虛擬儀器概述

虛擬儀器概述第一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四內容一、虛擬儀器概述二、LabVIEW簡介第二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四一、虛擬儀器概述儀器的發(fā)展歷史虛擬儀器定義虛擬儀器的構成元素與傳統(tǒng)儀器比較體系結構三大組成硬件構成方案四大優(yōu)勢硬件性能應用領域軟件開發(fā)平臺NI公司的虛擬儀器產品第三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四儀器的發(fā)展歷史第一代儀器：模擬儀器：如指針式萬用表，它們的基本特征是采用模擬電子技術實現，采用指針顯示結果。第二代儀器：數字化儀器：數字化儀器目前相當普及，如數字電壓表、頻率計等。這類儀器將模擬信號的測量轉化為數字信號的測量，并以數字方式輸出最終結果。第三代儀器：智能儀器：智能儀器內置微處理器，能進行自動測量，具有一定的數據處理能力，可取代部分腦力勞動。第四代儀器：虛擬儀器：虛擬儀器是現代計算機技術和測量技術相結合的產物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器發(fā)展的一個重要方向。第四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四以前的計量方法重量：桿秤長度：尺子、步體積：斗、石時間：沙漏、一柱香第五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第一代儀器：模擬儀器第六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第一代儀器：模擬儀器電壓表頭第七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第一代儀器：模擬儀器日本健伍VT-181E毫伏表第八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第二代儀器：數字化儀器第九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第二代儀器：數字化儀器FLUKEF111數字電壓表第十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第三代儀器：智能儀器TE-TL系列智能溫控儀1、全輸入型儀表，只需通過菜單選擇，即可切換JKESPt100Cu50等六種傳感器輸入信號。2、具備位式調節(jié)，二位PID調節(jié)，連續(xù)PID調節(jié)等多種調節(jié)方式，專家自整定參數，可控制壓力、流量、液位、濕度等。3、模塊化輸出支持繼電器、可控硅無觸點開關等。4、編程報警功能，支持絕對值上限、絕對值下限、偏差值上限、偏差值下限等多種報警功能。第十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第三代儀器：智能儀器TE-BW智能三相功率表1、測量三相有功功率或無功功率2、面板按鍵設定參數3、帶RS485通訊接口帶一定的分析、處理、通訊等功能第十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四第四代儀器：虛擬儀器第十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四儀器技術革命第一次儀器革命是由于數字電子技術的發(fā)展引起的，使儀器形態(tài)進入了數字化儀器時代；第二次儀器革命是由于微處理器的大量應用引起的，使儀器形態(tài)進入了智能儀器時代；第三次儀器革命，由通用計算機軟硬件技術的進步引起，使儀器形態(tài)進入第四個時期：虛擬儀器時代。第十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四什么是虛擬儀器？傳統(tǒng)儀器把所有軟件和測量電路封裝在一起利用儀器前面板為用戶提供一組有限的功能。虛擬儀器系統(tǒng)提供的則是完成測量或控制任務所需的所有軟件和硬件設備，功能完全由用戶自定義。每一個虛擬儀器系統(tǒng)都由兩部分組成——軟件和硬件。第十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器的定義虛擬儀器是一種概念儀器，迄今為止，業(yè)界還沒有一個明確的國際標準和定義。所謂的虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現的一種計算機儀器系統(tǒng)?！疤摂M”的含義虛擬的儀器面板由軟件實現儀器的測量功能（軟件就是儀器）

。第十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四軟件即是儀器這是NI公司提出的虛擬儀器理念的核心思想。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I／O部件來構建虛擬儀器。虛擬儀器的核心－－軟件算法代替硬件電路；虛擬儀器=總線模塊＋算法第十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四儀器的構成元素數據采集信號處理結果表達與儀器控制硬件（電子線路）硬件（電子線路）硬件（顯示器與旋鈕）硬件（電子線路）計算機軟件（算法）計算機硬件（顯示器與虛擬旋鈕）傳統(tǒng)儀器虛擬儀器計算機系統(tǒng)資源第十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器定義廠家用戶功能設定功能特定，與其它設備連接受到限制。面向應用的系統(tǒng)結構，可方便地與網絡設備、外設和其它設備連接。關鍵環(huán)節(jié)硬件軟件開放性封閉式系統(tǒng)，功能固定，不能改變?；谟嬎銠C技術的開放式系統(tǒng)，靈活的軟件功能模塊。性能價格比低高，可重復使用。技術更新速度慢（周期5~10年）快（周期1~2年）開發(fā)維護開發(fā)維護費用高軟件結構，節(jié)省費用傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器比較第十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四傳統(tǒng)儀器實例第二十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四傳統(tǒng)儀器實例手動測試臺試驗基本布置示意圖第二十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四數字萬用表FLUKEF189第二十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四信號發(fā)生器泰克AFG3022第二十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四噪聲信號發(fā)生器NC6103第二十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四毫伏表VT-181E第二十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四數字示波器DPO4034第二十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四電源朝陽+24V、-24V第二十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四傳統(tǒng)儀器-操作臺面板第二十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四傳統(tǒng)儀器-內部結構第二十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四傳統(tǒng)儀器-內部結構第三十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四信號調理電路第三十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器實例第三十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器實例第三十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四一體化工作站AWS-8248第三十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器—數據采集卡PCI-6259A/DD/AI/O第三十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四調理機箱前面板第三十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器—調理電路第三十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四調理電路—底板+插板第三十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器—開關切換（自研）第三十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四電路圖第四十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器—功能實現1、信號切換—開關量輸出控制模擬電子開關2、設備上電—開關量輸出控制電磁繼電器3、信號產生---D/A4、噪聲信號產生—D/A5、示波器—A/D->屏幕顯示6、數字表（測量電壓）--A/D->屏幕顯示7、毫伏表（測量噪聲）--A/D->屏幕顯示8、電源—不能省第四十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器—界面第四十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四調試現場第四十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器的架構模塊化儀器軟件算法第四十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四儀器概念的轉變傳統(tǒng)儀器廠商定義功能虛擬儀器用戶定義功能第四十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器—基于計算機的儀器第四十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器技術的三大組成部分1．高效的軟件

軟件是虛擬儀器技術中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設計或調用特定的程序模塊，可以高效地創(chuàng)建自己的應用以及友好的人機交互界面。NI公司——LabVIEW。2．模塊化的I/O硬件

使用PCI、PXI、PCMCIA、USB、1394總線，產品種類從數據采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通訊

3．被測單元

第四十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四GPIBSerialDAQUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftwareMeasurement StudioLabVIEW虛擬儀器技術的三大組成部分第四十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器的硬件構成第四十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器的硬件構成方案(1)基于數據采集的虛擬儀器系統(tǒng)

：借助于插入計算機內的數據采集卡與專用的軟件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)，將模擬、數字信號采集到計算機進行分析、處理、顯示等，并可通過輸出實現反饋控制。(2)基于通用接口總線GPIB接口的儀器系統(tǒng)

：利用GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)技術，由計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，排除人為因素造成的測試測量誤差。(3)利用VXI總線儀器實現虛擬儀器系統(tǒng)：VXI(VMEbusExtensionforInstrumentation)總線是一種高速計算機總線VME在儀器領域的擴展。由于其標準開放、傳輸速率高、數據吞吐能力強、定時和同步精確、模塊化設計、結構緊湊、使用方便靈活，已越來越受到重視。它便于組織大規(guī)模、集成化系統(tǒng)，是儀器發(fā)展的一個方向。(4)基于串行口或其它工業(yè)標準總線的系統(tǒng)：將帶有RS-232總線接口的儀器作為I/O接口設備通過RS-232串口總線與PC計算機組成虛擬儀器系統(tǒng)，目前仍然是虛擬儀器的構成方式之一。當今，PC計算機已更多地采用了USB總線和IEEE1394總線。第五十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器技術的四大優(yōu)勢

性能高

虛擬儀器技術是在PC技術的基礎上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以PC技術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點，計算機網絡使得虛擬儀器技術展現其更強大的優(yōu)勢。擴展性強

只需更新計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進整個系統(tǒng)。開發(fā)時間少

方便操作，并提供靈活性和高的開發(fā)效率，以較少的成本加速產品上市的時間。無縫集成

為I/O設備提供標準的接口，可輕松將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務的復雜性。第五十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器硬件性能如何？虛擬儀器系統(tǒng)是基于軟件的，所以如果只要是可以數字化的東西，您就可以對它進行測量。因此，測量硬件可在通過兩根坐標軸進行評估，即分辨率（位）和頻率。第五十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器硬件與傳統(tǒng)儀器的比較NI公司的虛擬儀器硬件與傳統(tǒng)儀器的比較第五十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器技術應用領域

測試和測量

工業(yè)自動化

聲學測試

工廠自動化

ATE

HMI

自動光學檢驗(AOI)

實驗室自動化

汽車測試

機械控制

生物醫(yī)學研究

機器視覺

校準

石油和天然氣處理

電子測試

制藥生產

光纖校準

工業(yè)機器人

光學度量和測定

過程自動化

研發(fā)

SCADA

半導體測試

統(tǒng)計流程控制

電訊通信測試

晶片傳送手臂

振動測試

………….第五十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器軟件開發(fā)平臺文本式編程語言VisualC++VBLabwindows/CVI圖形化編程語言Labview事實上的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺HP-VEE第五十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四虛擬儀器開發(fā)軟件這就是我們選擇美國NI公司的LabVIEW的原因Source:Surveyof400USreadersfromT&MWorld,EDN,DesignNews,andR&Dmagazines,March2002第五十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四關于NI美國國家儀器公司（NI）是虛擬儀器技術的創(chuàng)始人與倡導者NI為用戶提供易于集成的軟件如圖形化開發(fā)環(huán)境NILabVIEW，以及模塊化硬件如用于數據采集或用于數據采集、儀器控制和機器視覺的PXI模塊化儀器。/china第五十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四NI模塊化儀器產品高速數字化儀：高速數字化儀，數據采集卡和示波器，8到21位分辨率，高達150MHz帶寬，PCI、PXI、USB和PCMCIA總線接口信號發(fā)生器：函數發(fā)生器與任意波形發(fā)生器，12和16位分辨率，高達400MS/s采樣率，PCI和PXI總線接口高速數字I/O：數字波形發(fā)生器/分析儀，最高100MHz時鐘速率，可編程的電壓水平，PCI,PXI和PCMCIA總線接口。數字萬用表(DMM)和LCRMeter：5位半和6位半數字萬用表DMM，10-23位分辨率，高達1.8MS/s采樣率，PCI和PXI總線接口。RF(射頻信號)測量設備：無線電信號采集、發(fā)生與分析，信號頻率高達2.7GHz(帶20MHz實時帶寬)動態(tài)信號采集、發(fā)生和分析：24位測量精度，用于聲音與振動信號采集與發(fā)生開關：高質量開關解決方案，包括通用繼電器、多路復用器以及距陣，用于PXI和SCXI平臺上。第五十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四NI模塊化儀器軟件產品LabVIEW：圖形化開發(fā)環(huán)境，以最低成本快速創(chuàng)建靈活的、易升級的測試測量與控制應用程序。LabWindows/CVI：ANSIC應用程序開發(fā)環(huán)境NITestStand：測試執(zhí)行管理軟件SignalExpress：連接設計與測試的交互式軟件，用于快速采集、比較、自動化并存儲測量結果。第五十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四二、LabVIEW簡介什么是LabVIEW?LabVIEW的優(yōu)點LabVIEW的語言環(huán)境LabVIEW編程實例LabVIEW開發(fā)平臺如何學習LabVIEW語言？第六十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW是什么？LabVIEW是一種圖形化編程語言，與C++和VB或其它語言的功能一樣。它是唯一被普遍接受的圖形化編程語言。簡單易學。帶有大量的內置功能，能夠完成仿真、數據采集、儀器控制、測量分析和數據顯示等任務使用LabVIEW能讓您享受到強大的圖形化編程語言所帶來的靈活性，而無需忍受傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的復雜編程工作。第六十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW－圖形化編程語言前面板后面板第六十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW的優(yōu)點直觀的圖形化環(huán)境實現了開發(fā)工作的高效率集成了上千種儀器和測量設備驅動通過編譯使系統(tǒng)性能最優(yōu)化適用于流程圖設計的開發(fā)環(huán)境與其它應用程序的開放式連接第六十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四直觀的圖形化環(huán)境實現了開發(fā)工作的高效率在LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境下，無需編寫代碼文本命令行即可獲得強大的開發(fā)工具。在LabVIEW中，您只需要拖放已經開發(fā)好的圖形控件，就可以輕松快捷地開發(fā)出應用程序的用戶界面。然后，再通過組合框圖模塊來實現系統(tǒng)的各種函數功能。LabVIEW圖形化語言的直覺性特征使學生們可以將注意力集中在被教授的理論知識，而不是基于文本的工程軟件應用開發(fā)的編程細節(jié)上,能用比使用傳統(tǒng)文本編程環(huán)境少得多的時間，開發(fā)出復雜的應用程序來。第六十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四集成了上千種儀器和測量設備驅動LabVIEW能與測量硬件無縫連接，因此您可以快速的使用和配置各種測量設備，從任何的獨立測量設備、到插入式數據采集設備、運動控制器、圖像采集系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、分布式控制和可編程邏輯控制器（PLC）等。LabVIEW還支持來自幾百家儀器供應商的2000多種儀器驅動庫。第六十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四通過編譯使系統(tǒng)性能最優(yōu)化在許多應用中，執(zhí)行速度是關鍵。利用一個內置編譯器使之生成優(yōu)化的代碼，您的LabVIEW應用程序可將程序速度提高到與編譯C語言程序相當的程度。運用LabVIEW，您能在多種平臺上開發(fā)出滿足最高性能要求的系統(tǒng)，包括：Windows，Linux，UNIX,或實時操作系統(tǒng)。項目開發(fā)完成后，經編譯可生成可執(zhí)行文件(exe)。第六十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四適用于流程圖設計的開發(fā)環(huán)境LabVIEW針對一些應用提供了專門功能，如仿真、測量、控制和自動化應用等，這將加速系統(tǒng)的開發(fā)進程。無論是內置的分析功能還是與各種I/O設備接口，LabVIEW為工程師和科學家提供快速建立測試和測量，數據采集，嵌入式應用，科學研究和過程監(jiān)控系統(tǒng)所需要的各種功能。第六十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四與其它應用程序的開放式連接利用LabVIEW，您可以通過因特網，ActiveX,DLL，共享庫，SQL,TCP/IP,XML,OPC,無線通訊或其它方式和不同的應用程序建立連接。LabVIEW的開放式連接特性使您能夠建立靈活的開放式應用，并與公司內其它應用程序進行通訊。LabVIEW還支持MatlabM腳本及與一些常用程序的直接連接。第六十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW的發(fā)展歷程第六十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW－圖形化編程語言? 可以編譯的圖形化編程語言環(huán)境

? 提高開發(fā)效率第七十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW語言環(huán)境

數據流模塊化數據第七十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四LabVIEW編程實例用隨機數發(fā)生函數產生一個隨機數，并在Chart上面實時顯示用While循環(huán)控制程序連續(xù)運行每個循環(huán)中延時300毫秒產生一個新隨機數隨機數產生并顯示第七十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四隨機數產生并顯示第七十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四擴展1--添加延時控件通過控件用戶可以隨時改變延時的時間第七十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四擴展2數據存盤將隨機數存盤。記錄在一個文本文件中第七十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四開發(fā)者套件附加工具包RT實時DSC記錄監(jiān)控圖像LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)LabVIEW開發(fā)平臺第七十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期四? 機器視覺與圖像處理Vision觀察距離測量模式識別顏色匹配斑點分析和

變形處理

? VisionBuilder

交互式開發(fā)輔助工具? Opticalcharacterrecognition字符識別機器視覺與圖像處理模塊第七十七頁