虚拟仪器VI

虚拟仪器VI
一、虚拟仪器的概念、特点及应用。

虚拟仪器指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，它可利用软件在微型机屏幕上构成虚拟仪器面板，在有足够的硬件支持下对信号进行采样，在离线条件下，经软件处理而得到测量结果。

它具有结构简单、一机多用、测量精度高等特点，使用者自己操作这台计算机，就象是在操作一台自己专门设计的传统电子仪器。

虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器、组织仪器系统，进而逐步代替仪器完成某些功能，最终达到取代传统电子仪器的目的。

虚拟仪器实质上是软硬结合、虚实结合的产物，是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。

在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键。

任何使用者都可通过修改软件的方法方便地改变、增减仪器系统的功能和规模。

优势：同其他技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势：
1、性能高
虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全"继承"
虚拟仪器系统框图
了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。

此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

2、扩展性强
NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。

这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。

在利用最新科技的时候，我们
可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

3、开发时间少
在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件结构能与计算机、仪器
传统仪器与虚拟仪器构成比较
仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。

NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

4、无缝集成
虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。

随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。

NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

虚拟仪器在国际上早已进入实用阶段，在我国虽刚起步，但发展迅速，已在电子测量、物理探伤、电子工程、振动分析、声学分析、物矿勘探、故障分析及教学科研等方面的数据采集和分析中广泛应用。

二、虚拟仪器的组成（硬、软）
虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。

其中，硬件设备与接口可以是各种以PC为基础的内置功能插卡、通用接口总线接口卡、串行口、VXI总线仪器接口等设备，或者是其它各种可程控的外置测试设备，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控件。

用户用鼠标操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实与方便。

2.1 虚拟仪器系统的硬件构成
虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。

计算机硬
专用虚拟仪器系统
件平台可以是各种类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。

它管理着虚拟仪器的软件资源，是虚拟仪器的硬件基础。

因此，计算机技术在显示、存储能力、处理器性能、网络、总线标准等方面的发展，导致了虚拟仪器系统的快速发展。

按照测控功能硬件的不同，VI可分为DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口总线五种标准体系结构，它们主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。

2.2虚拟仪器系统的软件构成
测试软件是虚拟仪器的主心骨。

NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果时，就用软件就是仪器来表达虚拟仪器的特征，强调软件在虚拟仪器中的重要位置。

NI公司从一开始就推出丰富而又简洁的虚拟仪器开发软件。

使用者可以根据不同的测试任务，在虚拟仪器开发软件的提示下编制不同的测试软件，来实现当代科学技术复杂的测试任务。

在虚拟仪器系统中用灵活强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件，特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特性的分析，使仪器中的一些硬件甚至整个仪器从系统中消失，而由计算机的软硬件资源来完成它们的功能。

虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四部分。

2.2.1仪器面板控制软件
仪器面板控制软件即测试管理层，是用户与仪器之间交流信息的纽带。

利用计算机强大的图形化编程环境，使用可视化的技术，从控制模块上选择你所需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。

2.2.2数据分析处理软件
利用计算机强大的计算能力和虚拟仪器开发软件功能强大的函数库可以极大提高虚拟仪器系统的数据分析处理能力，节省开发时间。

2.2.3仪器驱动软件
虚拟仪器驱动程序是处理与特定仪器进行控制通信的一种软件。

仪器驱动器与通信接口及使用开发环境相联系，它提供一种高级的、抽象的仪器映像，它还能提供特定的使用开发环境信息。

仪器驱动器是虚拟仪器的核心，是用户完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。

虚拟仪器驱
利用虚拟仪器进行数字信号处理
动程序的核心是驱动程序函数/VI集，函数/VI是指组成驱动的模块化子程序。

驱动程序一般分为两层，底层是仪器的基本操作，如初始化仪器配置仪器输入参数、收发数据、查看仪器状态等。

高层是应用函数/VI层，它根据具体测量要求调用底层的函数/VI。

2.2.4通用I/O接口软件
在虚拟仪器系统中，I/O接口软件作为虚拟仪器系统软件结构中承上启下的一层，其模块化与标准化越来越重要。

VXI总线即插即用联盟，为其制定了标准，提出了自底向上的I/O接口软件模型即VISA。

作为通用I/O标准，VISA具有与仪器硬件接口无关性的特点，即这种软件结构是面向器件功能而不是面向接口总线的。

应用工程师为带GPIB接口仪器所写的软件，也可以于VXI系统或具有RS232接口的设备上，这样不但大大缩短了应用程序的开发周期，而且彻底改变了测试软件开发的方式和手段。

三．Labview介绍
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在苹果电脑上发表。

LabVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。

图形化程序与传统编程语言之不同点在于程序流程采用"数据流"之概念打破传统之思维模式，使得程序设计者在流程图构思完毕的同时也完成了程序的撰写。

LabVIEW率先引入了特别的虚拟仪表的概念，用户可通过人机界面直接控制自行开发之仪器。

此外LabVIEW提供的库包含：信号截取、信号分析、机器视觉、数值运算、逻辑运算、声音震动分析、数据存储...等。

目前可支持Windows，UNIX，Linux，Mac OS等操作系统。

由于LabVIEW特殊的图形程序简单易懂的开发接口，缩短了开发原型的速度以及方便日后的软件维护，因此逐渐受到系统开发及研究人员的喜爱。

目前广泛的被应用于工业自动化之领域上。

LabVIEW默认以多线程运行程序，对于程序设计者更是一大利器。

此外LabVIEW通信接口方面支持：GPIB，USB，IEEE1394，MODBUS，
串口，并发端口，IrDA，TCP，UDP，Bluetooth，.NET，ActiveX，SMTP...等接口。

四．用Labview建立一个测量温度和容器的VI。

打开LabVIEW,单击新建一个空白VI，从打开的控件选板中选择“新式”→“数值”子选板，从中分别选取“液罐”和“温度计”控件，放置在前面板上合适位置。

将其标签分别改为“容积”和“温度”。

对前面板上两控件进行编辑，把“容积”控件显示范围设置为0.0到1000.，把“温度”控件显示范围设置为0.0到100，并在两控件旁配数据显示，方法是分别在控件上单击鼠标右键，在单出的快捷菜单中选择“显示项”→“数字显示”。

如下图：
切换到程序框图窗口，从函数选板中选择两个乘法器、两个数值常数、一个随机数发生器对象，将它们放到流程图上。

乘法器和随机数发生器由函数选板中的“编程”→“数值”子选板中拖出，在连接端子处点击右键，
在单出的快捷菜单中选择“创建”→“常量”用连线工具将各对象按规
定功能需要连接，结果如下：
选择主菜单“文件”→“保存”命令, 把该VI命名为Temp_Vol.vi，保存在合适的文件夹中。

在前面板中，单击“运行”按钮，运行该 VI。

注意容积和温度的数值都显示在前面板中。

可以尝试多次单击“运行”按钮，反复运行该VI，观察容积和温度的数值。

也可以单击“连续运行”按钮，观察容积和温度的数值。

如下列几个图所示：。