現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)課件

1、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 虛擬儀器技術(shù) 精勤求學(xué) 敦篤勵(lì)志 果毅力行 忠恕任事現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 虛擬儀器技術(shù) 精勤求學(xué) 敦篤勵(lì)志 果毅力虛擬儀器 第一代儀器：模擬儀器，如指針式萬(wàn)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(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，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(hào)處理；能夠進(jìn)行信號(hào)分析處理的儀器非常復(fù)雜和昂貴。第四代儀器：虛擬儀器，這類儀器是計(jì)算機(jī)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(guò)CPU進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，用軟件算法代替硬件實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)量功能，并

2、通過(guò)軟面板操控儀器和顯示測(cè)量結(jié)果。 虛擬儀器 第一代儀器：模擬儀器，如指針式萬(wàn)用表等，它們的基虛擬儀器 虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、其測(cè)試功能由軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。傳統(tǒng)儀器上的各種開(kāi)關(guān)、旋鈕等由虛擬儀器面板上各種符號(hào)“控件”代替，對(duì)儀器的操作通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤來(lái)完成；儀器的測(cè)試功能由編程實(shí)現(xiàn)，可以將不同軟件模塊組合實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試功能，“軟件即是儀器”。虛擬儀器 虛擬儀器是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用 性能高 擴(kuò)展性強(qiáng) 開(kāi)發(fā)時(shí)間少 集成度高虛擬儀器的特點(diǎn) 性能高 虛擬儀器的特點(diǎn) GPIBSerialDAQ被測(cè)信號(hào)VXI圖象采集運(yùn)動(dòng)控制P

3、XI虛擬儀器硬件：計(jì)算機(jī)、I/O接口設(shè)備計(jì)算機(jī)I/O接口設(shè)備虛擬儀器的構(gòu)成硬件 GPIBSerialDAQ被測(cè)信號(hào)VXI圖象采集運(yùn)動(dòng)控制PX PC-DAQ系統(tǒng)：基于PC-DAQ組成虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)上插入數(shù)據(jù)采集（DAQ）卡，并由驅(qū)動(dòng)軟件驅(qū)動(dòng)硬件，通過(guò)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(shí)物圖 PC-DAQ系統(tǒng)：基于PC-DAQ組成虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)， 串口系統(tǒng)：以Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組 GPIB系統(tǒng)：以GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組 VXI系統(tǒng)：以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組成的 PXI系統(tǒng)：以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)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(dòng)程序： 完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。 2，應(yīng)用程序 定義并實(shí)現(xiàn)虛擬儀器前面板功能； 定義并實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的流程圖軟件。另外，虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)還需要選擇合適的工具，目前常用的開(kāi)發(fā)工具包括：文本式編程語(yǔ)言：如Visual C+，LabWindows/CVI等；圖形化編程語(yǔ)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(kāi)發(fā)還需要選擇合適LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，為用戶

6、提供強(qiáng)大功能的同時(shí)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(gè)環(huán)境中，讓用戶可以在自己的平臺(tái)上無(wú)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(yùn)行系統(tǒng)，采集來(lái)自插入式板卡、USB接口設(shè)備或以太網(wǎng)系統(tǒng)的信號(hào)。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(gè)或連續(xù)波形） 精確并快速的單點(diǎn)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(jì)數(shù)與周期測(cè)量的計(jì)數(shù)/定時(shí)器 這些I/O功能及各種專門的數(shù)據(jù)類型與測(cè)量分析VI子程序，是為了從物理傳感

7、器中快速并簡(jiǎn)單地獲取數(shù)據(jù)或測(cè)量值而設(shè)計(jì)的。數(shù)據(jù)采集 用LabVIEW可以快速搭建并運(yùn)行系統(tǒng)，采集來(lái)自插入式板卡、LabVIEW 簡(jiǎn)化了與各種儀器設(shè)備進(jìn)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(kù)，迅速完成對(duì)GPIB接口、串口、以太網(wǎng)接口、PXI及VXI儀器的數(shù)據(jù)采集。 無(wú)需另外開(kāi)發(fā)程序代碼，即可與來(lái)自150多個(gè)廠家的1400多種儀器進(jìn)行通信；利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件增加系統(tǒng)性能與便攜性 。儀器驅(qū)動(dòng) LabVIEW 簡(jiǎn)化了與各種儀器設(shè)備進(jìn)行連接并通信的工作。儀National Instruments（NI）為自動(dòng)測(cè)試與機(jī)器馬達(dá)控制應(yīng)用提供一整套工具選擇，包括運(yùn)動(dòng)控制軟件、

8、運(yùn)動(dòng)控制器與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，它們都可以無(wú)縫集成到應(yīng)用系統(tǒng)中。從簡(jiǎn)單、重復(fù)的運(yùn)動(dòng)控制到互聯(lián)多軸運(yùn)動(dòng)控制，從實(shí)驗(yàn)桌到生產(chǎn)線，都可以提供運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用方案。可以使用Motion Advisor幫助設(shè)計(jì)各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。 使用多軸運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)可靠的運(yùn)動(dòng)控制； 集成式運(yùn)動(dòng)控制解決方案； 簡(jiǎn)單易用的運(yùn)動(dòng)控制軟件； 與140多種不同運(yùn)動(dòng)平臺(tái)（stage）的簡(jiǎn)單連接。運(yùn)動(dòng)控制 National Instruments（NI）為自動(dòng)測(cè)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(shí)時(shí))模塊在PXI平臺(tái)上配置嵌入式實(shí)時(shí)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)； 使用第三方的機(jī)器視覺(jué)部件； 以更低的生產(chǎn)生本完成復(fù)雜的圖像處理工作

9、； 幾百種機(jī)器視覺(jué)功能選擇； 與NI數(shù)據(jù)采集與運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的簡(jiǎn)易集成； 圖像采集與機(jī)器視覺(jué) 從模型環(huán)境到編程環(huán)境的快速轉(zhuǎn)換； 圖像采集與機(jī)器視覺(jué) 內(nèi)帶400 多個(gè)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(cè)量數(shù)據(jù)分析并進(jìn)行信號(hào)處理。諸如快速傅立葉變換（FFT）與頻率分析、信號(hào)發(fā)生、數(shù)學(xué)運(yùn)算、曲線擬和、數(shù)據(jù)差補(bǔ)及時(shí)頻分析等。 提供集成式函數(shù)與附加工具包，專門用于測(cè)量分析與信號(hào)處理。用戶可以一邊采集數(shù)據(jù)，一邊對(duì)這些測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(gè)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(cè)量分

10、析的LabVIEW附加工具包 LabVIEW階次分析工具套件 LabVIEW 信號(hào)處理套件 LabVIEW聲音與振動(dòng)套件 LabVIEW視覺(jué)與圖像處理 用于控制、仿真與設(shè)計(jì)的LabVIEW 附加工具包 LabVIEW PID控制工具套件 LabVIEW 統(tǒng)計(jì)處理控制工具包 LabVIEW 仿真界面工具包 數(shù)據(jù)分析 用于測(cè)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(shí)改動(dòng)數(shù)據(jù)顯示方式，如顏色、字體大小、圖表類型等，同時(shí)還可以對(duì)圖表進(jìn)行動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放或拖動(dòng)等操作。 在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布信息

11、 使用Microsoft Office工具生成報(bào)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(cè)技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)課件8684A100KHz1000MHz虛擬信號(hào)發(fā)生器8684A100KHz1000MHz虛擬信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)課件現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)課件現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)：虛擬儀器技術(shù)課件1，LabVIEW安裝；2，創(chuàng)建一個(gè)VI：NewgVI from templategTutorial (Getting Started)gGenerate and Display； 注意中間預(yù)覽框的內(nèi)容和右側(cè)對(duì)該VI的描述；3，運(yùn)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(diǎn)、連線端口是數(shù)據(jù)流的源頭或終點(diǎn)，主要包括 前面板對(duì)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(yùn)算所需的常量； 全局和局部變量端口：變量來(lái)自Structure子模板相應(yīng)圖標(biāo)； DAQ端口：數(shù)據(jù)來(lái)自數(shù)據(jù)采集卡。用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器 1，LabVIEW安裝；端口是數(shù)據(jù)流的源頭或終點(diǎn)，主要包括用節(jié)點(diǎn)是執(zhí)行“函數(shù)”、 “各種運(yùn)算”等子程序的調(diào)用，主要包括A）函數(shù)節(jié)點(diǎn)：LabVIEW封裝好的函數(shù)，供用戶調(diào)用。B）子VI節(jié)點(diǎn)：由LabVIEW提供或用戶

13、自己定義的子VI，可以訪問(wèn)和修改。C）結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)：用來(lái)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(guò)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(biāo)，在接線頭右擊鼠標(biāo)，用“create control”，”create indicator”等命令生成端口圖標(biāo)。用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器 節(jié)點(diǎn)是執(zhí)行“函數(shù)”、 “各種運(yùn)算”等子程序的調(diào)用，主要包括連1，“Panel”（前面板）開(kāi)發(fā)窗口 設(shè)計(jì)制作虛擬儀器前面板是將相關(guān)控件擺放到窗口中適當(dāng)位置組成虛擬儀器前面板的過(guò)程。包括：主菜單、工具欄、控制模板等。 運(yùn)行控制按鈕、字體、控件對(duì)

14、齊、控件分布、控件層疊、圖標(biāo)編輯等。 上下文幫助窗口，有詳細(xì)和簡(jiǎn)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(cè)試功能的圖形化表達(dá)。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(jì)虛擬儀器 LabVIEW基本開(kāi)發(fā)環(huán)境 1，“Panel”（前面板）開(kāi)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。“Control”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(xì)。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(shí)間與對(duì)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(jí)調(diào)用等。1）工具模板：工具自動(dòng)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(dòng)、斷點(diǎn)、探針、取色、著色。用LabVIEW設(shè)計(jì)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(diǎn)上雙擊鼠標(biāo)，更改信號(hào)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(yùn)行、保存程序。 LabVIEW幫助菜單 Show Context Help, Ctrl+H；自動(dòng)出現(xiàn)光標(biāo)所指對(duì)象的功能信息，可以鎖定或得到更詳細(xì)的信息。用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器 在模板基礎(chǔ)上修改程序：1，在Simulate Signa軟測(cè)量?jī)x器平臺(tái) 應(yīng)用需求與研究意義廣泛應(yīng)用于離線產(chǎn)品測(cè)量、檢驗(yàn)，在線產(chǎn)品識(shí)別判定，生產(chǎn)過(guò)程裝備的實(shí)時(shí)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(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑；

17、突破測(cè)控技術(shù)難題，提高測(cè)控儀器設(shè)備附加值；發(fā)達(dá)國(guó)家大力研究基于傳感器信息融合的軟測(cè)量理論方法、基于嵌入式技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)平臺(tái)、基于無(wú)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(cè)量?jī)x器平臺(tái) 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(tái)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(tái)硬件抽象層接口程序多線程低級(jí)同步程序內(nèi)核進(jìn)程模式管理程序驅(qū)動(dòng)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(cè)控對(duì)象功能程序虛擬儀器軟件平臺(tái)人機(jī)交互界面程序內(nèi)核模式驅(qū)動(dòng)程序虛擬儀器平臺(tái)抽象接口程序虛擬儀器軟件庫(kù)系列儀器系統(tǒng)軟件庫(kù)54321測(cè)控對(duì)象、 傳感器、執(zhí)行器、功率驅(qū)動(dòng)、光源6軟測(cè)量算法程序庫(kù)DAQ虛擬儀器平臺(tái)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(tái) PC+硬件功能板卡雷達(dá)數(shù)據(jù)顯示圖像獲取卡工業(yè)相機(jī)DAQ體系虛擬儀器硬件平臺(tái) PC+硬件功能板卡雷達(dá)數(shù)據(jù)嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)平臺(tái) 硬件模型：ARM+DSP+FPGA+接口硬件嵌入式虛擬儀器系統(tǒng)平臺(tái)