基于LabVIEW的导航台站远程监控设计

黄榕生

（中国民用航空珠海进近管制中心，广东珠海，519000）

0 引言

九洲导航台位于珠海市九洲岛上，由于远离陆地，对导航台的生产及相关设备建立起远程监控存在必要性，为值班人员在实时掌握设备信息和设备维护方面提供技术帮助。本文详细阐述了利用LabVIEW虚拟仪器平台提供的各种函数和控件，对九洲导航台的导航设备及其附属动力设备进行远程监控，提供设备参数信息及告警记录。

1 系统组成

九洲导航台远程监控系统由软件和硬件共同配合完成监控功能。上位机监控软件发送的控制命令通过传输网送至九洲导航台，经过接口转换对设备进行信息采集及控制，从设备采集得到的数据经过接口转换后通过传输网上传到上位机监控软件完成数据分析，实现对九洲导航台DVOR、DME导航设备及柴油发电机组等附属动力设备的远程监控。系统设计框图如图1所示。

图1 系统设计框图

1.1 导航及附属动力设备

导航设备包括一套VRB-52D型DVOR和一套LDB-102型DME。附属动力设备包括三台威尔逊柴油发电机组、艾默生充电机和科士达逆变器。九洲导航台没有引接市电，由柴油发电机组输出交流电，然后通过充电机整流及逆变器逆变，为台站生产设备及生活提供电能。

1.2 监控模块

监控模块包括柴油发电机组的EMC模块、艾默生充电机的M500S模块及导航设备的NMP板，是界于MOXA串口服务器和监控设备之间的模块，具有把采集得到的设备参量上传到串口服务器及对串口服务器下传的指令进行响应的功能。

1.3 MOXA串口服务器

通过MOXA串口服务器，把采集得到的设备参量由RS485或RS232接口信息转换成以太网接口信息接入传输网，实现设备参量从九洲导航台到上位机监控软件的远距离传输，把上位机监控软件发送的命令由以太网接口信息转换成串口信息送往设备，实现对导航设备及其附属动力设备的信息采集和设备控制。

1.4 上位机

上位机监控软件由LabVIEW设计编程，通过对Nport Administrator映射生成的虚拟串口进行读写操作，实现对九洲导航台导航设备及其附属动力设备的状态参量的读取及控制命令的写入。

2 软件设计

LabVIEW是美国NI公司推出的一种基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境，是图形化编程语言——G语言的可视化开发平台[1]。上位机监控软件以LabVIEW2018版作为开发工具，依据九洲导航台导航设备及其附属动力设备种类一对一建立监控子VI，并以单个布尔状态量表示单台设备状态形式在总状态子VI对所监控设备进行一体化显示。软件架构图如图2所示。

图2 软件架构图

2.1 子面板技术

主VI采用子面板作为容器，实现在主VI的前面板调用显示子VI界面，调用过程中与子VI的更新保持同步。主VI初始化时调用“运行VI”方法于后台启动设备监控子VI，while循环中调用“删除VI”方法卸载当前子面板控件中的子VI而不改变子VI运行状态，通过“插入VI”方法在子面板中加载新的子VI。运用子面板技术，能够简化程序模块化过程，避免各个子VI之间发生耦合，对于界面设计而言，子面板替代弹出式窗口也避免出现多个窗口相互重叠的情况。

2.2 生产者/消费者设计模式

生产者/消费者设计模式基于“主/从”模式，用于解耦数据产生速率和数据使用速率不同的流程。生产者框图与消费者框图之间采用队列传递数据，数据队列基于先进先出理论，具有数据缓冲的作用。本程序子VI采用生产者/消费者设计模式，其中数据队列传递枚举类型的逻辑命令以提高程序可读性和逻辑清晰度。生产者框图中的事件结构设置两类分支：用于需要重复性执行的逻辑命令入队列的超时分支以及人机界面按键响应分支，消费者框图中的条件结构根据不同的出队列逻辑命令实现命令发送、数据接收、分析及按键响应等功能。

2.3 功能全局变量

功能全局变量用于在不同VI之间传递数据，在LabVIEW中是一类代码结构相似的VI，其主体是一个执行一次即终止运行的while循环，循环体边框嵌入成对的未连接初始化输入参量的移位寄存器。每次这类VI运行时，移位寄存器里存储的是上一次VI终止运行时的数据，以此实现数据在程序全局范围内的保存及传递。本程序监控子VI设备参数经过状态诊断后以布尔状态量形式把设备运行状态写入功能全局变量，然后在总状态子VI读取出布尔数据，实现导航设备及其附属动力设备状态参量在同一界面的一体化显示。

2.4 数据库应用

本程序利用LabVIEW数据库链接工具包连接Access数据库来存储及查询设备异常参数。在DB Tools Open Connection.vi的连接信息端根据应用程序类别是开发时环境还是运行时环境建立连接字符串，并由返回量得到数据库连接引用。把当前时间标识通过“格式化日期/时间字符串”函数转化成的指定格式字符串连接到DB Tools Insert Data.vi的数据插入端，实现设备异常时的时间记录。DB Tools Select Data.vi根据条件输入端的时间或关键字返回一个二维数组形式的数据库变体，然后通过Data Variant to Data Function函数转化成字符串表格显示。在每次的数据库写入或读取操作结束后通过DB Tools Close Connection.vi释放连接引用。

2.5 状态诊断

设备参数上下限预置在.ini文件中，根据设备种类设置段名，按设备运行标准设置上下限数值作为键值。监控设备子VI初始化时通过Open Config Data.vi打开独立于LabVIEW平台的.ini配置文件中的配置数据的引用。Read Key.vi读取由Open Config Data.vi输出的引用句柄指定的配置数据中的键值，键值读取结束时通过Close Config Data.vi释放引用。在消费者框图中采集得到的设备参数通过与相应键值比较来完成设备状态的诊断。

2.6 告警音播报

本程序告警音播报功能基于TTS文本语音转换技术，利用微软语音包Microsoft Speech SDK进行编程。通过在“打开自动化”函数输入端选择ActiveX类为SpeechchLib.ISpeechVoice，由输出端返回自动化引用句柄，利用ISpeechVoice属性节点Rate、Volume属性设置告警音语速和音量，然后在调用节点Speak方法的Text输入端连接告警字符串，实现告警字符串到语音的转换。当状态诊断发现设备参数超过.ini文件中预置的上下限数值的情况时，会触发事件结构进行告警音播报。软件主界面图如图3所示。

图3 软件主界面图

3 Web发布

LabVIEW Web服务器发布网页可以使用内置函数发布和Web发布工具发布两种方法[2]。本程序使用Web发布工具将主VI前面板发布到网页。实现Web发布功能需在LabVIEW主菜单“工具＞选项”的弹框中选择Web服务器，启用远程前面板服务器并设置HTTP端口。在“工具＞Web发布工具”的弹框中选择主VI作为网页显示图像，并设置查看模式为内嵌模式。通过内嵌模式，能够提供客户端远程控制主VI前面板的功能。利用Web发布，用户能够在同一局域网的远程终端通过网页访问来对监控程序进行查看及控制。

4 结语

本文基于LabVIEW平台设计导航台站远程监控系统，利用串口服务器将九洲导航台导航设备及其附属动力设备接入局域网，进行统一集中监控。在软件设计方面，利用子面板技术进行界面显示，生产者/消费者模式实现控制命令和数据采集分析的同步化操作，功能全局变量用于数据传递，并提供记录、语音播报功能。程序通过LabVIEW平台的Web发布工具能够实现在同一局域网内的网页访问。结果表明该系统能对九洲导航台DVOR、DME导航设备及其附属动力设备参数进行实时的监控，为值班人员进行设备巡视和维护提供技术支持。