远程传输方式的差异，分类列举出以下几种比较典型的远程测控系统，并对每种系统的优缺点以及适用的场合进行了对比和分析，以供参考。

二、发展现状
目前应用比较广泛、技术比较成熟的远程测控系统主要有以下几大类。

（一）应用专线的远程测控系统
对于测控距离较短、通信数据量大、通信频繁且实时性、可靠性和保密性要求都很高的远程分布式测控系统，一般采用自行架设专线（如电缆）来作为数据传输的通道。

其系统组成框图如图1所示。

图1 专线式远程测控系统框图
系统主站（测控中心PC机）通过扩展的多个串行口及MODEN，与各地的多个子站相连。

子站（或主站）发送的数据通过串行口送给本地MODEN进行调制之后，通过专线传输给远方MODEN，远方MODEN将收到的信号解调为数字信号，通过串行口送给主站（或子站）的PC机，从而实现集中管理。

这种网络技术的关键是如何建立主站和各个子站之间的通信协议，以保证整个系统的实时性和避免冲突的产生，可以采用“快速巡查”或“定点查询”的方法来解决这一问题。

这种远程测控系统在水利、电力、交通、工业等领域的应用十分广泛，比如说铁路沿线行车信号灯的监控，水电站发电机组的监控，都可以采用这种测控网络来实现。

（二）利用公用电话网的远程测控系统
在通信不是很频繁、通信数据量较小、实时性和保密性要求不高的场合，可以租用公
用电话网，采用拨号方式建立临时连接的方式来实现远程测控。

采用这种测控系统可以降低系统的硬件成本、缩短建网周期，实现高速高效的目的。

其系统组成框图如图2所示。

图2 应用公用电话网的远程测控系统框图
该系统中的每个子站只需要定时采集被控对象的状态数据，并保存在自己的数据库中；主站则只能在屏幕上面按状态数据库所保存的最新数据显示各测控对象的状态。

当需要检测远方测控对象的状态或对其执行操作时，主站从自己的数据库中找到对应子站的电话号码，通过拨号方式向子站发出“握手信号”，相应的子站接收到“握手信号”后执行摘机命令，从而建立起主站和子站之间的通信渠道。

由于这种测控系统的实时性和保密性都比较差，因此只用在一些了解远方测控对象的运行状态和提前预防事故的场合。

（三）采用光纤通道的远程测控系统
利用光缆传输测量与控制数据，可以充分发挥光缆传输的稳定性好、抗干扰能力强、传输容量大等优点。

其系统组成框图如图3所示。

在这种系统中，光纤收发器的主要作用是进行电光、光电转换，并可以直接接收串行口的控制信号，有些光纤收发器还兼具有以太网接入功能。

考虑到系统的高稳定性和高可靠性，在设计过程中必须慎重选择串行接口和光纤收发器。

这种测控系统的投资较高，但由于其抗干扰和抗雷击能力强，并且通信质量优越，因此在广播电视站以及通信站的发射机的远距离不间断监控中得到广泛应用。

图3 利用光纤通道的远程测控系统框图
（四）基于InternetIntranet的远程测控系统
测控系统以计算机为中心、以网络为核心的特征日益明显。

使用InternetIntranet的远程测控系统，人们从任何地点，在任何时刻获取到测量信息（或数据）的愿望成为现实。

其系统组成框图如图4所示。

图4 基于InternetIntranet的远程测控系统
实现该系统必须解决许多关键性问题，比如数据传输的可靠性、准确性和实时性；另外网络数据库的连接和更新不仅应是动态的、实时的，而且要有高的编程效率和很好的兼
容性；TCPIP协议和现场总线协议的兼容性，真正达到数据畅通无阻；同时网络的安全性也是一个不容忽视的环节。

基于InternetIntranet的网络化测控系统适用于异地或者远程控制和数据采集、故障监测、报警等等，其应用范围十分广泛。

（五）基于无线通信的远程测控系统
对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和可靠性要求比较高的场合，可以利用无线电波来实现主控站与各个子站之间的数据通信，采用这种远程测控方式有利于解决复杂连线，无需铺设电缆或光缆，降低了环境成本。

其系统组成框图如图5所示。

这种远程测控系统的关键是要使射频模块的接收灵敏度和发射功率足够高（可以采用专业无线电台来替代射频模块），以扩大站点间的距离，同时还需要考虑无线电波波段的选择；无线通信调制解调器已经有许多比较成熟的产品，可以根据实际需要来选择。

基于无线通信的远程测控技术的应用领域十分广泛，比如说智能小区的保安系统、油井远程监测系统等均可以采用这种技术来实现，还有航空航天上使用的无线电跟踪测轨、遥测、遥控系统，是这种技术的典型应用。

图5 基于无线通信的远程测控系统框图
三、发展趋势
远程测控技术是测控领域发展的主要方向。

各种新技术、新器件、新理论的出现和计算机网络的飞速发展，必将给远程测控技术的发展和应用提供广阔的天地。

（一）数据传输方式朝复合式、多样性发展
随着今后测控距离的不断扩大以及测控系统复杂度的不断增加，单一的数据传输方式往往不能胜任要求；在一个远程测试系统中采取多种数据传输方式相互配合使用，可以降低系统的实现难度，有利于整个系统的模块化处理。

比如说，蓝牙技术作为一种新兴的无线通信技术应用到远程测控系统中，它还可以很方便的连接到In-ternetIntranet中，与网络配合来实现远程测控（内容详见参考文献）。

（二）进一步融合EMIT（嵌入式微型因特网互联技术）和ECS（嵌入系统）技术进一步融合EMIT（嵌入式微型因特网互联技术）和ECS（嵌入系统）技术使现场数据采集和控制子系统的智能化程度得到提高，且能够更方便的与远程测控中心建立起通信渠道。

随着微处理器和嵌入式技术的发展，测控系统的IO系统的智能化程度将进一步提高，这样就可以大大减低主控机CPU的负担，使整个系统的实时性和测控性能提高；同时，高智能化的数据采集和控制子系统可以很方便地通过InternetIntranet将通信距离无限扩展。

（三）基于虚拟仪器的测控网络将是远程测试技术发展的大趋势
随着虚拟仪器技术的快速推广和发展，实现远程测控系统基于InternetIntranet的通信能
力大大提高，基于虚拟仪器和网络技术的测量网络将成为科学研究和生产自动化控制系统的重要组成部分。

四、结束语
在我国，远程测控技术的发展方兴未艾。

可以预见，远程测控技术必将随着我国相关技术的发展而逐步完善和成熟，各种功能的远程测控系统在不远的将来会广泛地使用在社会的各个领域，远程测控技术的新发展将会给我国的经济建设和国防建设注入新的活力。

参考文献
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[9] 孙美香,等.基于Internet/Intranet的远程虚拟仪器.电子学报,2002,(9):1～2.
虚拟仪器的两种远程测控技术
１．引言
在科学研究和工业生产领域中，对测控设备的自动化和网络化的要求越来越高。

与传统的测控设备相比，基于ＰＣ机的虚拟仪器在实现测控自动化和网络化方面有很大的优势。

网络技术拓展了虚拟仪器的使用范围，使之能通过局域网或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网实现远程测控的功能，构成远程虚拟仪器。

远程虚拟仪器可以使信息采集、传输和处理一体化，使许多昂
贵的测试设备得以共享。

远程虚拟仪器技术还可以应用于设备的远程诊断和维护以及企业管理信息化。

虚拟仪器的远程测控可以采用不同的技术去实现。

本文所介绍的是ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ ＤＳ技术和ＲｅｍｏｔｅＤｅｖｉｃｅＡｃｃｅｓｓ ＲＤＡ技术。

文中所用的实例是基于虚拟仪器软件开发平台ＬａｂＶＩＥＷ设计的，实际上，这两种技术也可以用于ＶＣ和ＶＢ等开发平台。

ＬａｂＶＩＥＷ是美国国家仪器 ＮＩ公司生产的虚拟仪器应用软件开发平台，它的主要特点是提供一个编译型图形化编程环境，功能强大，编程效率高。

２．Ｄａｔａｓｏｃｋｅｔ技术的特点
测控数据在网上的发布和共享是网络化远程测控工程应用的关键技术问题之一。

ＮＩ公司推出的ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术，是一种面向测量和自动化工程的网上实时高速数据交换的编程新技术。

它摒除了较为复杂的ＴＣＰ／ＩＰ低层编程，克服了传输速率较慢的缺点，大大简化了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网上测控数据交换的编程。

ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ包括了ＤＳＳｅｒｖｅｒＭａｎａｇｅｒ、ＤＳＳｅｗｅｒ和ＤＳ函数库这几个工程软件。

ＤＳＳｅｒｖｅｒＭａｎａｇｅｒ是一个独立运行的小程序，主要功能是设置ＤＳＳｅｒｖｅｒ可连接的客户程序的最大数目和可创建的数据项的最大数目，创建用户组和用户，设置用户创建数据项和读写数据项的权限。

ＤＳＳｅｒｖｅｒ也是一个独立运行的小程序，负责监管ＤＳＳｅｒｖｅｒＭａｎａｇｅｒ中所设定的各种权限和客户程序之间的数据交换。

ＬａｂＶＩＥＷ６ｉ中的ＤＳ函数库包含有Ｒｅａｄ和Ｗｒｉｔｅ等函数，Ｒｅａｄ函数用于从网上下载数据，而Ｗｒｉｔｅ函数用于在网上发布数据，数据可以是单个或数组形式的字符串、逻辑 布尔量和数值量等多种类型。

２．１实验结果
图１、图２分别是测量端 执行测量任务的计算机应用程序的面板和流程图。

将服务器中的ＤＳＳｅｗｅｒＭａｎａｇｅｒ中的ＤｅｆａｕｌｔＲｅａｄｅｒ设置为ｅｖｅｒｙｈｏｓｔ，即网中的每一台计算机都可读取服务器上的数据。

运行测量端的ＤＳＳｅｒｖｅｒ，然后根据需要将测量的数据写入ＤＳ服务器的某一个或多个数据项，而客户端可通过网络读取所需的数据项就可以得到实时的测量数据。

由图可以看出无论是流程图还是面板的设计都相当简单和方便。

接收端的应用程序与测量端相似，但更简单。

１测量端应用程序的面板
２测量端应用程序的流程图
３．ＲＤＡ技术的特点
ＮＬ－ＤＡＱ是ＮＩ公司为其数据采集和数据通信硬件产品配备的软件包。

其中包括各种数据采集卡的驱动程序和测试管理程序Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ａｕｔｏｍａｔｉ
ｏｎＥｘｐｌｏｒｅｒ ＭＡＸ等软件，这些驱动程序支持ＲＤＡ工作方式。

ＮＩ－ＤＡＱ的远程装置访问能力使用户可以在本机上直接使用网络上其它计算机上的ＮＩ数据采
集卡。

这样一来，只需有一台计算机安装了数据采集卡，网内的其他计算机就可以利用这种方法进行远程调用，大大节省了硬件资源。

在编程方面，ＲＤＡ与使用本机数据采集卡是完全一样的。

在ＲＤＡ工作方式下，计算机分ＲＤＡ服务器端和客户端。

任一个计算机可以既是ＲＤＡ服务器又是ＲＤＡ客户。

ＲＤＡ服务器要安装ＮＩ－ＤＡＱ６．０ 或更高版本以及ＤＡＱ ＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ硬件。

而ＲＤＡ客户端应安装ＬａｂＶＩＥＷ和ＮＩ－ＤＡＱ６．０ 或更高版本，但并不一定要安装ＤＡＱ硬件。

客户和服务器也可以使用于不同的平台，例如Ｗｉｎ９８或ＷｉｎＮＴ４．０平台上。

ＲＤＡ服务器可以使用本机上的数据采集卡，而ＲＤＡ客户也具有相同的权利去使用服务器上的数据采集卡。

值得注意的是，所连接的计算机必须使用相同版本的ＮＩ－ＤＡＱ，否则采集卡无法连上。

３．１实验结果
下面以一个试验来说明ＲＤＡ的用法。

在一个局域网内，一台计算机作为ＲＤＡ服务器机，操作步骤是：①安装ＮＩ－ＤＡＱ６．８；②安装ＮＩ１２００数据采集卡，可以用ＭＡＸ检测数据采集卡是否正常运行；③运行服务器机上的ＲＤＡＳｅｒｖｅｒ程序。

对另一台作为ＲＤＡ客户机的操作步骤是：①安装ＮＩ－ＤＡＱ６．８；②在ＭＡＸ选择ＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅｓ，单击右键添加远端计算机的远程数据采集卡，在搜寻的对话框中找到网络中服务器机的名称，然后根据屏幕的提示进入下一步，ＭＡＸ会自动搜索服务器机上安装的数据采集卡的型号，客户根据自己的需要给该远程数据采集卡设定一个端口编号。

此时，运行客户机上的应用程序，选用相应端口编号，就可以使用远端的数据采集卡，就像该装置安装在本机一样。

其程序流程可概述为：客户机的ＮＩ－ＤＡＱ收到应用程序的调用，首先检测装置是否为远程装置。

若ＮＩ－ＤＡＱ判断该装置是远程装置，上述调用就会将相关的参数打包并发送到远端计算机上。

服务器机收到该调用后，通过ＮＩ－ＤＡＱ进行解包并执行任务。

当调用完毕，得到的数据会送返客户机并回送到应用程序中。

限于篇幅，该实例的程序省略。

４．结束语
应用ＬａｂＶＩＥＷ的ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ和ＲＤＡ两种技术；均可以完成远程的测
控任务。

由上面的例子可以看出，ＤＳ和ＲＤＡ都具有服务器和客户端，而且都是通过网络进行数据的传送，两者在结构上有很多相似之处，表１列出了两者的比较。

ＤＳ技术和ＲＤＡ技术的比较
ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术是一种编程很简单的高速数据传输方法，最大的特点是能进行高速的实时数据的发布和交换。

但是ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术相当于一种网络接口，并不是直接面向硬件；它可以通过测控参数的传送，实现远程测控，只是收发双方都必须拥有对应的应用程序。

ＤａｔａＳｏｃｋｅｔ技术已在我们实际工程中得到应用，并取得很好的效果。

ＲＤＡ技术使用户可以控制局域网或广域网内的远端的数据采集卡，是共享硬件的一种实现方式。

ＲＤＡ是硬件的一种驱动方式，可直接控制硬件。

总的来说，它们各有各的优点，它们的使用都相当方便和简单，可以利用它们各自的特点，将两者灵活地结合在一起，构建功能强大的远程虚拟仪器测控系统。

小议虚拟仪器远程测控技术
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□ 司雨杭秦亮亮陈凤友
摘要:本文讨论了基于Datasocket技术、基于DCOM/ActiveX技术和基于远程面板的三种不同的远程测控方案的实现和工作原理,并在实时性、远程控制、开发难度和可靠性方面进行了比较。

关键词:远程测控;DataSocket;DCOM/ActiveX;远程面板
1 引言
自虚拟仪器概念提出以来,以软件代替硬件、以图形代替代码、以组态代替编程、以虚拟仪器代替传统仪器组建自动测试系统发展迅速。

近年来网络技术的出现和发展以及它与其他高新科技的相互结合,也为测量与仪器技术带来了前所未有的发展空间和机遇,将网络技术与虚拟仪器技术相结合,组建远程测控系统, 是虚拟仪器系统的一个发展方向。

本文讨论了三种远程测控技术:基于DataSocket技术的远程测控、基于DCOM/ActiveX 技术的远程测控和基于远程面板的远程测控,以实现LabVIEW程序之间或者LabVIEW程序与Excel电子表格之间的实时数据通信和实时控制。

重点分析了远程测控方案的实现和工作原理,并对三种方案的性能进行比较。

2 基于DataSoket技术的远程测控
DateSocket技术是一种面向测控领域的网上实时数据交换的编程新技术。

它是LabVIEW6.0中新增加的一个网络测控系统开发工具,支持本地文件I/O 操作、FTP和HTTP 文件传输、实时数据共享,并提供统一的API编程接口。

从数据共享的角度分析,它是对WinSock的高级封装,因此具有使用方便、编程工作量少、无需了解底层操作过程等优点,特别适合于远程数据采集、监控和数据共享等应用程序的开发。

DateSocket包括了DateSocket服务器管理程序、DateSocket服务器和DateSocket函数库这几个工具软件,以及DSTP(DateSocket Transfer Protocol)协议、通用资源定位符URL(Uniform Resource Locator)和文件格式等技术规范。

它大大简化Internet网上计算机之间的测控数据交换的编程工作。

同时,DateSocket也可用于一台计算机内或局域网中多个应用程序之间的数据交换。

应用DataSocket开发远程测控系统,客户端和服务器之间的远程数据通信任务均通过DataSocket服务器来实现。

对客户端而言,程序只需要负责从服务端的DataSocket服务器
Read端口处读取数据,以及将控制指令发送到DataSocket服务器的Write端口,远程服务器对客户端程序完全是透明的操作。

对服务器端而言,只需要对本地DataSocket服务器的两个端口进行读写数据,即可完成对客户端发送数据和响应控制指令。

底层的工作则是由服务器端的DataSocket服务器来完成。

具体实现方案为:利用DataSocket通信,将采集到的数据发布到URL制定的位置中,并按原来的数据类型送到前面板窗口中显示。

在这个过程中,只需要对DataSocket Connection的属性进行配置。

这样不需要编程,就可以直接进行DataSocket 通信了。

当控件的右上角出现一个绿色的小方框(DataServer对话框),则显示的就是控件已经连接到DataSocket Server上了。

3 基于DCOM/ActiveX技术的远程测控
COM是Windows对象的一个二进制标准,采用客户/服务器模式,旨在建立一套构件对象接口标准,以确保构件对象在系统中共存,并且充分的相互利用。

DCOM(分布式COM)是COM的一种扩展,用于支持COM在分布式环境下的应用,它把组件对象技术推向了Internet。

DCOM 是COM的网络通信协议,在DECRPC的基础上实现。

当客户和组件位于不同机器时,DCOM用网络协议(TCP/IP)取代了COM中的本地进程间通信LPC,从而对位于Internet不同机器上的组件对象之间的相互通讯提供了透明的支持。

ActiveX技术实际上是COM/DCOM/OLE/OCX(OLE 自定义控件的简称)技术的统称,是非常重要的基于组件的开发技术,广泛应用于Microsoft 客户机端和服务器端技术中。

应用DCOM/ActiveX技术开发的远程测控系统的基本工作原理为:首先,通过DCOM建立起客户端与服务器端的连接。

即按照客户端程序的要求,打开相应的自动化服务器(LabVIEW或Excel)。

其次,通过在客户端程序中控制自动化服务器的调用方法或改变其属性,实现客户端与服务器端的远程数据交换或远程控制。

具体表现为:在客户端程序中控制打开服务器端程序;客户端程序与服务器端程序进行实时的数据交换;在客户端程序中控制服务器端程序的各种操作,等等。

4 基于远程面板的远程测控
上述两种远程测控系统都是采用基于客户/服务器Client/Server(简写为C/S)网络模型来组建的,适用于数据传送量大的情况,而且具有效率高,数据可靠完整、兼容性强等特点。

对于数据传送量不大,需要远程模拟仿真的情况可以采用浏览器/服务器Browser/Server(简写为B/S)模式,这样对于客户端的需求会很低,不需在客户端上安装相应的客户端软件,只需要浏览器便可登陆服务器对远程测试进行监控。

基于B/S网络模型的远程测控可以通过远程面板技术实现。

测控服务器把虚拟仪器应用程序的前面板发布到Web页面上,客户端的用户便可以通过浏览器对服务器端的远程面板进行监控。

远程面板容易配置,能够跨平台,无需ActiveX控件、Java Applet或者是CGI脚本,而且可以多同步连接监控;控制是动态的,客户端在浏览器中看到的监测画面同服务器端完全一致。

远程面板另外的一个特点是完全服务器端管理。

远程面板技术的实现原理是借助于LabVIEW内置的Web Server 技术实现的。

服务器端利用LabVIEW Web Publishing Tool把虚拟仪器应用程序的前面板嵌入到Web页面中,并借助LabVIEW Web Server提供的虚拟仪器Web服务,只要服务器端的应用程序载入内存,客户端便可以通过浏览器对远程的虚拟仪器应用程序进行监控。

但在同一时刻,只有一个用户具有控制权限,其余用户只能对远程面板进行监测。

客户端控制的权限可以通过远程面板的Request/ReleaseControl VI获得或释放,服务器端拥有绝对的控制权限。

5 三种方案的性能比较
基于DataSocket技术的远程测控系统,通过数据发布、共享的方式传送测控数据,方法很简单。

由于DataSocket具有高速实时数据发布的能力,所以基于DataSocket的远程数据采集系统也具有高速实时数据发布的能力,并且客户端的数目可以不受限制,可以使用任何数据采集设备实现远程数据采集。

缺点是客户端的控制功能太弱,尚有待加强。

基于DCOM/ActiveX技术的远程测控系统,数据传输的实时性较好,且远程控制的能力较强。

缺点是实现起来比较困难。

基于远程面板的远程测控系统,只需浏览器,不需其他额外软件,利于用户使用;易维护,只需维护服务器端代码;适于多平台支持;源代码客户端不可见,安全性高。

缺点在于:实现远程控制非常复杂,难度大;不利于传送大量实时数据。

参考文献
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