CN106406365A - 一种远程测控系统平台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种远程测控系统平台及其使用方法，该远程测控系统平台通过网络远程控制实验并实时采集运行数据，由移动摄像头采集实物电路的运行图像，将所有数据图像与数据传送远程控制端，并由控制者进行控制指令反馈。在该系统平台中，下位机平台主要实现模拟信号与数字信号采集与扩展，电源的变压与切换，通道切换信号的处理，摄像头移动的控制以及图像的采集。上位机以虚拟仪器为核心，完成采集数据的处理和控制指令的发出，最后通过网络发布，便可使用浏览器登录远程客户端进行人机交互，对被控对象进行控制、监测与观察。本发明能够方便的嵌入MATLAB程序进行数据处理，同时图形化语言具有更好的交互效果，实现在互联网覆盖范围内的远程测控。

Description

一种远程测控系统平台及其使用方法

技术领域

本发明提出一种远程测控系统平台，属于远程控制与监测领域。

背景技术

传统的控制系统是将所有的设备局限于一个专用的局域网络内，仅仅能够在有限的范围内进行对被控对象的控制与监测，即使进行远距离测控，也需要专线远程操作，这种方式极大的增加了设计成本及建设周期，同时，限制了系统未来的升级与扩展。

目前，随着互联网技术的发展，利用网络对实验设备及工业设备进行远程控制已经逐渐开始推广使用，人们对被控对象的操作也不仅仅局限于控制现场。通过互联网进行远程测控具有廉价、方便、灵活等特点，不仅仅减少了线路架设的复杂与困难，更加提高了信号的抗干扰能力。同时，虚拟仪器的出现，也极大的推动了远程测控系统的发展。所谓虚拟仪器，就是通过计算机模拟传统的实验仪器，实现了软件就是实验仪器的集合。通过虚拟仪器，不仅仅能够完成传统实验仪器的工作，甚至能够将应用范围进行一定的扩展。将虚拟仪器技术与远程控制技术相结合，通过高集成度高速度的数据采集模块实现对信号的采集及测量，结合高效的可视化窗口，可以很方便的将采集数据与控制指令通过互联网传输、处理和反馈。

通过将控制技术，网络技术，虚拟仪器技术相结合，一种新型的远程测控技术就产生了。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明以数据采集设备和虚拟仪器为核心设计的远程测控系统，通过模拟开关提供六个扩展位，采用摄像头进行实验现象的远程观察，采用步进电机调节摄像头位置，通过互联网进行数据的实时交换，实现远程控制端与现场控制器的链接的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种远程测控系统平台，包括上位机、下位机、附属设备及远程客户端。

所述的上位机包括虚拟仪器、数据分析模块和远程发布模块。上位机通过USB线及RS232串口与下位机进行数据通信，同时通过互联网与远程客户端进行数据及指令交互。

所述的下位机包括数据采集设备、六路扩展平台和被控对象。所述的数据采集设备提供数字与模拟信号的采集与输出，通过并口电缆与六路扩展平台连接；所述的六路扩展平台包括模拟信号扩展模块，数字信号扩展模块，电源模块，切换指令处理模块，摄像头拖动电机控制模块。

所述切换指令处理模块与上位机通过RS232串口线缆连接，与数据采集设备数字I/O口连接，与模拟信号扩展模块，数字信号扩展模块，电源模块，摄像头拖动电机控制模块通过地址线连接，所述的切换指令处理模块在串口通信和数据采集设备的数字I/O口两种模式下，接收数据并转换为切换指令，切换指令通过放大电路后驱动通道切换，同时由数码管显示当前接通的通道。

所述模拟信号和数字信号扩展模块采用模拟开关，根据切换指令实现各个通道的切换，实现数据的双向传输；所述数字信号扩展模块，由于数字信号的抗干扰能力较强，可以直接采用单刀八置模拟开关，选用其中六路即可完成信号的切换，所述模拟信号扩展模块，模拟信号的抗干扰能力较弱，其波形易受外界干扰，选用模拟多路输出选择器，利用其导通阻抗低，泄露电流小的特点，可以减少模拟开关对信号的影响；所述电源模块包括6路通道，每路通道包括1个电源接口扩展模块和1个电压等级扩展模块；系统外接电源电压为直流12V，电源模块通过继电器对6路通道进行切换，由切换指令控制，电源模块与模拟信号扩展模块和数字信号扩展模块同步；同时，所述的6路通道分别接入自恢复保险丝，保证电源的安全可靠，所述电压等级扩展模块连接于自恢复保险丝之后，通过降压电路实现，电压包括正负9V和正负5V；而且所述的6路通道的电压等级扩展模块相互独立，提高系统可靠性；

所述摄像头拖动电机控制模块与电机模块连接，由切换指令处理模块发出PWM控制信号，由电机模块驱动运行。所述被控对象包括六个电路，分别与六路扩展平台的6路通道相连接，六个电路为可插拔式的电路板，通过切换指令选择通道及其被控对象，在上位机分别设计相应的程序，实现电路的数据分析与显示。

所述附属设备包括摄像头和电机模块，用来实现摄像头的移动和图像的采集，所述的摄像头与上位机连接，电机模块与六路扩展平台连接。为了防止图像出现畸变，本系统舍弃了传统的网络摄像头通过各个角度旋转的方式采集图像，而采用一颗定焦摄像头，定焦摄像头固定在皮带上，电机模块带动皮带在铝合金支架上运动；通过控制皮带运动可以使摄像头在水平和垂直方向移动，所述的水平方向的移动位置固定，由通道的切换指令控制，所述的垂直方向的移动单独控制，保证摄像头能够将焦点对准被控对象，采集到清晰的图像。

采用上述远程测控系统平台进行远程测控的方法，具体包括以下步骤：

第一步，将六个被控对象接入六路扩展平台，将上位机、数据采集设备、六路扩展平台以及附属设备通过线缆连接，接通系统电源；

第二步，在上位机程序初始化，进行远程发布；

第三步，远程客户端获取初始数据，显示当前的六路扩展平台的各个通道接通状态和各个被控对象的名称及其详细介绍，申请控制权转接至远程客户端。

第四步，下位机将切换指令接收后，根据切换指令，控制附属设备工作，首先摄像头上升至最高位置，之后开始水平移动至被控对象正上方，由控制者调节摄像头下降，直到图像显示窗口的图像清晰，确认图像获取准备就绪。

第五步，下位机切换指令控制的模拟信号扩展模块，数字信号扩展模块，电源模块开始工作，即被控对象开始运行，同时，被控对象的运行数据不断被采集、处理，并以图表和数字的形式在远程客户端显示。

第六步，远程客户端发出针对被控对象的控制指令从而改变电路的运行状态，可以获取到新的运行状态下的运行数据。

第七步，完成被控对象的观测并获取到运行数据后，释放控制权，断开远程连接，至此，远程测控结束。

本发明的有益效果为：(1)远程客户端通过网络地址访问上位机，即实现了在互联网覆盖范围内的远程测控。(2)上位机采用LabVIEW编写，可以方便的嵌入MATLAB程序进行数据处理，同时图形化语言具有更好的交互效果。(3)搭载下位机，通过六路扩展平台将通道扩展，灵活的接入更多的被控对象，采集被控对象运行数据，发送控制指令切换其运行状态。

附图说明

图1是控制系统总体框图。

图2是六路扩展平台设计框图。

图3是本发明的方法流程图。

具体实施方案

下面结合说明书附图和技术方案，对本发明具体实施方案作详细说明。

本发明提供一种远程测控系统平台及其使用方法，该系统平台中，下位机平台主要实现模拟信号与数字信号采集与扩展，电源的变压与切换，通道切换信号的处理，摄像头移动的控制以及图像的采集。上位机以虚拟仪器为核心，完成采集数据的处理和控制指令的发出，最后通过网络发布，便可使用浏览器登录远程客户端进行人机交互，对被控对象进行控制、监测与观察。

一种远程测控系统平台，其设计总体框图如图1所示。基于LabVIEW编写的上位机具有数据交互，数据分析、指令接收与发送等功能，远程客户端通过网络将指令传递至上位机，同时接收数据分析结果并以图表的显示给予控制者直观的显示。数据采集设备实现数字信号和模拟信号的交互，其通过六路扩展平台与被控对象相连接。六路扩展平台包括模拟信号扩展模块，数字信号扩展模块，电源模块，切换指令处理模块，摄像头拖动电机控制模块。附属设备的作用是稳定的传输被控对象的实物图像，包括电机模块和图像采集模块，电机模块的作用是驱动与铝合金支架相连接的图像采集模块在水平位置对准被控对象，同时通过上下位置的调节使焦点对准被控对象，图像采集模块即可将清晰的实物画面传递至上位机及远程控制端。

图2为六路扩展平台电路结构图。该平台以单片机为控制核心，实现切换指令的获取与输出，远程客户端的切换指令主要由RS232串口和数字I/O口发送至单片机，通过单片机处理后，由数码管将选定的通道标号显示，同时，通过放大电路将切换指令放大，从而驱动电机控制模块，数字与模拟信号模块及电源模块。

图3为测控平台的工作流程图。在系统工作之前，通过拨动开关为单片机选择切换指令接收方式，之后，接通电源，初始化测控系统，系统开始运行后，远程客户端发出切换指令，通过互联网传输至上位机，上位机传输至六路扩展平台实现通道的选择，六路扩展平台将选择的通道编号通过数码管显示，同时切换指令控制电机开始运动，首先，摄像头垂直上升至最高位置，之后，在水平方向移动，使摄像头垂直对准即将接通的被控对象，最后由远程客户端调节摄像头下降，直到图像清晰可见。完成摄像头调节后，点击确认，将切换指令通过放大电路接通选定通道的模拟开关及继电器，使被控对象的电源和数据采集接通，被控电路板开始工作，数据通过通道源源不断的获取后，由上位机进行处理，将其在远程客户端直观形象的显示，同时上位机发出指令控制被控对象改变其运行状态，从而获取到更多的数据。

Claims (6)

1.一种远程测控系统平台，其特征在于，该远程测控系统平台包括上位机、下位机、附属设备及远程客户端；

所述的上位机包括虚拟仪器、数据分析模块和远程发布模块，上位机与下位机进行数据通信，同时通过互联网与远程客户端进行数据及指令交互；

所述的下位机包括数据采集设备、六路扩展平台和被控对象，数据采集设备与六路扩展平台连接；所述的六路扩展平台包括模拟信号扩展模块，数字信号扩展模块，电源模块，切换指令处理模块，摄像头拖动电机控制模块；

所述的切换指令处理模块与上位机通过RS232串口线缆连接，与数据采集设备的数字I/O口连接，与模拟信号扩展模块、数字信号扩展模块、电源模块、摄像头拖动电机控制模块分别通过地址线连接；所述的切换指令处理模块在串口通信和数据采集设备的数字I/O口两种模式下，接收数据并转换为切换指令，切换指令通过放大电路后驱动通道切换，同时由数码管显示当前接通的通道；

所述的模拟信号扩展模块和数字信号扩展模块采用模拟开关，根据切换指令实现各个通道的切换，实现数据的双向传输；所述电源模块包括六路通道，每路通道包括一个电源接口扩展模块和一个电压等级扩展模块；电源模块通过继电器对六路通道进行切换，由切换指令控制，电源模块与模拟信号扩展模块和数字信号扩展模块同步；所述的六路通道的电压等级扩展模块相互独立，提高系统可靠性；所述被控对象包括六个电路，分别与六路扩展平台的六路通道相连接，六个电路为可插拔式的电路板，通过切换指令选择通道及其被控对象，在上位机分别设计相应的程序，实现电路的数据分析与显示；所述的摄像头拖动电机控制模块与电机模块连接，由电机模块驱动运行；

所述附属设备包括摄像头和电机模块，用来实现摄像头的移动和图像的采集，所述的摄像头与上位机连接，电机模块与六路扩展平台连接。

2.根据权利要求1所述的一种远程测控系统平台，其特征在于，所述的摄像头为定焦摄像头，定焦摄像头固定在皮带上，电机模块带动皮带运动，通过控制皮带运动使摄像头在水平和垂直方向移动；所述的水平方向的移动位置固定，由通道的切换指令控制，所述的垂直方向的移动单独控制，保证摄像头能够将焦点对准被控对象，采集到清晰的图像。

3.根据权利要求1或2所述的一种远程测控系统平台，其特征在于，所述的六路通道分别接入自恢复保险丝，电压等级扩展模块连接在自恢复保险丝之后。

4.根据权利要求1或2所述的一种远程测控系统平台，其特征在于，所述数字信号扩展模块直接采用单刀八置模拟开关，选用其中六路完成信号切换；所述模拟信号扩展模块，选用模拟多路输出选择器，减少模拟开关对信号的影响。

5.根据权利要求3所述的一种远程测控系统平台，其特征在于，所述数字信号扩展模块直接采用单刀八置模拟开关，选用其中六路完成信号切换；所述模拟信号扩展模块，选用模拟多路输出选择器，减少模拟开关对信号的影响。

6.采用权利要求1-5任一所述的一种远程测控系统平台进行远程测控的方法，其特征在于以下步骤：

第一步，将六个被控对象接入六路扩展平台，将上位机、数据采集设备、六路扩展平台以及附属设备通过线缆连接，接通系统电源；

第二步，在上位机程序初始化，进行远程发布；

第三步，远程客户端获取初始数据，显示当前的六路扩展平台的各个通道接通状态和各个被控对象的名称及其详细介绍，申请控制权转接至远程客户端；

第四步，下位机将切换指令接收后，根据切换指令，控制附属设备工作，首先摄像头上升至最高位置，之后开始水平移动至被控对象正上方，由控制者调节摄像头下降，直到图像显示窗口的图像清晰，确认图像获取准备就绪；

第五步，下位机切换指令控制的模拟信号扩展模块，数字信号扩展模块，电源模块开始工作，即被控对象开始运行，同时，被控对象的运行数据不断被采集、处理，并以图表和数字的形式在远程客户端显示；

第六步，远程客户端发出针对被控对象的控制指令从而改变电路的运行状态，可以获取到新的运行状态下的运行数据；

第七步，完成被控对象的观测并获取到运行数据后，释放控制权，断开远程连接，至此，远程测控结束。