摘 要：论文针对远程虚拟仪器的网络通信、工作原理等特点对其实现方案做出了对比和分析，并使用Datasocket和FieldPoint等技术实现了对工程机械的远程控制，实现了现代虚拟仪器技术与工程机械控制的结合，使工程机械的运作在一定程度上不再受恶劣环境的限制。

引言

目前，测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里的一场新的革命，一种全新的仪器——虚拟仪器应运而生。虚拟仪器，是虚拟技术的一个重要组成部分，它是现代计算机软件技术、通信技术和测量技术高速发展孕育出的一项革命性技术，其导致了传统仪器的结构、概念、和设计观点都发生了巨大变革。而把它应用到传统工程机械的控制中，就打破了传统工程机械的基于现场系统控制的相对封闭，故障诊断与维修等等都会受到人力、技术和地域的限制的局面，同时对于危险作业、一些极端恶劣环境下的作业都提供了解决的方案或途径。因此可以说，通过将虚拟仪器技术和与计算机网络技术相结合，应用于现代工程控制中，建立一种开放式的农机控制系统已经是势在必然。

1 关于远程虚拟仪器

随着微电子技术、计算机技术、软件技术和网络技术的高度发展，在科研、工业和医学领域，随着低成本高性能的计算机资源的有效利用，数字化平台逐渐成为测量仪器的基础。仪器技术和计算机技术的深层次的结合创造了虚拟仪器的概念，将计算机(处理器、存储器、显示器等)和通用仪器硬件(A/D、D/A变换器、数字输入 /输出、定时和信号处理器等)与用于数据分析、过程通讯及用户图形界面的软件有效地结合起来，就组成了虚拟仪器。仪器的智能化和虚拟化已经成为未来各级实验室以及研究机构发展的方向，“The Soft is Instruments(软件就是仪器)”正在被广大科技、教学工作者逐步接受。

继“软件就是仪器”的概念之后，出现了“网络就是仪器”的新观念。远程虚拟仪器就是虚拟仪器在网络领域的扩展。远程虚拟仪器技术结合了虚拟仪器技术与网络技术，将虚拟仪器的应用范围拓展到整个Internet/Intranet 网上，使信号采集、传输和处理一体化。因此构建基于 Internet/Intranet上的远程虚拟仪器系统已经成为虚拟仪器应用发展的一个重要的环节。

无论哪种远程虚拟仪器系统，都是将硬件仪器(传感器、调理放大器、 A/D卡)搭载到远端服务器上，加上应用软件并和本地的笔记本电脑、台式 PC 机或工作站等各种计算机通过网络相连而构成的，实现了用计算机和网络技术的全数字化的采集测试分析。Internet/Intranet 为实现远程虚拟仪器系统提供了一个很好的平台，利用浏览器/服务器模式，操控者可以在浏览器端控制远程服务器进行测试以及进行远程实验的操作，从而实现对远地实验系统的远程控制和监控。

2 基于LabVIEW的远程虚拟实现方案比较

Labview是一个功能完整的软件开发环境，它同时也是一种功能强大的编程语言。Labview针对数据采集、仪器控制、信号分析、和数据采集等任务，设计提供了丰富完善的功能模块，用户只需直接调用，就可以免去自己去编写程序的繁琐，而且labview作为开放性的工业标准，提供了各种接口总线和常用仪器的驱动程序，是一个通用的软件开发平台。基于LabVIEW，主要有四种用于开发远程虚拟仪器的技术，它们是DataSocket 技术、基于 ActiveX 技术、基于 Java Applet 技术以及基于AppletVIEW的 技术。

基于 DataSocket 技术的远程测控方案，优点是 DataSocket 定义了一个测控数据传输协议，从而利用这种方法可以达到很高的数据传输效率，实时性能相当好。缺点是它只能实现 C/S 模式而不能实现 B/S 模式，需要同时开发服务器端程序和客户端程序，客户端控制功能太弱，尚有待加强。

基于 ActiveX 实现方案，在实现上采用 Delphi 开发，它的优点是开发效率高，而且一旦程序下载成功，比起同样功能的 Java 程序具有更高的执行速度和效率，占用的系统资源也相对比较少;但是，实验证明，生成的 ActiveX 控件程序的尺寸比 Java 程序要大许多，客户端需要花费大量的时间来下载这个程序。

基于 Java Applet 技术的优点是可以实现 B/S 模式，只需开发服务器端程序，开发效率高，客户端无须下载插件，程序较小便于下载执行;缺点是图像质量差,动态显示有跳动感不连续。

基于 AppletVIEW 组件技术实现的远程测控方案，可以实现 B/S 模式，AppletVIEW 是第三方开发的远程测控专用组件，为远程测控系统提供了可视化开发环境，能把 LabVIEW 仪器面板自动生成 Java 仪器面板，所以具有很高的开发效率。而且，数据的传输是基于 Socket 的一种传输方式，具有较高的数据吞吐量，缺点是需要修改本地测控程序，并在本地 VI 程序中调用AppletVIEW 提供的一些网络控件 VI，来与浏览器端的 Java 程序通信，从而实现网络测控。

3 用远程虚拟仪器实现遥控挖掘

用挖掘机挖掘化学或者危险爆炸物以及有毒物品时，从安全角度考虑，应该使用遥控挖掘来清除障碍目标或物品，使得化学或有毒物品等对处于遥控位置的设备操作者的伤害最小化。

挖掘机的控制设计应包括6个独立机件的控制，以及视觉能力、操作参数、遥控启动装置和紧急停车环节等。

CASE CX-160挖掘机可通过两个双轴操纵杆和两个单轴脚踏板的传统方式操作，其中每一个轴均由两级液压伺服阀驱动。挖掘机有6个独立机件：臂、吊杆、铲斗、转轴、左、右履带。为了控制这些机件，在驾驶室和挖土机中放置FieldPoint模块。然后装载FieldPoint模块程序，通过操控杆输入来控制挖掘机动作。FieldPoint分布式I/O系统工作频率为10Hz，遥控6个独立机件。电源为12伏特到24伏特，电流最大量为 45安培。独立的紧急停车电路用来实现安全要求。

图1、基于无线I/O的分布式遥控挖掘机系统结构图

为了确保稳定性和整体的安全性，必须实时遥控自动挖掘机。采用FieldPoint模块与LabVIEW实时软件相结合。这样不仅实现了挖掘机的智能控制，同时也提供了挖掘机的自动故障防止。同时选择电子传感器和采集系统组成FieldPoint分布式I/O模块，这些模块通过FieldPoint网络模块连接在一起。FieldPoint分布式I/O通过使用LavVIEW简单集成功能极大地方便了构建基于客户的系统。FieldPoint模块通过以太网和串口数据传送协议进行通信，而模块之间传送的数据通过无线串行调制解调器进行通信。挖掘机的基本操作需要读取遥控站控制输入设备的模拟电压，通过网络传输到挖掘机FieldPoint模块中执行。基于无线I/O的分布式系统结构如图1：

而软件层采用Datasocket技术与基于B/S结构的远程面板相结合的策略。DataSocket 是 LabVIEW 最新提供的一个网络测控系统开发工具，它大大简化甚至免除了网络通信编程，用户使用这种技术可以很容易地在互联网上实现高速实时数据交换。借助它可以在不同的应用程序和数据源之间共享数据并进行时实数据(Live data)的传输。图2描述了 DataSocket 的体系结构。而远程面板可以在通过在服务器端安装 Runtime Engine实现远端的远程面板的发布，实现了B/S结构的控制。

图2、DataSocket的体系结构

DataSocket 可以访问本地文件以及 HTTP 和 FTP 服务器上的数据，并为低层通讯协议提供了统一的 API 函数，编程人员无需为不同的数据格式和通讯协议编写具体的通讯程序代码。DataSocket 使用一种增强型数据类型来交换仪器类型的数据，这种数据类型包括数据特性(如采样率、操作员、通道数、时间、及采样精度)和实际测试数据。使用DataSocket可以得到很高的数据传输速率，可以获得很好的实时性能，从而可以满足大多工程机械的需要。

图3、远程VI主面板

在远程操控站，操作者遥控开关视觉系统和工作灯的电源。四个控制按钮为挖掘机摄像机提供了拍摄全景和倾斜调节的能力。同时操作者必须监控挖掘机的工作参数：例如：油位，水和油温的实时警告信息，这些参数显示在控制杆旁边的一体化液晶显示器上。这些数据由位于挖掘机的计算机上的RS-232端口发送的。挖掘机的状态经过处理后，通过无线网络发送到远程遥控站站，然后再执行适当的操作。如果发生严重错误，车辆控制将终止并显示警告信息给操作者。如图3是基于B/S结构发布的远程VI面板，操作者可以在任何装有网页浏览器的电脑上监控挖掘机。

4 结论

远程虚拟仪器是虚拟仪器在网络领域的拓展，除了具备虚拟仪器的全部优点外，它的主要优势还在于不受地域、环境的限制。用网络技术组建的远程虚拟仪器系统，可以使信号采集、传输和处理一体化，不但可以共享许多昂贵的硬件资源，而且还便于扩展测试系统、提高测试效率，所以应用面极为广泛，是科研、教育、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具，而本文把它应用在工程机械的代表-挖掘机上，对虚拟仪器这一技术在这些领域的应用和发展有重要意义，也使现代工程机械实现全面自动化和网络化的开展成为可能，使远程虚拟仪器的发展走上一个新的高度。