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| 對(duì)于自動(dòng)化儀器儀表技藝的研發(fā) |
| 一、虛擬儀器技術(shù)概述
1.虛擬儀器技術(shù)
虛擬儀器（VI）技術(shù)是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于測(cè)試儀器之中，利用良好的虛擬儀器軟件平臺(tái)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和豐富的圖形顯示功能，在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板，用戶通過鍵盤和鼠標(biāo)操縱面板上的虛擬開關(guān)、旋鈕、按鍵等，了解儀器的狀態(tài)、讀取并打印測(cè)試結(jié)果等。
虛擬儀器的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在軟件就是儀器的思想，它對(duì)特定的軟件支持取代了相應(yīng)的電子線路，充分利用計(jì)算機(jī)軟硬件資源，用計(jì)算機(jī)完成傳統(tǒng)儀器硬件的部分甚至全部功能。它是傳統(tǒng)儀器功能和外形的模塊化和軟件化。
虛擬儀器技術(shù)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能測(cè)試技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP）、圖形處理技術(shù)、模板及總線的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和高速專用電路（ASIC）制造技術(shù)等。虛擬儀器是建立在標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化、積木化的硬件和軟件平臺(tái)上的一個(gè)完全開放的系統(tǒng)。
2.虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較
虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用所形成的一種全新的儀器設(shè)計(jì)概念，它與傳統(tǒng)儀器比較有很多優(yōu)點(diǎn)：
?。?）性價(jià)比高。
（2）“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫。傳統(tǒng)儀器功能比較單一化，如示波器、信號(hào)發(fā)生器、電壓表等常規(guī)儀表都是為完成特定的一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能而設(shè)計(jì)制造的，顯然傳統(tǒng)儀器無法滿足現(xiàn)代儀器儀表微型化、集成化和智能化的要求。而虛擬儀器順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，通過“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫方案，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器無法實(shí)現(xiàn)的測(cè)量要求。所謂“測(cè)試集成”和虛擬儀器庫方案，就是將多種測(cè)試儀器的測(cè)試功能軟件化，將每一種測(cè)試功能存儲(chǔ)到一個(gè)VI里，形成一個(gè)測(cè)試庫，這樣以一臺(tái)計(jì)算機(jī)為核心的虛擬儀器便具備了多種測(cè)試功能。
?。?）用戶具有更高的參與性。參與性主要體現(xiàn)在用戶可以參與儀器的設(shè)計(jì)、制造、維修等全過程。傳統(tǒng)儀器中硬件決定儀器的思想，使得用戶很難參與儀器的設(shè)計(jì)與制造。
?。?）智能化程度高。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器，其軟件具有強(qiáng)大的分析、計(jì)算、邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理功能，可以在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)普通儀器的智能專家系統(tǒng)。
（5）界面友好，使用方便。數(shù)臺(tái)儀器及儀器的功能顯示于虛擬儀器面板上，用鼠標(biāo)即可完成一切操作。
（6）儀器功能選擇、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示均能通過友好對(duì)話進(jìn)行。
二、虛擬儀器的組成
通用虛擬儀器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案框圖。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GBIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器控制系統(tǒng)、PXI儀器控制系統(tǒng)，以及四者之間的任意組合。
1.硬件組成
通常虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)硬件組成如下：以通用計(jì)算機(jī)為核心，外圍是被測(cè)部件、傳感器部件、信號(hào)調(diào)理及信號(hào)采集部件（如外置或內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡、圖形圖像采集卡、攝像機(jī)及用于輔助測(cè)量并能與計(jì)算機(jī)通訊的常規(guī)儀器等）。數(shù)據(jù)采集卡可以是通用的，也可以是NI公司生產(chǎn)的專用數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡的選擇至關(guān)重要，它直接影響到測(cè)試系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)的精度和儀器的性能價(jià)格比。
2.軟件組成
系統(tǒng)的軟件通常使用專用的虛擬儀器開發(fā)言語（如LabVIEW）編寫而成。它應(yīng)完成數(shù)據(jù)的采集與控制、數(shù)據(jù)的分析與數(shù)據(jù)的表達(dá)等功能。在設(shè)計(jì)中可采用2所示的結(jié)構(gòu)化進(jìn)程編寫系統(tǒng)軟件。在結(jié)構(gòu)化進(jìn)程中將應(yīng)用程序分為三個(gè)層次：
?。?）設(shè)備驅(qū)動(dòng)層。對(duì)于數(shù)據(jù)的采集與控制，由于涉及硬件操作，需要相應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)程序。在NI公司出售的數(shù)據(jù)采集卡直接支持LabVIEW。
LabVIEW軟件能提供近600種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
?。?）測(cè)試程序?qū)?。其功能是設(shè)置各儀器的參數(shù)并采集數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理，最后計(jì)算出結(jié)果。
?。?）用戶程序?qū)印４藢用孳浖c用戶需求密切相關(guān)，其主要功能為：為用戶提供各類測(cè)試儀器的虛擬界面；為完成特定的測(cè)試任務(wù)，調(diào)用各個(gè)儀器，管理測(cè)試程序，等等。
3.虛擬儀器的儀用總線
在虛擬儀器硬件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)是：如何為完成測(cè)試功能選取理想的接口總線。當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括RS232行總線、GBIB總線、VXI總線、PXI/PGI總線和現(xiàn)在在PG機(jī)上廣泛采用的IEEE1394總線和USB通用串行總線。
三、虛擬儀器開發(fā)舉例采用虛擬儀器技術(shù)，例如以通用PG機(jī)為核心，A/D、D/A卡為接口，LabVIEW為軟件平臺(tái)的智能化數(shù)學(xué)儀器。該儀器具有以下幾種傳統(tǒng)儀器的功能：數(shù)據(jù)采集、示波器、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、頻率計(jì)、數(shù)字萬用表等。
該智能化儀器的特點(diǎn)是：更新了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式，儀器界面友好，操作簡(jiǎn)單、安全；靈活，成本低，有利于資源共享，提高了設(shè)備的利用率；運(yùn)用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，有利于對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力和綜合能力的培養(yǎng)。
| | | 來源： 時(shí)間：2011-9-28 16:09:16 |  |
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