15 虛擬儀器技術(shù)

1、1.5 虛擬儀器器技術(shù) 通過過前面的介介紹，相信信對虛擬儀儀器已經(jīng)有有了基本的的了解，可可能也很想想在實際工工程中應用用一番。但但是如何才才能得到虛虛擬儀器呢呢？要想獲獲得虛擬儀儀器的使用用通常有兩兩種途徑： 一一是，由專專業(yè)的虛擬擬儀器系統(tǒng)統(tǒng)集成商提提供，他們們具有豐富富的、專業(yè)業(yè)的虛擬儀儀器開發(fā)技技能和經(jīng)驗驗。他們會會按照你的的要求為你你專門設(shè)計計開發(fā)虛擬擬儀器，并并可提供專專業(yè)級的維維護和升級級。這種方方式特別適適合儀器綜綜合技術(shù)性性能要求高高，而應用用面又比較較窄的情況況下。 二是，采采用虛擬儀儀器技術(shù)由由自己設(shè)計計實現(xiàn)，通通過學習和和實踐將自自己塑造成成為具有專專業(yè)虛擬儀儀器開發(fā)技技

2、能和經(jīng)驗驗的開發(fā)者者。只要掌掌握了一定定的虛擬儀儀器技術(shù)，就就可以按項項目要求自自行設(shè)計虛虛擬儀器。如果條件件成熟，甚甚至你也可可以發(fā)展成成為專業(yè)級級的虛擬儀儀器系統(tǒng)集集成商。 什么么是虛擬儀儀器技術(shù)？本節(jié)將介介紹什么是是虛擬儀器器技術(shù)以及及虛擬儀器器技術(shù)和虛虛擬儀器之之間的關(guān)系系。 1.5.11 虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)概述述 首先先要說明的的是：我們們之前所談談到的“虛虛擬儀器”概念和這這里所要介介紹的“虛虛擬儀器技技術(shù)”概念念是兩個完完全不同的的概念。虛虛擬儀器指虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)的具體應應用實例。通俗地講講：“虛擬擬儀器”是是“虛擬儀儀器技術(shù)”的產(chǎn)物或或結(jié)果。虛虛擬儀器技技術(shù)指指設(shè)計實現(xiàn)現(xiàn)虛擬儀

3、器器的設(shè)計方方法和高效效的開發(fā)環(huán)環(huán)境和硬件件體系架構(gòu)構(gòu)，包括軟軟、硬件之之間的有效效連接，是是一整套很很復雜的現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)集集合。 事實上上，美國NNI公司不不僅是虛擬擬儀器概念念的創(chuàng)建和和提出者，同同時還創(chuàng)造造、發(fā)明了了一整套虛虛擬儀器設(shè)設(shè)計、制造造方法被我們稱稱之為：虛虛擬儀器技技術(shù)。這其其中包括一一個開放的的、靈活的的虛擬儀器器軟件開發(fā)發(fā)環(huán)境以及及與軟件平平臺相適應應的硬件體體系架構(gòu)和和管理體系系。 NI公司司良好愿景景是：提供供完整的與與現(xiàn)代科學學技術(shù)同步步發(fā)展的虛虛擬儀器技技術(shù)，讓所所有科學家家和工程師師都能夠通通過虛擬儀儀器技術(shù)來來輕松地參參與并主宰宰工業(yè)自動動化測量和和應用。簡簡單

4、的講，采采用虛擬儀儀器技術(shù)將將降低科學學家和工程程師在工業(yè)業(yè)自動化測測量和應用用方面的門門檻。現(xiàn)在在，世界上上眾多的科科學家和工工程師借助助于NI公公司的圖形形化系統(tǒng)設(shè)設(shè)計平臺，徹徹底改變了了測試、測測量與控制制應用程序序的設(shè)計開開發(fā)。無論論是否有相相關(guān)的經(jīng)驗驗，工程師師和科學家家都能夠迅迅速、高效效地連接測測量與控制制硬件、分分析數(shù)據(jù)、共享結(jié)果果并發(fā)布最最新的應用用系統(tǒng)。 200多年來NNI公司始始終保持著著這樣的愿愿景，從來來未發(fā)生過過動搖和改改變。目前前，NI公公司也是全全球唯一一一個即可提提供圖形化化系統(tǒng)設(shè)計計開發(fā)平臺臺，又可提提供各種硬硬件模塊支支持的虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)專業(yè)制造造、開發(fā)

5、商商。這種軟軟、硬件都都來自同一一個公司的的好處是：軟件和硬硬件之間是是無縫鏈接接的，可以以充分發(fā)揮揮和利用軟軟、硬件的的全部技術(shù)術(shù)特性。當當然，最大大的受益者者應該還是是它的使用用者。 虛擬儀儀器技術(shù)發(fā)發(fā)展到今天天，NI公公司的宗旨旨就是結(jié)合合現(xiàn)代科學學技術(shù)不斷斷的改進和和提高虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)，并充分分利用各種種方式宣傳傳、指導和和推廣虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)的應用。比如：利利用網(wǎng)絡(luò)資資源無償?shù)牡奶峁┮曨l頻技術(shù)講座座、技術(shù)文文檔（技術(shù)術(shù)白皮書）、實例代碼碼、開辦社社區(qū)論壇等等。廣大工工程師和科科學家充分分利用這些些資源深入入探討、交交流虛擬儀儀器技術(shù)實實例代碼和和應用案例例，從而更更加促進了了虛擬儀

6、器器技術(shù)的不不斷發(fā)展。 NNI公司的的商業(yè)運作作模式是為為系統(tǒng)集成成商及科學學家和工程程師提供完完整的虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)，并為虛虛擬儀器技技術(shù)的應用用提供全方方位的技術(shù)術(shù)支持。當當然，這其其中包括一一些收費的的技術(shù)培訓訓和開發(fā)資資質(zhì)認證工工作。換句句話說，NNI公司在在提供虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)的同時，并并不參與虛虛擬儀器系系統(tǒng)集成的的具體業(yè)務務。這完全全符合虛擬擬儀器的基基本特點，由由用戶來定定義或設(shè)計計虛擬儀器器的測量功功能。唯一一的例外出出現(xiàn)在模塊塊化儀器方方面，為展展示虛擬儀儀器特點提提供一些應應用程序?qū)崒嵗?幾年來來，我們通通過在圖形形化系統(tǒng)設(shè)設(shè)計平臺上上不斷進行行虛擬儀器器設(shè)計和開開發(fā)的

7、實踐踐，已經(jīng)明明顯感覺到到自身技術(shù)術(shù)實力得到到穩(wěn)定地提提升。其實實，除了努努力學習之之外，找到到一個理想想的、適合合的工具圖形化化系統(tǒng)設(shè)計計平臺無疑疑是十分重重要的一個個因素。 實事事求是的講講，虛擬儀儀器技術(shù)是是一門綜合合性很強的的工程設(shè)計計、應用開開發(fā)技術(shù)，是是多種現(xiàn)代代科學技術(shù)術(shù)的完美融融合。正是是有了NII公司所提提供的完整整的虛擬儀儀器技術(shù)作作為全面的的支撐，虛虛擬儀器才才有了今天天的廣泛應應用。 為什么么總是在強強調(diào)NI公公司所提供供的虛擬儀儀器技術(shù)呢呢？我們先先看看虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)的基本構(gòu)構(gòu)成。虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)可以簡單單的分解為為以下幾個個主要部分分：虛擬儀儀器軟件開開發(fā)環(huán)境虛虛

8、擬儀器硬硬件體系架架構(gòu)虛擬儀儀器管理體體系架構(gòu) 世界界上有許多多公司也在在開發(fā)虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)，比如：各種硬件件模塊、分分析處理軟軟件等，但但是在這三三方面作的的性能最好好的、連接接最有效的的、系統(tǒng)級級的只有NNI公司。 NNI公司的的虛擬儀器器技術(shù)體系系架構(gòu)請參參見圖1.5.1-1。圖中中從上至下下分別是系系統(tǒng)管理軟軟件、三種種不同的開開發(fā)語言環(huán)環(huán)境、眾多多的硬件平平臺。 圖1.5.1-1 下面就就這幾部分分內(nèi)容做以以介紹，以以期大家能能夠?qū)μ摂M擬儀器技術(shù)術(shù)有一個更更加深入的的了解。 1.5.22 虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)之一虛擬儀器器軟件開發(fā)發(fā)環(huán)境 軟件件在虛擬儀儀器中的重重要性無須須再多說了了。

9、軟件指指為計算機機編寫的程程序集合，說說到程序也也必將涉及及到計算機機的編程語語言。虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)中的軟件件開發(fā)環(huán)境境應指針對對某種計算算機語言的的程序設(shè)計計、調(diào)試、發(fā)布等一一系列編程程環(huán)境。 其實實，虛擬儀儀器程序設(shè)設(shè)計，并非非一定要局局限在使用用那種特定定的計算機機語言上，現(xiàn)現(xiàn)有的許多多種計算機機編程語言言，比如：象C+、C、CC#、Jaava、VVB、VCC 等都可可以實現(xiàn)虛虛擬儀器的的程序設(shè)計計。但是縱縱觀虛擬儀儀器的發(fā)展展歷史，可可以說用于于虛擬儀器器程序設(shè)計計的最方便便、最好的的編程環(huán)境境還得說是是NII LabbVIEWW。這早已已經(jīng)獲得業(yè)業(yè)界的一致致公認。

10、NI LLabVIIEW NI LabVVIEW是NII公司200多年前推推出的一個個虛擬儀器器軟件開發(fā)發(fā)環(huán)境，現(xiàn)現(xiàn)已發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)已成為一一個符合工工業(yè)標準的的多平臺、多語言、多用途、一體化的的系統(tǒng)級虛虛擬儀器技技術(shù)軟、硬硬件開發(fā)環(huán)環(huán)境。 這其中中包括了LLabVIIEW 圖圖形化編程程語言在內(nèi)內(nèi)的虛擬儀儀器應用項項目管理、調(diào)試、運運行、發(fā)布布等等一整整套環(huán)節(jié)。 在虛虛擬儀器軟軟件開發(fā)環(huán)環(huán)境中，NNI Deevelooper Suitte（NII 開發(fā)者者套件）應應該是一個個最有效的的、開放的的、靈活的的、適應多多種需求的的虛擬儀器器軟件開發(fā)發(fā)平臺。其其中包括三三種不同的的計算機語語言環(huán)境：Laa

11、bVIEEW，LaabVIEEW是NII公司的旗旗艦產(chǎn)品。是強大、開放、圖圖形化的虛虛擬儀器軟軟件開發(fā)環(huán)環(huán)境（也是是本書要介介紹的主要要內(nèi)容）。由于LaabVIEEW采用的的是圖形化化的編程方方法，所以以無論是否否有過編程程經(jīng)驗的工工程師或科科學家使用用它時都可可以快速、高效地與與測量和控控制硬件通通信，并進進行數(shù)據(jù)分分析及處理理。LLabWiindowws/CVVI，它是是一種久經(jīng)經(jīng)驗證的AANSICC集成開發(fā)發(fā)環(huán)境，專專為習慣使使用C語言言的工程師師和科學家家提供用于于創(chuàng)建測試試和控制應應用的全套套編程工具具。NI LabWWindoows/CCVI兼有有ANSIIC的耐用用性、復用用性和

12、特定定的工程性性能，并適適用于于儀儀器控制、數(shù)據(jù)采集集、分析和和用戶界面面的開發(fā)。Meeasurremennt Sttudioo，是一個個專為Viisuall Stuudio 20055、Vissual Studdio .NET 20033和Vissual Studdio 66.0使用用者設(shè)計的的集成式套套件，它包包括用于測測試、測量量和自動化化等應用的的大量函數(shù)數(shù)類和控件件。Meaasureementt Stuudio提提供專為工工程師們所所設(shè)計的.NET和和ActiiveX用用戶界面控控件、先進進的科學分分析和為測測試應用而而優(yōu)化的數(shù)數(shù)據(jù)采集(DAQ)和儀器控控制類庫等等，從而大大大縮短了

13、了應用程序序的開發(fā)時時間。 Devvelopper SSuitee中還包括括其它核心心組件和一一些可定制制的專業(yè)工工具包以及及相應的驅(qū)驅(qū)動軟件，這這部分的內(nèi)內(nèi)容可以通通過NI公公司的網(wǎng)站站獲得，這這里就不多多談了。 盡管管NI公司司為不同的的虛擬儀器器愛好者提提供了不同同的虛擬儀儀器編程環(huán)環(huán)境LabbVIEWW，LabbWinddows/CVI， Meassuremment Studdio，但但受于本書書的內(nèi)容所所限，我們們還是以圖圖形化化編編程語言LLabVIIEW為表表述主體。 LabVVIEW LaabVIEEW是NII公司的旗旗艦產(chǎn)品，是是一種圖形形化的計算算機編程語

14、語言，這種種創(chuàng)新式的的編程語言言目前已經(jīng)經(jīng)發(fā)展成為為圖形化系系統(tǒng)設(shè)計平平臺。數(shù)百百萬工程師師和科學家家們使用 LabVVIEW圖圖形化編程程環(huán)境，借借助于直觀觀的圖標和和連線方法法來開發(fā)復復雜且類似似流程圖的的測量、測測試和控制制系統(tǒng)。LLabVIIEW既能能無可比擬擬地集成了了數(shù)千款硬硬件設(shè)備驅(qū)驅(qū)動，也能能通過上百百個內(nèi)置庫庫實現(xiàn)高級級分析和數(shù)數(shù)據(jù)的可視視化。LaabVIEEW平臺可可在多個目目標平臺和和操作系統(tǒng)統(tǒng)中擴展，所所以自19986年推推出后便成成為行業(yè)領(lǐng)領(lǐng)袖。 從最簡簡單的溫度度測量到對對全球最大大粒子加速速器的高速速控制，工工程師和科科學家們使使用LabbVIEWW圖形化系系統(tǒng)設(shè)

15、計平平臺已解決決諸多應用用難題。此此外，用戶戶還可將新新的LabbVIEWW項目整合合于現(xiàn)有系系統(tǒng)，因為為LabVVIEW幾幾乎能連接接任何測量量設(shè)備與設(shè)設(shè)計工具。 圖-1在LabVVIEW中中，還包括括了以下工工具包：NNI LaabVIEEW Siignall ExppresssDataabasee Connnecttivitty 工具具包Intterneet 工具具包Repport Geneeratiion ffor MMS Offficee 工具具包Advvanceed Siignall Proocesssing 工具包DDigittal FFilteer Deesign

16、n 工具包包PID and Fuzzzy Loogic 工具包DDataFFindeer 工具具包 在實際接接觸LabbVIEWW之前，我我們通常將將計算機應應用劃分為為軟件設(shè)計計和硬件設(shè)設(shè)計兩個體體系，即便便是在工程程設(shè)計應用用中也基本本上是這樣樣劃分的。虛擬儀器器的出現(xiàn)淡淡化了這兩兩部分間的的界限，因因為我們似似乎無須再再關(guān)注如何何進行硬件件設(shè)計，設(shè)設(shè)計的重點點已經(jīng)轉(zhuǎn)向向了軟件設(shè)設(shè)計方面。這對過去去一直從事事硬件電路路設(shè)計的工工程師而言言是一個難難以接受的的事實，因因為他們十十分懼怕程程序設(shè)計工工作。可是是基于圖形形化的編程程語言LabVVIEW的的發(fā)明幫助助我們解決決了這個問問題。這種種

17、圖形化的的編程方法法很適合我我們，很適適合我們的的工程應用用工作。特特別是它在在與硬件模模塊（NII的硬件模模塊）進行行有效連接接方面給于于了更有力力的支持。 在在這樣一個個平臺下，他他們所缺乏乏的應該只只有高效實實現(xiàn)測量任任務的“想想像力”。換句話說說，現(xiàn)在他他們將關(guān)心心的重點放放在了測量量任務的本本身，而不不是如何實實現(xiàn)測量的的問題。 1.5.33 虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)之二虛擬儀器器硬件體系系架構(gòu) 在虛虛擬儀器設(shè)設(shè)計中我們們似乎已經(jīng)經(jīng)回避了硬硬件設(shè)計的的問題，這這是因為NNI公司已已經(jīng)把這些些工作全部部承擔起來來了。NII作為全球球DAQ技技術(shù)與市場場的領(lǐng)先者者，提供了了基于各種種總線的產(chǎn)產(chǎn)品

18、系列（UUSB, PCI, PCII Exppresss, PXXI, PPXI EExpreess, wireelesss, annd Etthernnet等），并并不斷融合合最前沿的的商業(yè)技術(shù)術(shù)，打造一一個“數(shù)據(jù)據(jù)采集超市市”，讓工工程師們根根據(jù)自身應應用需求選選擇最適合合的一款，實實現(xiàn)工程創(chuàng)創(chuàng)新！ 圖1.5.3-1圖1.5.3-2 實際際上，NII提供的硬硬件產(chǎn)品幾幾乎涵蓋了了所有工業(yè)業(yè)應用領(lǐng)域域。 1.5.44 虛擬擬儀器技術(shù)術(shù)之三虛擬儀器器管理體系系架構(gòu)NI TeestSttand NI TTestSStandd是一個簡簡單易用的的測試管理理環(huán)境，用用于組織、控制以及及運行您的的自動化原原型開發(fā)、驗證以及及制造測試試系統(tǒng)。 使用NII TesstStaand，整整合使用您您擅長的編編程語言開開發(fā)的測試試程序，快快速構(gòu)建測測試序列。NI TTestSStan基基于一個高高速的多線線程執(zhí)行引引擎構(gòu)建，其其強大的性性能可以滿滿足您最苛苛刻的測試試吞吐量需需求。同時時該軟件它它是可完全全自定義的的，因此您您可以對它它進行 修修改與增強強，以滿足足各種特殊殊需求， 包括自定定義操作員員界面、生生成自定義義報告以及及修改序列列執(zhí)行需求求。使用NNI TeestSttand，您您可以將精精力集中在在測試一種種特定的產(chǎn)產(chǎn)品上，其其他諸如序序列化、執(zhí)執(zhí)行以及報報