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文檔簡介

1、現(xiàn)代檢測技術(shù) 虛擬儀器技術(shù) 精勤求學 敦篤勵志 果毅力行 忠恕任事現(xiàn)代檢測技術(shù) 虛擬儀器技術(shù) 精勤求學 敦篤勵志 果毅力虛擬儀器 第一代儀器:模擬儀器,如指針式萬用表等,它們的基本特征是采用模擬電子技術(shù),采用指針顯示結(jié)果;第二代儀器:數(shù)字化儀器,這類儀器把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,并以數(shù)字方式顯示為特征;第三代儀器:智能儀器,這類儀器的特征是內(nèi)置CPU,但CPU的作用大多用于儀器的控制,基本不用于數(shù)字信號處理;能夠進行信號分析處理的儀器非常復雜和昂貴。第四代儀器:虛擬儀器,這類儀器是計算機技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其主要特征是通過CPU進行數(shù)字信號處理,用軟件算法代替硬件實現(xiàn)儀器的測量功能,并

2、通過軟面板操控儀器和顯示測量結(jié)果。 虛擬儀器 第一代儀器:模擬儀器,如指針式萬用表等,它們的基虛擬儀器 虛擬儀器是在以通用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、其測試功能由軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。傳統(tǒng)儀器上的各種開關(guān)、旋鈕等由虛擬儀器面板上各種符號“控件”代替,對儀器的操作通過鼠標和鍵盤來完成;儀器的測試功能由編程實現(xiàn),可以將不同軟件模塊組合實現(xiàn)多種測試功能,“軟件即是儀器”。虛擬儀器 虛擬儀器是在以通用計算機為核心的硬件平臺上,由用 性能高 擴展性強 開發(fā)時間少 集成度高虛擬儀器的特點 性能高 虛擬儀器的特點 GPIBSerialDAQ被測信號VXI圖象采集運動控制P

3、XI虛擬儀器硬件:計算機、I/O接口設(shè)備計算機I/O接口設(shè)備虛擬儀器的構(gòu)成硬件 GPIBSerialDAQ被測信號VXI圖象采集運動控制PX PC-DAQ系統(tǒng):基于PC-DAQ組成虛擬儀器測控系統(tǒng),在計算機上插入數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡,并由驅(qū)動軟件驅(qū)動硬件,通過應(yīng)用程序構(gòu)建虛擬面板和發(fā)送通訊命令。如基于PCI總線的圖像采集系統(tǒng)。虛擬儀器的構(gòu)成硬件 PCI總線圖像采集卡實物圖 PC-DAQ系統(tǒng):基于PC-DAQ組成虛擬儀器測控系統(tǒng), 串口系統(tǒng):以Serial標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng)。基于USB2.0總線的高分辨數(shù)字圖像傳感器(1280*1024) 虛擬儀器的構(gòu)成硬件 串口系

4、統(tǒng):以Serial標準總線儀器與計算機為儀器平臺組 GPIB系統(tǒng):以GPIB標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng)?;赑CI總線的GPIB總線通信接口卡虛擬儀器的構(gòu)成硬件 GPIB系統(tǒng):以GPIB標準總線儀器與計算機為儀器平臺組 VXI系統(tǒng):以VXI標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng)。VXI總線集成儀器虛擬儀器的構(gòu)成硬件 VXI系統(tǒng):以VXI標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的 PXI系統(tǒng):以PXI標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng)。PXI總線集成儀器虛擬儀器的構(gòu)成硬件 PXI系統(tǒng):以PXI標準總線儀器與計算機為儀器平臺組成的虛擬儀器軟件包括2部分:1,

5、I/O接口儀器驅(qū)動程序: 完成特定外部硬件設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通信。 2,應(yīng)用程序 定義并實現(xiàn)虛擬儀器前面板功能; 定義并實現(xiàn)測試功能的流程圖軟件。另外,虛擬儀器軟件開發(fā)還需要選擇合適的工具,目前常用的開發(fā)工具包括:文本式編程語言:如Visual C+,LabWindows/CVI等;圖形化編程語言:如LabVIEW、HPVEE等。虛擬儀器的構(gòu)成軟件 虛擬儀器軟件包括2部分:另外,虛擬儀器軟件開發(fā)還需要選擇合適LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實驗室虛擬儀器工程平臺)內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能,為用戶

6、提供強大功能的同時還保證了系統(tǒng)靈活性。LabVIEW將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個環(huán)境中,讓用戶可以在自己的平臺上無縫地集成一套完整的應(yīng)用方案。 LabVIEW LabVIEW(Laboratory Virtual Ins用LabVIEW可以快速搭建并運行系統(tǒng),采集來自插入式板卡、USB接口設(shè)備或以太網(wǎng)系統(tǒng)的信號。這些數(shù)據(jù)采集功能包括: 用于調(diào)理原始數(shù)據(jù)的內(nèi)置通道配置 高速波形采集與發(fā)生(單個或連續(xù)波形) 精確并快速的單點模擬與數(shù)字I/O 高速數(shù)字量輸入輸出 用于脈沖生成、事件計數(shù)與周期測量的計數(shù)/定時器 這些I/O功能及各種專門的數(shù)據(jù)類型與測量分析VI子程序,是為了從物理傳感

7、器中快速并簡單地獲取數(shù)據(jù)或測量值而設(shè)計的。數(shù)據(jù)采集 用LabVIEW可以快速搭建并運行系統(tǒng),采集來自插入式板卡、LabVIEW 簡化了與各種儀器設(shè)備進行連接并通信的工作。 LabVIEW可以利用內(nèi)置的儀器I/O連接庫,迅速完成對GPIB接口、串口、以太網(wǎng)接口、PXI及VXI儀器的數(shù)據(jù)采集。 無需另外開發(fā)程序代碼,即可與來自150多個廠家的1400多種儀器進行通信;利用工業(yè)標準的設(shè)備驅(qū)動軟件增加系統(tǒng)性能與便攜性 。儀器驅(qū)動 LabVIEW 簡化了與各種儀器設(shè)備進行連接并通信的工作。儀National Instruments(NI)為自動測試與機器馬達控制應(yīng)用提供一整套工具選擇,包括運動控制軟件、

8、運動控制器與馬達驅(qū)動器,它們都可以無縫集成到應(yīng)用系統(tǒng)中。從簡單、重復的運動控制到互聯(lián)多軸運動控制,從實驗桌到生產(chǎn)線,都可以提供運動控制應(yīng)用方案??梢允褂肕otion Advisor幫助設(shè)計各種運動控制系統(tǒng)。 使用多軸運動控制器實現(xiàn)可靠的運動控制; 集成式運動控制解決方案; 簡單易用的運動控制軟件; 與140多種不同運動平臺(stage)的簡單連接。運動控制 National Instruments(NI)為自動測試與從模型環(huán)境到編程環(huán)境的快速轉(zhuǎn)換; 利用LabVIEW RT(實時)模塊在PXI平臺上配置嵌入式實時機器視覺系統(tǒng); 使用第三方的機器視覺部件; 以更低的生產(chǎn)生本完成復雜的圖像處理工作

9、; 幾百種機器視覺功能選擇; 與NI數(shù)據(jù)采集與運動控制設(shè)備的簡易集成; 圖像采集與機器視覺 從模型環(huán)境到編程環(huán)境的快速轉(zhuǎn)換; 圖像采集與機器視覺 內(nèi)帶400 多個分析處理工具,專門用于從采集到的原始數(shù)據(jù)中提取有用的信息,或用于測量數(shù)據(jù)分析并進行信號處理。諸如快速傅立葉變換(FFT)與頻率分析、信號發(fā)生、數(shù)學運算、曲線擬和、數(shù)據(jù)差補及時頻分析等。 提供集成式函數(shù)與附加工具包,專門用于測量分析與信號處理。用戶可以一邊采集數(shù)據(jù),一邊對這些測量數(shù)據(jù)進行分析,并提取有用信息、整理數(shù)據(jù),讓應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)做出決策。數(shù)據(jù)分析 內(nèi)帶400 多個分析處理工具,專門用于從采集到的原始數(shù)據(jù)中提用于測量分

10、析的LabVIEW附加工具包 LabVIEW階次分析工具套件 LabVIEW 信號處理套件 LabVIEW聲音與振動套件 LabVIEW視覺與圖像處理 用于控制、仿真與設(shè)計的LabVIEW 附加工具包 LabVIEW PID控制工具套件 LabVIEW 統(tǒng)計處理控制工具包 LabVIEW 仿真界面工具包 數(shù)據(jù)分析 用于測量分析的LabVIEW附加工具包 數(shù)據(jù)分析 包含一組完整的顯示工具,幫助用戶將數(shù)據(jù)顯示在應(yīng)用系統(tǒng)的界面中。這些工具包括圖形圖表及內(nèi)置2維和3維顯示工具。用戶可以隨時改動數(shù)據(jù)顯示方式,如顏色、字體大小、圖表類型等,同時還可以對圖表進行動態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放或拖動等操作。 在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布信息

11、 使用Microsoft Office工具生成報告 交互式數(shù)據(jù)管理(DIAdem軟件包) 數(shù)據(jù)發(fā)布 包含一組完整的顯示工具,幫助用戶將數(shù)據(jù)顯示在現(xiàn)代檢測技術(shù):虛擬儀器技術(shù)課件8684A100KHz1000MHz虛擬信號發(fā)生器8684A100KHz1000MHz虛擬信號發(fā)生器現(xiàn)代檢測技術(shù):虛擬儀器技術(shù)課件現(xiàn)代檢測技術(shù):虛擬儀器技術(shù)課件現(xiàn)代檢測技術(shù):虛擬儀器技術(shù)課件1,LabVIEW安裝;2,創(chuàng)建一個VI:NewgVI from templategTutorial (Getting Started)gGenerate and Display; 注意中間預覽框的內(nèi)容和右側(cè)對該VI的描述;3,運行和停

12、止程序。4,切換到程序框圖,Block Diagram,快捷鍵;5,了解VI程序框圖的組成要素:端口、節(jié)點、連線端口是數(shù)據(jù)流的源頭或終點,主要包括 前面板對象端口:從前面板輸入控制型控件獲取數(shù)據(jù),或向前面板輸出數(shù)據(jù); 常量端口:設(shè)置程序中數(shù)據(jù)運算所需的常量; 全局和局部變量端口:變量來自Structure子模板相應(yīng)圖標; DAQ端口:數(shù)據(jù)來自數(shù)據(jù)采集卡。用LabVIEW設(shè)計虛擬儀器 1,LabVIEW安裝;端口是數(shù)據(jù)流的源頭或終點,主要包括用節(jié)點是執(zhí)行“函數(shù)”、 “各種運算”等子程序的調(diào)用,主要包括A)函數(shù)節(jié)點:LabVIEW封裝好的函數(shù),供用戶調(diào)用。B)子VI節(jié)點:由LabVIEW提供或用戶

13、自己定義的子VI,可以訪問和修改。C)結(jié)構(gòu)節(jié)點:用來執(zhí)行結(jié)構(gòu)化程序控制命令,如“For Loop”,“Case”等。連線表示程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)走向。端口生成方式:A)在前面板放置控件B)先在流程圖窗口放置圖標,在接線頭右擊鼠標,用“create control”,”create indicator”等命令生成端口圖標。用LabVIEW設(shè)計虛擬儀器 節(jié)點是執(zhí)行“函數(shù)”、 “各種運算”等子程序的調(diào)用,主要包括連1,“Panel”(前面板)開發(fā)窗口 設(shè)計制作虛擬儀器前面板是將相關(guān)控件擺放到窗口中適當位置組成虛擬儀器前面板的過程。包括:主菜單、工具欄、控制模板等。 運行控制按鈕、字體、控件對

14、齊、控件分布、控件層疊、圖標編輯等。 上下文幫助窗口,有詳細和簡略兩種方式;加鎖。2,“Diagram”(流程圖)編輯窗口 流程圖是圖形化的源代碼,是儀器測試功能的圖形化表達。包括:主菜單、工具欄、功能模板。 高亮執(zhí)行、單步調(diào)試等。用LabVIEW設(shè)計虛擬儀器 LabVIEW基本開發(fā)環(huán)境 1,“Panel”(前面板)開發(fā)窗口2,“Diagram”(2)控制模板:位于前面板窗口,包括數(shù)字量、布爾量、字符串和路徑、數(shù)組與簇;表;圖;自定義控件等?!癈ontrol”類作為輸入,用于參數(shù)設(shè)置,邊框較粗;“Indicator”型作為輸出,用于結(jié)果顯示、儀器工作狀態(tài)指示等,邊框較細。3)功能模板:位于流程

15、圖窗口,包括結(jié)構(gòu)、數(shù)字量、布爾量、字符串、數(shù)組、簇、比較、時間與對話框、文件I/O、波形、分析、儀器I/O、聲音與圖形、通訊、選擇子VI、高級調(diào)用等。1)工具模板:工具自動選擇、操作工具、定位/尺寸/選擇、文本編輯、連線、快捷菜單、窗口滾動、斷點、探針、取色、著色。用LabVIEW設(shè)計虛擬儀器 LabVIEW模板 2)控制模板:位于前面板窗口,包括數(shù)字量、布爾量、字符串和路 在模板基礎(chǔ)上修改程序:1,在Simulate Signal 節(jié)點上雙擊鼠標,更改信號的類型、頻率和幅值等參數(shù);2,用Pointer Slide控制噪聲幅值;3,添加Signal Analysis模塊,選擇Arithmeti

16、c mean、Maximum、Minimum,并生成相應(yīng)的指示器(在端口上單擊右鍵,Create Numeric Indicator)。 4,調(diào)整控件的位置、名稱、顏色等;5,運行、保存程序。 LabVIEW幫助菜單 Show Context Help, Ctrl+H;自動出現(xiàn)光標所指對象的功能信息,可以鎖定或得到更詳細的信息。用LabVIEW設(shè)計虛擬儀器 在模板基礎(chǔ)上修改程序:1,在Simulate Signa軟測量儀器平臺 應(yīng)用需求與研究意義廣泛應(yīng)用于離線產(chǎn)品測量、檢驗,在線產(chǎn)品識別判定,生產(chǎn)過程裝備的實時控制;是提升傳統(tǒng)裝備使用效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強產(chǎn)品競爭力的重要途徑;

17、突破測控技術(shù)難題,提高測控儀器設(shè)備附加值;發(fā)達國家大力研究基于傳感器信息融合的軟測量理論方法、基于嵌入式技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)平臺、基于無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信等關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用;關(guān)鍵技術(shù)保密。軟測量儀器平臺 應(yīng)用需求與研究意義DAQ虛擬儀器系統(tǒng)硬件模型 DAQ虛擬儀器系統(tǒng)硬件模型 DAQ虛擬儀器平臺軟件關(guān)鍵技術(shù) WIN操作系統(tǒng) DAQ體系虛擬儀器硬件平臺硬件抽象層接口程序多線程低級同步程序內(nèi)核進程模式管理程序驅(qū)動程序服務(wù)及I/O管理程序WIN操作系統(tǒng)例程調(diào)用程序測控對象功能程序虛擬儀器軟件平臺人機交互界面程序內(nèi)核模式驅(qū)動程序虛擬儀器平臺抽象接口程序虛擬儀器軟件庫系列儀器系統(tǒng)軟件庫54321測控對象、 傳感器、執(zhí)行器、功率驅(qū)動、光源6軟測量算法程序庫DAQ虛擬儀器平臺軟件關(guān)鍵技術(shù) WIN操作系統(tǒng) DAQ體系虛擬儀器硬件平臺 PC+硬件功能板卡雷達數(shù)據(jù)顯示圖像獲取卡工業(yè)相機DAQ體系虛擬儀器硬件平臺 PC+硬件功能板卡雷達數(shù)據(jù)嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)平臺 硬件模型:ARM+DSP+FPGA+接口硬件嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)平臺

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