基于LabVIEW的远程实验数据采集系统设计

汪文蝶

摘要：为了满足高校数字电路实验室远程实验教学的需求，文章设计了基于LabVIEW的远程实验数据采集系统。该系统以示波器、函数信号发生器为远程数据采集对象，利用VISA驱动以及SCPI命令实现下位机的远程设置及数据采集，上位机采用LabVIEW设计登录和控制界面，并通过Socket通信技术实现上位机与下位机的双向通信。该系统可以实现用户远程登录管理、参数设置及数据采集。

关键词：实验数据采集；LabVIEW；SCPI命令；Socket；远程控制

中图分类号：TP311文献标志码：A

0 引言

随着远程教育和网络教学的不断发展，远程实验已成为高校实验教学不可或缺的组成部分。特别是在疫情期间，学生无法亲临实验室进行仪器操作。远程实验借助现代网络信息技术，通过远程操控仪器设备，获取实验数据并完成实验任务，摆脱了传统实验室在时间和空间上的限制。

为了应对这一挑战，四川师范大学数字电路实验室在2022年新购置了一批具备网络接口的仪器设备。这些设备不仅为学生提供了更为灵活的实验机会，还为远程操作提供了有力的支持。因此，本文设计了一套基于Web的LabVIEW远程数据采集系统，旨在实现对仪器设备的远程操控以及实验数据的实时获取。

近年来，基于LabVIEW的远程实验控制系统应运而生。董梦娇^[1]针对科研机构在仪器控制和管理方面存在的问题，设计开发了一套基于LabVIEW的实验仪器远程控制管理系统，实现了对多种仪器的远程控制和仪器的有序化管理。俞丙威等^[2]利用LabVIEW友好的人机交互性和强大的通信能力，开发了一款基于LabVIEW的示波器波形采集系统。王渝等^[3]设计了一套基于LabVIEW的多通道液位监控系统，以满足液位监控系统中的实时、多通道的需求。

根据上述设计思路，本研究设计了一种基于LabVIEW的远程实验数据采集系统。该系统实现了示波器和函数发生器的远程控制和数据采集，学生可以在任何时间、任何地点进行实验操作，解决了传统实验室受时间和空间限制的问题。

1 系统总体方案设计

1.1 设计需求

本设计的系统需求主要包括2个方面：一是用户系统登录功能，用户根据已设定的用户名和密码登录系统，并选择需要控制的实验仪器；二是远程控制实验仪器功能，该功能需要实现PC机与实验仪器之间的信息交互，实现PC机与实验仪器的双向通信，即PC机能够向实验仪器写入相关命令并读取实验仪器返回的信息。

1.2 方案设计

此次基于LabVIEW的远程数据采集系统的总体方案如下：通过LAN连接示波器、函数信号发生器和PC机，根据TCP/IP协议，通过Socket实现PC机与示波器和函数信号发生器的双向通信。系统搭建成功后，PC机通过Socket发送SCPI命令远程控制实验设备，实验设备接收命令并执行相应操作，并将操作结果通过Socket返回PC机，最终显示在基于LabVIEW设计的客户端界面上。基于LabVIEW的数据采集系统的总体设计方案如图1所示。

1.3 用户端总体设计方案

用户端主要利用LabVIEW的用户界面设计功能实现系统用户界面的设计，利用SCPI命令实现用户界面的相关功能。本设计数据采集系统的用户端主要包含3个部分：第一部分是系统用户的登录界面，登录界面主要负责权限管理，当用户成功登录后，系统进入远程控制仪器的跳转界面，继续访问后续的示波器控制界面和数字信号发生器控制界面；第二部分是仪器选择界面，负责跳转示波器远程控制界面和函数信号发生器远程控制界面；第三个部分是控制界面，分别为MDO-2202EG示波器控制界面和MFG-2260 M函数信号发生器控制界面，控制界面用于实现PC机与仪器设备之间的双向通信，通过相关的仪器编程手册所设定的SCPI命令对示波器和函数信号发生器进行远程控制。

2 远程数据采集系统的设计与实现

2.1 用户登录与仪器选择界面的设计与实现

用户登录界面主要由账户名输入框、账户密码输入框和系统登录按钮组成，用户输入相对应的用户名和密码后，点击系统登录按钮切换到所需的操作界面。远程数据采集系统的用户登录界面如图2所示。

选择远程控制的仪器界面主要由实现跳转到示波器远程控制界面的连接按钮和实现跳转到数字信号发生器的远程控制界面的连接按钮构成。仪器远程控制跳转界面主要通过用户点击界面上的按钮触发仪器远程控制界面跳转的功能，然后根据用户的具体请求，链接到相对应的仪器远程控制界面，实现仪器远程控制界面的跳转。远程控制仪器选择界面如图3所示。

2.2 远程控制界面的设计与实现

远程控制界面实现了与仪器面板按键类似的操作，比如：通道的选择、频率调制、幅值调制、仪器的本地控制和远程控制、相位调制以及占空比的选择等。远程控制界面如图4所示。

3 实现效果

3.1 仪器连接

在对本文设计的基于LabVIEW远程数据采集系统进行调试时，首先需要对系统与示波器、函数发生器的连接进行验证，通过PC命令提示符来简单地验证PC与示波器、函数信号发生器是否连接成功。验证连接成功以后，系统利用NIMAX的VISA测试面板输入相对应的仪器标识查询SCPI命令，对示波器、函数信号发生器的Socket功能进行验证。在确保Socket功能正常的情况下，进行下一步的系统登录功能验证以及数据采集系统的远程控制功能的验证。

3.2 远程控制界面功能验证

以示波器为例，在连接示波器与PC后，系统进入示波器远程控制界面，选择已经在NIMAX配置好的示波器通信地址，点击相应的控制按钮，使示波器做出响应。如：在选择通道时，用户可以通过控制界面上的通道按钮对示波器通道进行“选择”的控制；在对控制界面的耦合、探针比例、垂直范围进行设置后，示波器界面也会出现所设置的数据波形；当按下控制界面的停止按钮时，控制界面将停止采集示波器的波形。

4 结语

本文设计了基于LabVIEW的远程数据采集系统，实现了对数字示波器和函数发生器的远程数据采集。首先，所提设计方案实现了用户的登录管理；然后，利用Socket建立多功能混合域示波器、函数信号发生器与PC的双向通信；最后，采用编程手册中相对应的SCPI命令实现对示波器、函数信号发生器的远程控制。实验结果表明，本文所设计的基于LabVIEW、Socket的数据采集系统能够对实验室中的示波器进行基础的远程操作，如：控制示波器的通道选择，控制示波器的波形的垂直范围、耦合等。此设计的实现为四川师范大学数字电路实验室的远程实验教学提供了有力的支撑。

参考文献

[1]董梦娇.基于LabVIEW的实验室仪器远程控制管理系统[D].济南：山东大学，2019.

[2]俞丙威，王宇霄，王飞，等.基于LabVIEW的示波器波形采集系统的设计[J].科技与创新，2023（20）：97-98.

[3]王渝，赵宇梵，张浩男.基于LabVIEW的多通道液位监控系统[J].电子设计工程，2024（3）：97-100.

（编辑 沈 强编辑）

Design of a remote laboratory data acquisition system based on LabVIEW

Wang  Wendie

（Sichuan Normal University， Chengdu 610000， China）

Abstract： In order to meet the needs of remote experimental teaching in digital circuit laboratories in universities， this article designs a remote experimental data acquisition system based on LabVIEW. The system utilizes Socket communication technology to establish the bidirectional communication between the system and the oscilloscope/function signal generator. The remote control of oscilloscope/function signal generator is achieved through the use of VISA drivers and SCPI commands. The proposed system allows users to remotely log in， manage， configure parameters， and collect data.

Key words： laboratory data acquisition; LabVIEW; SCPI commands; Socket; remote control