虚拟仪器(实例演示)
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算机强大的图形环境，组合相应的硬件，编制不同的测试软
件，建立界面友好的虚拟仪器面板（即软面板），通过友好 的图形界面及图形化编程语言（G语言）控制仪器运行，构 成多种仪器，完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存
储及数据生成的仪器。
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武汉理工大学机电工程学院
LabVIEW是一个开放 式的开发环境，用户 可以将其与任何测量 硬件轻松连接。 LabVIEW的交互式测 量助手 (assistant) 、 自动代码生成以及与 成千上万个设备的简 易连接功能，使它能 够如此轻而易举地完 成数据采集。
LabVIEW带有超 过450个内置函数， 专门用于从采集到 的数据中挖掘有用 的信息，用于分析 测量数据及处理信 号。
所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI)， 包括前面板(front panel)、流程图(block diagram)以 及图标/连接器(icon/connector)三部分。
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过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
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LabVIEW的主要功能:
(1)采集功能
(2)分析功能
第十二章 虚拟仪器
(3)显示功能
LabVIEW是一个开放 式的开发环境，用户 可以将其与任何测量 硬件轻松连接。 LabVIEW的交互式测 量助手 (assistant) 、 自动代码生成以及与 成千上万个设备的简 易连接功能，使它能 够如此轻而易举地完 成数据采集。
使用Microsoft Office工具创建报告 可以使用为Microsoft Office设计的 LabVIEW Report Generation Toolkit (报告生成工具包) ，您可以使用标准的 工具快速创建自定义的、专业的报告 。
将程序发布到Web上并对其加以控制 可以将LabVIEW应用程序发布到Web上。 使用LabVIEW远程面板(remote panel)，通过Web获得您的VI程序，甚至对其 加以控制，并使用安全设置保护您的数据。
LabVIEW集成了满足GPIB、VXI、RS-232和 RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。它 还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库 函数。
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LabVIEW的主要功能:
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1.2 虚拟仪器的特点
第十二章 虚拟仪器
仪器 关键技术 费用 技术更新周期 价格 功能定义 开放性 连接性
传统仪器 硬件 开发与维护费用高 长 高 厂商定义 系统封闭、固定 不易与其他设备连接
虚拟仪器 软件 开发与维护费用低 短 低，可重用性强 用户定义 系统开放、灵活 易与其他设备连接
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第十二章 虚拟仪器
(2) 分析功能
测量和分析 包括许多测量分析工具。例如曲线拟和，信号生成、峰值 探测及概率和统计。测量分析函数可以决定信号特征，如脉冲响应，频 率响应，功率谱等。可以解决微分方程、优化计算、求根及其它各种数 学问题。
Ø 实现了自动的多线程，从而充分利用处理器的处理能力。 Ø 提供了大量的驱动与专用工具，能与很多接口轻松连接 。 Ø 内建了600多个分析函数，用于数据分析和信号处理。
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第十二章 虚拟仪器
2.1 什么是LabVIEW
LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering) 是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术 界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和 仪器控制软件。
此外，可以将各种工业标准数学应用软件与LabVIEW集成使用，包括 Mathsoft Mathcad, MathWorks MATLAB等。
让复杂的测量变得轻而易举 LabVIEW分析工具却简单易用。例如，一 组内置的测量函数直接从DAQ硬件读取真实时域信号，随即为用户提供 结果以供进一步绘图或信号分析之用。
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第十二章 虚拟仪器
与传统仪器相比，虚拟仪器最大的特点是其功能由软件 定义，可以由用户根据应用需要进行调整，用户选择不同的 应用软件就可以形成不同的虚拟仪器。
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传统仪器与虚拟仪器
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第十二章 虚拟仪器
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第十二章 虚拟仪器
(3) 显示功能
显示数据 包括图表绘制工具和内置2D和3D显示工具，可以在程序用户界面上 轻松显示数据。可以重新配置数据显示的特征，如颜色、文字大小、图表类型， 以及动态旋转、缩放等。
重复使用现有代码 可以使用LabVIEW获取C语言代码、调用ActiveX与.NET汇 编程序 ，创建独立的可执行程序或共享库(如DLL)以发布应用程序。
LabVIEW程序的前面板与程序框图举例
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第十二章 虚拟仪器
2.2 LabVIEW的特点
Ø 提供了丰富的图形控件，并采用图形化的编程方法，彻底 把工程师们从复杂枯涩的文本编程工作中解放出来。
Ø 内建的编译器在用户编写程序的同时在后台自动完成编译， 用户在编写过程中如有语法错误，会立即显示出来。
设计专业的界面 可以利用专用于测量的用户界面设计工具设计界面，简单地从 控件选板中拖放内置的控制件和显示件，然后点击鼠标即可利用交互式的属性页 面轻松自定义它的功效和外观。
快速创建专业的HTML格式的报告 使用内置的报告生成工具，从应用系统中获 取数据，将它排成HTML各式的报告，并发布到Web上。
第十二章 虚拟仪器
Ø 虚拟仪器的软件 应用程序
现实虚拟面板功能的软件程序 定义测试功能的流程图软件程序
I/O接口仪器驱动程序
目前的虚拟仪器软件开发工具有以下两类： ü 文本式编程语言，如Visual C++、Visual Basic、 LabWindows/CVI等。 ü 图形化编程语言，如LabVIEW、HPVEE等。
LabVIEW带有超 过450个内置函数， 专门用于从采集到 的数据中挖掘有用 的信息，用于分析 测量数据及处理信 号。
LabVIEW提 供一系列工具 用于数据显示、 用户界面设计、 Web信息发布、 报告生成、数 据管理及软件 连接。
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第十二章 虚拟仪器
(3)显示功能
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第十二章 虚拟仪器
(1)采集功能
在任何平台上进行数据采集 使用LabVIEW，您可以从插入式板卡、 USB接口设备及以太网系统中快速采集并生成信号。这些I/O功能结 合了特殊的数据类型和测量分析VI程序，旨在为帮助您从物理传感器 中以最快的速度获得测量数据。温度、张力 、振动、声音 、电压 、 电流 、频率、光 、阻抗 、脉冲 、周期 、数字信号 、压力 、力 、更 多...
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第十二章 虚拟仪器
信号调理
数据采集卡
GPIB接口仪器
GPIB接口卡
被
串口接口仪器
iew LabWindows 其他软件 开发平台
现场总线设备
其他计算机硬件
虚拟仪器基本构成框图
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虚拟示波器
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第十二章 虚拟仪器
1.1虚拟仪器的组成
虚拟仪器由通用仪器硬件平台和应用软件两个部 分构成。
Ø 虚拟仪器的硬件平台
计算机硬件平台 测控功能硬件（I/O接口设备）
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第十二章 虚拟仪器
2.基于LabVIEW的虚拟仪器
由于LabVIEW易学易用，它所提供的工具使创 建测试和测量应用变得非常轻松，使用LabVIEW开 发应用系统的速度比使用其他编程语言快4—10倍， 因此LabVIEW被工程师们广泛接受和推崇。
仪器控制和连接 LabVIEW简化了与数百家仪器厂商的数千种仪器设 备的连接和通信。使用LabVIEW中的仪器驱动程序、交互式仪器I/O 助手(Instrument I/O Assistant)和内置仪器I/O函数库，可以从 GPIB、串口、以太网、PXI、USB接口仪器及VXI仪器中快速采集数 据。
开关(Switching)方案 LabVIEW集成了各种高质量的开关方案，包括通 用的继电器、多路复用器和矩阵开关。
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LabVIEW的主要功能:
(1)采集功能
(2)分析功能
第十二章 虚拟仪器
(3)显示功能
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第十二章 虚拟仪器
第十二章 虚拟仪器
1.虚拟仪器含义 2.虚拟仪器的组成 3.虚拟仪器的特点 4.基于LabVIEW的虚拟仪器 5. LabVIEW应用实例
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第十二章 虚拟仪器
1. 虚拟仪器
所谓虚拟仪器（Virtual Instrument ,简称VI），就是计 算机技术介入仪器领域所形成的一种新型仪器，它是利用计
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Ø 虚拟仪器的硬件平台
(1)C-DAQ数据采集卡 (2)GPIB总线仪器 (3)VXI总线模块 (4)RS-232串行接口仪器 (5)现场总线模块
第十二章 虚拟仪器
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机器视觉 为测量应用系统添加机器视觉组件，并快速开发带自动代码 生成和内置图像分析库的应用软件。将图像采集与NI数据采集和运动 控制设备集成使用以组建一套完整的系统。
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第十二章 虚拟仪器
运动控制 LabVIEW可将各种运动控制软件与运动控制器及动力驱动器 简单集成到自动化测试和机器控制应用系统中。包括从简单的重复运动 控制到复杂的多轴运动控制，从实验室试验台到实际生产线， LabVIEW都可以为应用程序的开发提供解决方案。
(1)采集功能
(2)分析功能
LabVIEW是一个开放 式的开发环境，用户 可以将其与任何测量 硬件轻松连接。 LabVIEW的交互式测 量助手 (assistant) 、 自动代码生成以及与 成千上万个设备的简 易连接功能，使它能 够如此轻而易举地完 成数据采集。
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模块化仪器 使用最新的PC和标准商业科技开发混合信号测试应用系统。 要它包含RF(射频信号)仪器、高速数字化仪、信号发生器、数字万用表、 高速数字I/O等。
工业监控 LabVIEW为分布式监控系统提供一套功能强大的工具，它可 与各种各样的分布式I/O设备连接，包括PLC和NI Compact FieldPoint。Compact FieldPoint提供工业级的工作性能，且与 LabVIEW RT (实时) 模块完美集成。
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第十二章 虚拟仪器
2.1 什么是LabVIEW
LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程 序的图形化编程语言。它采用数据流编程方式，程 序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺 序，用图标表示函数，用连线表示数据流向。
件，建立界面友好的虚拟仪器面板（即软面板），通过友好 的图形界面及图形化编程语言（G语言）控制仪器运行，构 成多种仪器，完成对被测量的采集、分析、判断、显示、存
储及数据生成的仪器。
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LabVIEW是一个开放 式的开发环境，用户 可以将其与任何测量 硬件轻松连接。 LabVIEW的交互式测 量助手 (assistant) 、 自动代码生成以及与 成千上万个设备的简 易连接功能，使它能 够如此轻而易举地完 成数据采集。
LabVIEW带有超 过450个内置函数， 专门用于从采集到 的数据中挖掘有用 的信息，用于分析 测量数据及处理信 号。
所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI)， 包括前面板(front panel)、流程图(block diagram)以 及图标/连接器(icon/connector)三部分。
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第十二章 虚拟仪器
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LabVIEW的主要功能:
(1)采集功能
(2)分析功能
第十二章 虚拟仪器
(3)显示功能
LabVIEW是一个开放 式的开发环境，用户 可以将其与任何测量 硬件轻松连接。 LabVIEW的交互式测 量助手 (assistant) 、 自动代码生成以及与 成千上万个设备的简 易连接功能，使它能 够如此轻而易举地完 成数据采集。
使用Microsoft Office工具创建报告 可以使用为Microsoft Office设计的 LabVIEW Report Generation Toolkit (报告生成工具包) ，您可以使用标准的 工具快速创建自定义的、专业的报告 。
将程序发布到Web上并对其加以控制 可以将LabVIEW应用程序发布到Web上。 使用LabVIEW远程面板(remote panel)，通过Web获得您的VI程序，甚至对其 加以控制，并使用安全设置保护您的数据。
LabVIEW集成了满足GPIB、VXI、RS-232和 RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。它 还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库 函数。
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LabVIEW的主要功能:
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1.2 虚拟仪器的特点
第十二章 虚拟仪器
仪器 关键技术 费用 技术更新周期 价格 功能定义 开放性 连接性
传统仪器 硬件 开发与维护费用高 长 高 厂商定义 系统封闭、固定 不易与其他设备连接
虚拟仪器 软件 开发与维护费用低 短 低，可重用性强 用户定义 系统开放、灵活 易与其他设备连接
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(2) 分析功能
测量和分析 包括许多测量分析工具。例如曲线拟和，信号生成、峰值 探测及概率和统计。测量分析函数可以决定信号特征，如脉冲响应，频 率响应，功率谱等。可以解决微分方程、优化计算、求根及其它各种数 学问题。
Ø 实现了自动的多线程，从而充分利用处理器的处理能力。 Ø 提供了大量的驱动与专用工具，能与很多接口轻松连接 。 Ø 内建了600多个分析函数，用于数据分析和信号处理。
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2.1 什么是LabVIEW
LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering) 是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术 界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和 仪器控制软件。
此外，可以将各种工业标准数学应用软件与LabVIEW集成使用，包括 Mathsoft Mathcad, MathWorks MATLAB等。
让复杂的测量变得轻而易举 LabVIEW分析工具却简单易用。例如，一 组内置的测量函数直接从DAQ硬件读取真实时域信号，随即为用户提供 结果以供进一步绘图或信号分析之用。
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第十二章 虚拟仪器
与传统仪器相比，虚拟仪器最大的特点是其功能由软件 定义，可以由用户根据应用需要进行调整，用户选择不同的 应用软件就可以形成不同的虚拟仪器。
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传统仪器与虚拟仪器
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第十二章 虚拟仪器
过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
(3) 显示功能
显示数据 包括图表绘制工具和内置2D和3D显示工具，可以在程序用户界面上 轻松显示数据。可以重新配置数据显示的特征，如颜色、文字大小、图表类型， 以及动态旋转、缩放等。
重复使用现有代码 可以使用LabVIEW获取C语言代码、调用ActiveX与.NET汇 编程序 ，创建独立的可执行程序或共享库(如DLL)以发布应用程序。
LabVIEW程序的前面板与程序框图举例
Wuhan University of Technology
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过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
2.2 LabVIEW的特点
Ø 提供了丰富的图形控件，并采用图形化的编程方法，彻底 把工程师们从复杂枯涩的文本编程工作中解放出来。
Ø 内建的编译器在用户编写程序的同时在后台自动完成编译， 用户在编写过程中如有语法错误，会立即显示出来。
设计专业的界面 可以利用专用于测量的用户界面设计工具设计界面，简单地从 控件选板中拖放内置的控制件和显示件，然后点击鼠标即可利用交互式的属性页 面轻松自定义它的功效和外观。
快速创建专业的HTML格式的报告 使用内置的报告生成工具，从应用系统中获 取数据，将它排成HTML各式的报告，并发布到Web上。
第十二章 虚拟仪器
Ø 虚拟仪器的软件 应用程序
现实虚拟面板功能的软件程序 定义测试功能的流程图软件程序
I/O接口仪器驱动程序
目前的虚拟仪器软件开发工具有以下两类： ü 文本式编程语言，如Visual C++、Visual Basic、 LabWindows/CVI等。 ü 图形化编程语言，如LabVIEW、HPVEE等。
LabVIEW带有超 过450个内置函数， 专门用于从采集到 的数据中挖掘有用 的信息，用于分析 测量数据及处理信 号。
LabVIEW提 供一系列工具 用于数据显示、 用户界面设计、 Web信息发布、 报告生成、数 据管理及软件 连接。
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(3)显示功能
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第十二章 虚拟仪器
(1)采集功能
在任何平台上进行数据采集 使用LabVIEW，您可以从插入式板卡、 USB接口设备及以太网系统中快速采集并生成信号。这些I/O功能结 合了特殊的数据类型和测量分析VI程序，旨在为帮助您从物理传感器 中以最快的速度获得测量数据。温度、张力 、振动、声音 、电压 、 电流 、频率、光 、阻抗 、脉冲 、周期 、数字信号 、压力 、力 、更 多...
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第十二章 虚拟仪器
信号调理
数据采集卡
GPIB接口仪器
GPIB接口卡
被
串口接口仪器
iew LabWindows 其他软件 开发平台
现场总线设备
其他计算机硬件
虚拟仪器基本构成框图
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第十二章 虚拟仪器
1.1虚拟仪器的组成
虚拟仪器由通用仪器硬件平台和应用软件两个部 分构成。
Ø 虚拟仪器的硬件平台
计算机硬件平台 测控功能硬件（I/O接口设备）
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第十二章 虚拟仪器
2.基于LabVIEW的虚拟仪器
由于LabVIEW易学易用，它所提供的工具使创 建测试和测量应用变得非常轻松，使用LabVIEW开 发应用系统的速度比使用其他编程语言快4—10倍， 因此LabVIEW被工程师们广泛接受和推崇。
仪器控制和连接 LabVIEW简化了与数百家仪器厂商的数千种仪器设 备的连接和通信。使用LabVIEW中的仪器驱动程序、交互式仪器I/O 助手(Instrument I/O Assistant)和内置仪器I/O函数库，可以从 GPIB、串口、以太网、PXI、USB接口仪器及VXI仪器中快速采集数 据。
开关(Switching)方案 LabVIEW集成了各种高质量的开关方案，包括通 用的继电器、多路复用器和矩阵开关。
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LabVIEW的主要功能:
(1)采集功能
(2)分析功能
第十二章 虚拟仪器
(3)显示功能
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第十二章 虚拟仪器
第十二章 虚拟仪器
1.虚拟仪器含义 2.虚拟仪器的组成 3.虚拟仪器的特点 4.基于LabVIEW的虚拟仪器 5. LabVIEW应用实例
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过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
1. 虚拟仪器
所谓虚拟仪器（Virtual Instrument ,简称VI），就是计 算机技术介入仪器领域所形成的一种新型仪器，它是利用计
武汉理工大学机电工程学院
过程检测技术
Ø 虚拟仪器的硬件平台
(1)C-DAQ数据采集卡 (2)GPIB总线仪器 (3)VXI总线模块 (4)RS-232串行接口仪器 (5)现场总线模块
第十二章 虚拟仪器
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过程检测技术
机器视觉 为测量应用系统添加机器视觉组件，并快速开发带自动代码 生成和内置图像分析库的应用软件。将图像采集与NI数据采集和运动 控制设备集成使用以组建一套完整的系统。
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过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
运动控制 LabVIEW可将各种运动控制软件与运动控制器及动力驱动器 简单集成到自动化测试和机器控制应用系统中。包括从简单的重复运动 控制到复杂的多轴运动控制，从实验室试验台到实际生产线， LabVIEW都可以为应用程序的开发提供解决方案。
(1)采集功能
(2)分析功能
LabVIEW是一个开放 式的开发环境，用户 可以将其与任何测量 硬件轻松连接。 LabVIEW的交互式测 量助手 (assistant) 、 自动代码生成以及与 成千上万个设备的简 易连接功能，使它能 够如此轻而易举地完 成数据采集。
Wuhan University of Technology
模块化仪器 使用最新的PC和标准商业科技开发混合信号测试应用系统。 要它包含RF(射频信号)仪器、高速数字化仪、信号发生器、数字万用表、 高速数字I/O等。
工业监控 LabVIEW为分布式监控系统提供一套功能强大的工具，它可 与各种各样的分布式I/O设备连接，包括PLC和NI Compact FieldPoint。Compact FieldPoint提供工业级的工作性能，且与 LabVIEW RT (实时) 模块完美集成。
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过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
2.1 什么是LabVIEW
LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程 序的图形化编程语言。它采用数据流编程方式，程 序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺 序，用图标表示函数，用连线表示数据流向。