一種遠程測控系統平臺及其使用方法與流程
2023-05-11 09:56:51 2
本發明提出一種遠程測控系統平臺，屬於遠程控制與監測領域。
背景技術：
傳統的控制系統是將所有的設備局限於一個專用的區域網路內，僅僅能夠在有限的範圍內進行對被控對象的控制與監測，即使進行遠距離測控，也需要專線遠程操作，這種方式極大的增加了設計成本及建設周期，同時，限制了系統未來的升級與擴展。
目前，隨著網際網路技術的發展，利用網絡對實驗設備及工業設備進行遠程控制已經逐漸開始推廣使用，人們對被控對象的操作也不僅僅局限於控制現場。通過網際網路進行遠程測控具有廉價、方便、靈活等特點，不僅僅減少了線路架設的複雜與困難，更加提高了信號的抗幹擾能力。同時，虛擬儀器的出現，也極大的推動了遠程測控系統的發展。所謂虛擬儀器，就是通過計算機模擬傳統的實驗儀器，實現了軟體就是實驗儀器的集合。通過虛擬儀器，不僅僅能夠完成傳統實驗儀器的工作，甚至能夠將應用範圍進行一定的擴展。將虛擬儀器技術與遠程控制技術相結合，通過高集成度高速度的數據採集模塊實現對信號的採集及測量，結合高效的可視化窗口，可以很方便的將採集數據與控制指令通過網際網路傳輸、處理和反饋。
通過將控制技術，網絡技術，虛擬儀器技術相結合，一種新型的遠程測控技術就產生了。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明以數據採集設備和虛擬儀器為核心設計的遠程測控系統，通過模擬開關提供六個擴展位，採用攝像頭進行實驗現象的遠程觀察，採用步進電機調節攝像頭位置，通過網際網路進行數據的實時交換，實現遠程控制端與現場控制器的連結的目的。
為了達到上述目的，本發明的技術方案為：
一種遠程測控系統平臺，包括上位機、下位機、附屬設備及遠程客戶端。
所述的上位機包括虛擬儀器、數據分析模塊和遠程發布模塊。上位機通過USB線及RS232串口與下位機進行數據通信，同時通過網際網路與遠程客戶端進行數據及指令交互。
所述的下位機包括數據採集設備、六路擴展平臺和被控對象。所述的數據採集設備提供數字與模擬信號的採集與輸出，通過並口電纜與六路擴展平臺連接；所述的六路擴展平臺包括模擬信號擴展模塊，數位訊號擴展模塊，電源模塊，切換指令處理模塊，攝像頭拖動電機控制模塊。
所述切換指令處理模塊與上位機通過RS232串口線纜連接，與數據採集設備數字I/O口連接，與模擬信號擴展模塊，數位訊號擴展模塊，電源模塊，攝像頭拖動電機控制模塊通過地址線連接，所述的切換指令處理模塊在串口通信和數據採集設備的數字I/O口兩種模式下，接收數據並轉換為切換指令，切換指令通過放大電路後驅動通道切換，同時由數碼管顯示當前接通的通道。
所述模擬信號和數位訊號擴展模塊採用模擬開關，根據切換指令實現各個通道的切換，實現數據的雙向傳輸；所述數位訊號擴展模塊，由於數位訊號的抗幹擾能力較強，可以直接採用單刀八置模擬開關，選用其中六路即可完成信號的切換，所述模擬信號擴展模塊，模擬信號的抗幹擾能力較弱，其波形易受外界幹擾，選用模擬多路輸出選擇器，利用其導通阻抗低，洩露電流小的特點，可以減少模擬開關對信號的影響；所述電源模塊包括6路通道，每路通道包括1個電源接口擴展模塊和1個電壓等級擴展模塊；系統外接電源電壓為直流12V，電源模塊通過繼電器對6路通道進行切換，由切換指令控制，電源模塊與模擬信號擴展模塊和數位訊號擴展模塊同步；同時，所述的6路通道分別接入自恢復保險絲，保證電源的安全可靠，所述電壓等級擴展模塊連接於自恢復保險絲之後，通過降壓電路實現，電壓包括正負9V和正負5V；而且所述的6路通道的電壓等級擴展模塊相互獨立，提高系統可靠性；
所述攝像頭拖動電機控制模塊與電機模塊連接，由切換指令處理模塊發出PWM控制信號，由電機模塊驅動運行。所述被控對象包括六個電路，分別與六路擴展平臺的6路通道相連接，六個電路為可插拔式的電路板，通過切換指令選擇通道及其被控對象，在上位機分別設計相應的程序，實現電路的數據分析與顯示。
所述附屬設備包括攝像頭和電機模塊，用來實現攝像頭的移動和圖像的採集，所述的攝像頭與上位機連接，電機模塊與六路擴展平臺連接。為了防止圖像出現畸變，本系統捨棄了傳統的網絡攝像頭通過各個角度旋轉的方式採集圖像，而採用一顆定焦攝像頭，定焦攝像頭固定在皮帶上，電機模塊帶動皮帶在鋁合金支架上運動；通過控制皮帶運動可以使攝像頭在水平和垂直方向移動，所述的水平方向的移動位置固定，由通道的切換指令控制，所述的垂直方向的移動單獨控制，保證攝像頭能夠將焦點對準被控對象，採集到清晰的圖像。
採用上述遠程測控系統平臺進行遠程測控的方法，具體包括以下步驟：
第一步，將六個被控對象接入六路擴展平臺，將上位機、數據採集設備、六路擴展平臺以及附屬設備通過線纜連接，接通系統電源；
第二步，在上位機程序初始化，進行遠程發布；
第三步，遠程客戶端獲取初始數據，顯示當前的六路擴展平臺的各個通道接通狀態和各個被控對象的名稱及其詳細介紹，申請控制權轉接至遠程客戶端。
第四步，下位機將切換指令接收後，根據切換指令，控制附屬設備工作，首先攝像頭上升至最高位置，之後開始水平移動至被控對象正上方，由控制者調節攝像頭下降，直到圖像顯示窗口的圖像清晰，確認圖像獲取準備就緒。
第五步，下位機切換指令控制的模擬信號擴展模塊，數位訊號擴展模塊，電源模塊開始工作，即被控對象開始運行，同時，被控對象的運行數據不斷被採集、處理，並以圖表和數字的形式在遠程客戶端顯示。
第六步，遠程客戶端發出針對被控對象的控制指令從而改變電路的運行狀態，可以獲取到新的運行狀態下的運行數據。
第七步，完成被控對象的觀測並獲取到運行數據後，釋放控制權，斷開遠程連接，至此，遠程測控結束。
本發明的有益效果為：(1)遠程客戶端通過網絡地址訪問上位機，即實現了在網際網路覆蓋範圍內的遠程測控。(2)上位機採用LabVIEW編寫，可以方便的嵌入MATLAB程序進行數據處理，同時圖形化語言具有更好的交互效果。(3)搭載下位機，通過六路擴展平臺將通道擴展，靈活的接入更多的被控對象，採集被控對象運行數據，發送控制指令切換其運行狀態。
附圖說明
圖1是控制系統總體框圖。
圖2是六路擴展平臺設計框圖。
圖3是本發明的方法流程圖。
具體實施方案
下面結合說明書附圖和技術方案，對本發明具體實施方案作詳細說明。
本發明提供一種遠程測控系統平臺及其使用方法，該系統平臺中，下位機平臺主要實現模擬信號與數位訊號採集與擴展，電源的變壓與切換，通道切換信號的處理，攝像頭移動的控制以及圖像的採集。上位機以虛擬儀器為核心，完成採集數據的處理和控制指令的發出，最後通過網絡發布，便可使用瀏覽器登錄遠程客戶端進行人機互動，對被控對象進行控制、監測與觀察。
一種遠程測控系統平臺，其設計總體框圖如圖1所示。基於LabVIEW編寫的上位機具有數據交互，數據分析、指令接收與發送等功能，遠程客戶端通過網絡將指令傳遞至上位機，同時接收數據分析結果並以圖表的顯示給予控制者直觀的顯示。數據採集設備實現數位訊號和模擬信號的交互，其通過六路擴展平臺與被控對象相連接。六路擴展平臺包括模擬信號擴展模塊，數位訊號擴展模塊，電源模塊，切換指令處理模塊，攝像頭拖動電機控制模塊。附屬設備的作用是穩定的傳輸被控對象的實物圖像，包括電機模塊和圖像採集模塊，電機模塊的作用是驅動與鋁合金支架相連接的圖像採集模塊在水平位置對準被控對象，同時通過上下位置的調節使焦點對準被控對象，圖像採集模塊即可將清晰的實物畫面傳遞至上位機及遠程控制端。
圖2為六路擴展平臺電路結構圖。該平臺以單片機為控制核心，實現切換指令的獲取與輸出，遠程客戶端的切換指令主要由RS232串口和數字I/O口發送至單片機，通過單片機處理後，由數碼管將選定的通道標號顯示，同時，通過放大電路將切換指令放大，從而驅動電機控制模塊，數字與模擬信號模塊及電源模塊。
圖3為測控平臺的工作流程圖。在系統工作之前，通過撥動開關為單片機選擇切換指令接收方式，之後，接通電源，初始化測控系統，系統開始運行後，遠程客戶端發出切換指令，通過網際網路傳輸至上位機，上位機傳輸至六路擴展平臺實現通道的選擇，六路擴展平臺將選擇的通道編號通過數碼管顯示，同時切換指令控制電機開始運動，首先，攝像頭垂直上升至最高位置，之後，在水平方向移動，使攝像頭垂直對準即將接通的被控對象，最後由遠程客戶端調節攝像頭下降，直到圖像清晰可見。完成攝像頭調節後，點擊確認，將切換指令通過放大電路接通選定通道的模擬開關及繼電器，使被控對象的電源和數據採集接通，被控電路板開始工作，數據通過通道源源不斷的獲取後，由上位機進行處理，將其在遠程客戶端直觀形象的顯示，同時上位機發出指令控制被控對象改變其運行狀態，從而獲取到更多的數據。