?？谝舾咝Ｌ摂M儀器技術(shù)

虛擬儀器技術(shù)主要內(nèi)容一、虛擬儀器的定義二、虛擬儀器的組成三、虛擬儀器的特點四、虛擬儀器的應(yīng)用五、虛擬儀器的發(fā)展趨勢一、虛擬儀器的定義儀器的發(fā)展歷史VXI

ChassisDAQ

Boardswith

RTSIFully

Programmable

SystemGUIIEEE

488

Rack

and

Stack

SystemAnalog

InstrumentationVirtual

Instrumentation模擬式儀表—分立元件式儀表—數(shù)字式儀表—智能化儀器—虛擬儀器虛擬儀器的產(chǎn)生傳統(tǒng)儀器滿足不了測試需求–現(xiàn)代測控不僅僅要求單臺儀器進行測量，要求多臺儀器數(shù)據(jù)共享，測試結(jié)果實時分析處理；–儀器越來越復(fù)雜，儀器硬件存在冗余，使用率低，對使用者的要求提高計算機技術(shù)的進步為新型儀器提供了基礎(chǔ)–電子技術(shù)和計算機技術(shù)的進步改變了傳統(tǒng)的設(shè)計思想，許多過去由硬件實現(xiàn)的功能可以由軟件實現(xiàn)；–專業(yè)化的設(shè)計軟件為高效、易用的儀器軟件開發(fā)提供了工具虛擬儀器概念最早是由美國國家儀器公司（NationalInstrument）在1986年提出的，但其雛形可以追溯到1981年由美國西北儀器系統(tǒng)公司推出的Apple

II為基礎(chǔ)的數(shù)字存儲示波器。這種儀器和個人計算機的概念相適應(yīng)，當(dāng)時被稱為個人儀器。（Personal

Instrument）。虛擬儀器概念的提出1986年，NI公司推出了圖形化的虛擬儀器編程環(huán)境

LabVIEW，標(biāo)志著虛擬儀器軟件設(shè)計平臺基本成型，虛擬儀器從概念構(gòu)思變?yōu)楣こ處熆蓪崿F(xiàn)的具體對象。虛擬儀器（VirtualInstrument簡稱VI）是計算機技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合產(chǎn)生的全新概念的儀器，是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是儀器領(lǐng)域內(nèi)的一次革命。虛擬儀器概念PROCESSOR

BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAYANDCONTROL488

PORT礟Math礟MEMORYROMControl

PanelFlowPressure

Alarm

ConditionsSTOPTemperatureTraditional

InstrumentVirtual

Instrument（VI）信號的采集與控制信號的分析與處理結(jié)果的表達與輸出虛擬儀器定義英國國家物理實驗室（NPL）定義（

）虛擬儀器是在通用計算機（如PC機、Mac或工作站）中加上軟件和/或硬件，并使用計算機屏幕提供儀器虛擬界面的可重用測量儀器。NI公司的定義（

）虛擬儀器就是在通用計算機上加上一組軟件和／或硬件，使用者在操作這臺計算機時，就象是在操作一臺他自己設(shè)計的專用電子儀器。虛擬儀器是一種軟件定義的系統(tǒng)，基于用戶需求的軟件定義了一般測量硬件的功能。VXIplug&play規(guī)范定義（

）實現(xiàn)傳統(tǒng)分立儀器功能的一組軟件模塊，也包括與其相關(guān)或必須的硬件資源。Software

is

the

instrument虛擬儀器主要是以計算機為核心，通過最大限度地利用計算機的軟硬件資源，使計算機不但能完成傳統(tǒng)儀器測量控制、數(shù)據(jù)運算和處理工作，而且可以用強大的軟件去代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件功能。與傳統(tǒng)儀器一樣，如果忽略它的跨網(wǎng)絡(luò)的位置透明性，它同樣劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、顯示結(jié)果三大功能模塊。通用定義卡插入式DAQGPIB儀器VXI儀器RS232信號處理數(shù)字濾波統(tǒng)計分析網(wǎng)絡(luò)傳輸硬復(fù)制文件I/O圖形用戶接口虛擬儀器功能模塊劃分二、虛擬儀器的組成Typical

VI

Systems虛擬儀器典型的體系結(jié)構(gòu)測控對象現(xiàn)場總線設(shè)備VXI儀器串行口儀器PLCGPIB接口儀器GPIB接口卡信號調(diào)理數(shù)據(jù)

采集卡

DAQ圖象采集卡DSP工業(yè)自動化軟件.Bridge

VIEW.Lockout.Conmponentwork測量與分析軟件.Lab

VIEW(VEE).Lab

Windows/CVI.Component

Works

HiQ.Virtual

Bench

IVI傳統(tǒng)編程語言.Visual

C++.Visual

Basic.C++

Builder.Delphi等等PC機/工作站虛擬儀器的層次化結(jié)構(gòu)VIVIVIVIVIVIInstrumentDriverInstrumentHardwareVIInstrumentDriverInstrumentHardwareGPIBbusVXI

or

VMEStand-aloneInstrumentModulesModulesCompactPCI組成虛擬儀器的各種總線MXI-3網(wǎng)絡(luò)化趨勢-LXI插卡式（DAQ）串行口RS232/422）NI的PCI-GPIB卡操作系統(tǒng)：DOS,Windows2000/9x/NT最大I/0速度：1.5

Mbytes/s（IEEE488.1)7.7

Mbytes/s(HS488)尺寸：133x107

mmGPIB產(chǎn)品示例屏蔽的24芯GPIBcable及定義NI的DAQ及VXI產(chǎn)品示例PXI產(chǎn)品虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境Graphical

ProgrammingLaboratory

Virtual

InstrumentEngineering

BenchComponent

WorksStandard

ANSI

CLanguage三、虛擬儀器的特點虛擬儀器組成上的特點軟件和硬件功能的模塊化軟件和硬件功能的分層儀器功能的軟件化虛擬儀器的功能可以借助計算機軟件來生成虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)和維護費用低開發(fā)和維護費用高技術(shù)更新周期短（0.5~1年）技術(shù)更新周期長（5~10年）軟件是關(guān)鍵硬件是關(guān)鍵價格低價格昂貴開放靈活與計算機同步，可重復(fù)用和重配置固定可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器只可連有限的設(shè)備自動、智能化、遠距離傳輸功能單一，操作不便虛似儀器和傳統(tǒng)儀器的比較特點說明豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器將信號分析、顯示、存儲、打印和其他管理集中交由計算機來處理。儀器由用戶自己定義。開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬儀器硬件和軟件都制定

了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使資源的可重復(fù)利用率提高，功能易于擴展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護和開發(fā)費

用降低。便于構(gòu)成復(fù)雜的測試系統(tǒng)?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜的分布式測試系統(tǒng)，進行遠程測試、監(jiān)控、和診斷?？晒?jié)約儀器購買和維護費用。四、虛擬儀器的應(yīng)用實際應(yīng)用教學(xué)實驗（LabVIEW）——虛擬調(diào)制解調(diào)器教學(xué)實驗（LabScene）——波形分析數(shù)據(jù)采集（LabScene）——基于USB的硬件卡遠程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測研究：網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境監(jiān)測研究（多點地溫監(jiān)測）Example

of

a

VIExample

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VIFront

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VI

systemsPC-based

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