傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ) 第19章 虛擬儀器

1、第19章虛擬儀器19.1 概述19.1.1虛擬儀器的基本概念虛擬儀器就是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)虛擬儀器是利用計算機顯示器模擬傳統(tǒng)儀器控制面板，以多種形式輸出檢測結(jié)果；利用計算機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理；利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng) VI內(nèi)部功能劃分 采集與控制插入式數(shù)據(jù)采集GPIB儀器VXI儀器RS-232儀器數(shù)據(jù)分析數(shù)字信號處理數(shù)字濾波統(tǒng)計數(shù)字分析數(shù)據(jù)表達網(wǎng)絡(luò)硬拷貝輸出文件I/O圖形用戶接口19.1.2 虛擬儀器的構(gòu)成與特點虛擬儀器由通用儀器硬件

2、平臺（簡稱硬件平臺）和應(yīng)用軟件兩個部分構(gòu)成 虛擬儀器的硬件平臺一般分為計算機硬件平臺和測控功能硬件（I/O接口設(shè)備） 虛擬儀器的硬件構(gòu)成框圖 被測信號數(shù)據(jù)采集卡GPIB接口儀器串行接口儀器/PLCVXI模塊LabviewLabwindows其它軟件開發(fā)平臺PC/工作站信號調(diào)理GPIB接口卡現(xiàn)場總線設(shè)備其他計算機硬件虛擬儀器軟件主要由兩部分組成，即應(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動程序應(yīng)用程序主要包括實現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序和定義測試功能的流程圖軟件程序I/O接口儀器驅(qū)動程序主要完成特定外部硬件設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通訊最核心的思想：利用計算機的硬件/軟件資源，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），

3、以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能與靈活性 虛擬儀器的特點 虛擬儀器可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。虛擬儀器憑借計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制，增強了傳統(tǒng)儀器的功能在通用硬件平臺確定后，虛擬儀器可以由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能。虛擬儀器的功能可以由用戶根據(jù)需要通過軟件自行定義，而不是由廠家事先定義，增加了系統(tǒng)靈活性。儀器性能的改進和功能擴展只需要更新相關(guān)軟件設(shè)計，而不需購買新的儀器，節(jié)省了資源。研制周期較傳統(tǒng)儀器大為縮短虛擬儀器是基于計算機的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，可隨計算機同步發(fā)展 19.1.3 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用工

4、業(yè)自動化 儀器產(chǎn)業(yè)改造 實驗室應(yīng)用 19.1.4 虛擬儀器的整體設(shè)計確定所用儀器或設(shè)備的接口形式 確定所選擇的接口卡是否具有設(shè)備驅(qū)動程序 確定應(yīng)用管理程序的編程語言 編寫用戶的應(yīng)用程序 調(diào)試運行應(yīng)用程序 19.2 虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 19.2.1 LabWindows/CVI 是美國NI公司開發(fā)的32位面向計算機測控領(lǐng)域的軟件開發(fā)平臺，可以在多種操作系統(tǒng)（如Windows98/NT/2000/XP，Mao OS和UNIX）下運行以ANSI為核心，將功能強大、使用靈活的C語言平臺與數(shù)據(jù)采集、分析和表達等測控專業(yè)工具有機地結(jié)合起來它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的功能面板和庫函數(shù)大大增強

5、了C語言的功能，為熟悉C語言人員提供了一個理想的開發(fā)檢測、數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控等系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境 LabWindows/CVI編程環(huán)境 菜單區(qū)編譯區(qū)函數(shù)庫區(qū)工程列表區(qū)用LabWindows/CVI設(shè)計虛擬儀器的步驟 制定程序的基本方案根據(jù)任務(wù)確定程序的基本框架、程序界面、程序中所需的函數(shù)等。創(chuàng)建用戶圖形界面根據(jù)第一步制定的方案創(chuàng)建用戶圖形及回調(diào)函數(shù)名。創(chuàng)建工程文件并運行把頭文件、用戶圖形界面文件、源代碼文件添加到工程文件中去，完成整個程序的編制。編譯，調(diào)試程序。程序源代碼的編制計算機自動生成程序代碼及回調(diào)函數(shù)的基本框架。添加函數(shù)代碼，完成源代碼的編制工作。19.2.2 LabVIEW提供了一種

6、程序開發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，使用圖形化編程語言（G語言）編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖形式，有一個可完成多種編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫 采用LabVIEW編程的應(yīng)用程序，通常被稱為虛擬儀器程序（Virtual Instruments），簡稱虛擬儀器（VIs）。它主要由前面板（Front Panel）、框圖程序（Block Diagram）以及圖標(biāo)和連結(jié)器窗格（Icon and Connector）三部分組成 LabVIEW的編程環(huán)境 LabVIEW是一個多功能的集成編程環(huán)境。它主要由前面板窗口和框圖程序窗口組成。其中，前面板窗口用于編輯和顯示前面板對象?？驁D程序窗口用于編輯和顯示框圖程序

7、（程序代碼）。兩個窗口都由相應(yīng)菜單和工具欄組成，其中菜單是相同的，框圖程序窗口的工具欄增加了用于程序調(diào)試的按鈕 LabVIEW程序設(shè)計的一般過程 一個完整的VI程序由3部分組成：前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接口，因此一個VI程序設(shè)計主要包括前面板的設(shè)計、框圖程序的設(shè)計以及程序的調(diào)試 根據(jù)實際中的儀器面板以及該儀器所能實現(xiàn)的功能來設(shè)計前面板。前面板主要由輸入控制器（Control）和輸出指示器（Indicator）組成。用戶可以利用控制模板以及工具模板來添加輸入控制器和輸出指示器使用控制器可以輸入數(shù)據(jù)到程序中，而指示器則可用來顯示程序產(chǎn)生的結(jié)果 19.3 虛擬儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)19.3.1 基于LabWindows/CVI的數(shù)據(jù)采集 LabWindows/CVI獲取數(shù)據(jù)的方法是通過對I/O接口設(shè)備的驅(qū)動來完成的通過數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)是虛擬儀器獲取數(shù)據(jù)的渠道之一，也是構(gòu)成虛擬儀器的最基本方式通過數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)的虛擬儀器稱為PCDAQ卡式儀器。數(shù)據(jù)采集卡為I/O接口設(shè)備，對I/O接口設(shè)備的驅(qū)動是通過相應(yīng)的庫函數(shù)