虚拟仪器
虚拟仪器(实例演示)
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。
Wuhan University of Technology
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。
Wuhan University of Technology
武汉理工大学机电工程学院
过程检测技术
第十二章 虚拟仪器
Wuhan University of Technology
武汉理工大学机电工程学院
过程检测技术
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 。
虚拟仪器概述
据“国际自动化仪表”杂志1999年预测：到21世纪前十年，全世界将有 50%的仪器仪表为虚拟仪器，其生产厂家将超过千家，产品将达到数千种。 市场占有率将达到电测仪器仪表的50%以上。
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟仪器概述
1.1 虚拟仪器的概念
传统仪器 厂商定义功能
虚拟仪器 用户定义功能
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟仪器概述
仪器技术的发展过程
虚拟仪器是在计算机上显示传统仪器面板，它将 硬件电路完成的信号调理和处理功能由计算机程序完 成。
PPT文档演模板
2020/12/5
框图窗口 前面板窗口
图标
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟仪器概述
控件选板
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟仪器概述
控件选板
n 控件选板在前面板显示，它包含创建前面板 时可用的全部对象。控件选板中的基本常用 控件可以以现代（modern）、经典 （classic）和系统（system）三种风格显 示。
n 当鼠标移到某个对象或函数上时，上下 文帮助窗口就会显示相应的帮助信息。
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟仪器概述
联机帮助文档
PPT文档演模板
2020/12/5
虚拟仪器概述
联机帮助文档
n 当单击Context Help窗口中Detailed help会弹出相应的完整的帮助信息。这 是一个Windows标准风格的帮助窗口， 包含了LabVIEW全部的帮助信息。
虚拟仪器设计知识点
虚拟仪器设计知识点虚拟仪器是一种基于计算机软硬件的测量和控制系统，它使用计算机作为中心处理单元，将传感器、执行器和仪器控制信号进行实时的数字处理和分析。
虚拟仪器的设计涉及多个知识点，本文将分别介绍这些知识点，包括虚拟仪器的概念、功能、设计原则以及在不同领域中的应用。
一、虚拟仪器的概念虚拟仪器是一种基于计算机技术的仪器系统，将传统仪器中硬件部分用软件实现，通过计算机控制并完成测量、分析和控制等任务。
虚拟仪器通过软件定义仪器的功能，实时采集、处理和显示数据，具有灵活性、可重构性和可扩展性等特点。
二、虚拟仪器的功能虚拟仪器常见的功能包括测量、分析、控制和数据处理等。
其中，测量功能是虚拟仪器的核心，可以实现各种物理量的测量、采集和监测，如电压、电流、温度等；分析功能可以对采集到的数据进行实时分析和处理，如频谱分析、波形显示等；控制功能可以通过计算机软件实现对执行器的控制和调节，如机器人、自动化生产线的控制等；数据处理功能可以对采集的数据进行处理和存储，如数据录制、数据传输和数据分析等。
三、虚拟仪器的设计原则虚拟仪器的设计需要遵循一些原则，以确保其功能的可靠性和性能的优越性。
首先，应该根据实际需求选择适当的硬件平台和软件开发环境，如选择合适的传感器、执行器和数据采集卡等硬件设备，并结合软件开发平台进行系统设计；其次，需要制定清晰的系统架构和设计规范，确保系统的稳定性和可扩展性；此外，还应考虑虚拟仪器的易用性和人机交互性，提高用户的使用体验。
四、虚拟仪器在不同领域中的应用虚拟仪器的应用广泛涵盖科研、工业控制、教育培训、医疗等领域。
在科研领域，虚拟仪器可以实现对各种物理量的实时测量和数据处理，为科学研究提供可靠的实验平台；在工业控制领域，虚拟仪器可以实现对生产线的监测和控制，提高生产效率和质量；在教育培训领域，虚拟仪器可以模拟实验环境，帮助学生进行实验操作和数据分析；在医疗领域，虚拟仪器可以实现对患者的监护和治疗，提高医疗水平和效率。
虚拟仪器实验报告
虚拟仪器实验报告实验目的：本实验旨在通过使用虚拟仪器，模拟真实的仪器实验，以探索实验原理，并获取实验数据，从而提升学生的实验能力和科学研究水平。
实验仪器与装置：1. 虚拟仪器软件：使用Simulink软件进行模拟实验。
2. 计算机：用于运行虚拟仪器软件和获取实验数据。
3. 相应的传感器和测量设备：根据实验要求设置相应的传感器和测量设备。
实验步骤：1. 准备工作：确认计算机和虚拟仪器软件正常运行。
2. 搭建电路（以电阻的测量为例）：根据实验设计，搭建所需的电路。
3. 连接传感器：将传感器正确连接到电路中。
4. 设置实验参数：在虚拟仪器软件中设置实验参数，包括电压、电流等。
5. 运行实验：点击软件中的"开始"按钮，运行实验。
6. 数据采集：观察软件界面上的数据显示，记录实验数据，如电阻值。
7. 实验结果分析：根据实验数据进行结果分析，比如绘制曲线图、计算相关参数等。
实验结果与讨论：通过模拟实验，我们成功地测量了电路中某一电阻的电阻值。
我们根据设置的实验参数，在虚拟仪器软件中观察到了电阻值，并成功地记录了实验数据。
通过对实验数据的分析，我们得出了以下结论：1. 实验数据与理论值的比较：比较实验测得的电阻值与理论计算值，我们发现两者存在一定的误差。
这可能是由于测量仪器的精确度、电路中其他元件的影响以及实验条件的限制等原因所导致的。
2. 实验数据的稳定性：在不同实验条件下进行多次测量，我们发现实验数据的稳定性较好。
重复实验结果的接近程度表明虚拟仪器的精确度和可靠性较高。
3. 数据分析与应用：根据实验数据，我们可以进一步分析电阻值与其他因素（如电流、电压等）之间的关系。
通过进一步的实验研究，可以探究电阻在不同工作条件下的变化规律，为相关领域的研究提供有价值的参考。
实验结论：通过本次虚拟仪器实验，我们掌握了虚拟仪器的使用方法，了解了在虚拟环境中进行实验的过程和步骤。
通过模拟实验，我们成功地测量了电阻的电阻值，并对实验结果进行了分析与讨论。
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。
它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。
无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式
PC 或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。
虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量，控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。
从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。
尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。
虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。
它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训既可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。
在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压。
虚拟仪器
虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软件来定义的计算机仪器。
从虚拟仪器的组成结构上来看：（1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通用计算机硬件平台和通用的测量功能硬件）；(2）良好的人机界面。
虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的（通过“控件”虚拟出面板）；（3）功能强。
虚拟仪器的功能是由用户软件定义的;（4）虚拟仪器之“虚拟”含义:虚拟仪器面板；软件实现仪器功能。
如：基于高速数据采集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚拟相位计”等不同仪器。
（5）因此，软件是虚拟仪器的核心，NI 提出“软件即仪器”（The software is the instrument）。
与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点：1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性）好；充分利用计算机丰富的软硬资源。
仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。
仪器升级方便，性价比高（一机多用）。
基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器”。
（2）操作方便；通过图形用户界面（GUI）操作虚拟仪器面板。
（3）硬件模块化、系列化；基于仪器总线技术，设计出模块化、系列化硬件。
1. 虚拟仪器系统组成及各部分基本功能虚拟仪器的系统构成硬件和软件两大部分构成。
硬件是基础，软件是核心。
各部分基本功能虚拟仪器的内部功能，可划分为信号调理与采集、数据分析和处理、参数设置和结果表达三大功能模块。
信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完成，而数据分析与处理、结果表达与输出则主要由用户应用软件完成。
第二章LabVIEW 概述LabVIEW的特点-图形化的仪器编程环境提供显示和控制对象，如表头、旋钮、图表等。
第一章 虚拟仪器概述
虚拟仪器概述
• 虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计 算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是 目前仪器发展的一个重要方向。
– 一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是 所谓智能化的仪器。 – 另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计 算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功 能。
– 前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于 模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输 入量被称为控制（Controls），输出量被称为 显示（ Indicators ）。控制和显示是以各种图 标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、 图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。
流程图（block diagram）
创建一个VI程序•Fra bibliotek在前面板上放置三个控件，如下图所示：
打开框图程序窗口
• 完成的程序如图所示： • 运行
• 进入框图程序窗口
LabVIEW操作模板
控制模板(Controls Palette)
• 控件选板在前面板显 示，它包含创建前面 板时可用的全部对象。 控件选板中的基本常 用控件可以以现代 （modern）、经典 （classic）和系统 （system）三种风格 显示
• 功 能 模 板 (Functions Palette)函数选板只能在编 辑程序框图时使用，与控 件选板的工作方式大体相 同。创建框图程序常用的 VI 和函数对象都包含在该 选板中。 • 选择View->Functions Palette或右击框图面板空 白处就可以显示函数选板。
LabVIEW是什么？
• 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。
关于虚拟仪器的课程设计
关于虚拟仪器的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解虚拟仪器的概念、功能及在工程测量中的应用。
2. 学生能够掌握虚拟仪器软件的基本操作流程和使用方法。
3. 学生能够描述至少三种常见虚拟仪器的原理及使用场景。
技能目标：1. 学生能够独立操作虚拟仪器软件，进行基础的数据采集与分析。
2. 学生能够运用虚拟仪器解决简单的实际测量问题，如信号处理、波形分析等。
3. 学生通过小组合作，设计并实施一个简单的虚拟仪器应用方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学研究的兴趣，特别是在工程测量和虚拟仪器领域的探索热情。
2. 学生在学习过程中形成合作意识，培养团队精神和解决问题的积极态度。
3. 学生能够认识到虚拟仪器在现代社会中的重要作用，理解科技发展对生活的影响。
课程性质：本课程为实践性与理论性相结合的课程，旨在通过虚拟仪器的学习，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
学生特点：考虑到学生处于高年级，已具备一定的物理知识和实验操作技能，能够较快地掌握虚拟仪器原理和操作。
教学要求：教师需采用讲授与实操相结合的教学方式，注重引导学生主动探索，鼓励学生将理论知识应用于实践操作中，并通过小组合作培养学生的团队协作能力。
通过具体的学习成果评估，确保学生达到课程目标。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 定义与分类- 发展历程- 应用领域2. 虚拟仪器原理- 数据采集与处理- 信号分析与显示- 常用算法介绍3. 虚拟仪器软件- LabVIEW软件安装与界面认识- 基本操作与编程- 实例分析与实操演练4. 常见虚拟仪器介绍- 数字示波器- 频谱分析仪- 数据记录仪5. 虚拟仪器应用案例- 简单电路信号测量- 声音信号处理- 小组项目：设计并实施一个虚拟仪器应用方案教学内容安排与进度：第一周：虚拟仪器概述第二周：虚拟仪器原理第三周：LabVIEW软件安装与基本操作第四周：常见虚拟仪器介绍第五周：虚拟仪器应用案例及小组项目实施本教学内容依据课程目标，紧密结合教材相关章节，注重理论与实践相结合，使学生能够系统地掌握虚拟仪器相关知识。
第8章 智能仪器与虚拟仪器
8.2 智能仪器简介
模型化仪器是在初级智能仪器基础上又应用了建模技术和方法,它是以 建模的数学方法及系统辨识技术作为支持的。这类仪器可以对被测对象状 态或行为做出估计,可以建立对环境、干扰、仪器参数变化做出自适应反应 的数学建模,并对测量误差(静态活动态误差)进行补偿。模式识别可以作为 状态估计的方法而得到应用。这类仪器应具有一定的自适应、自学习能力。 目前这类仪器的技术与方法、工程实现问题正在研究。
第8章 智能仪器与 虚拟仪器
目录
8.1 概述 8.2 智能仪器简介 8.3 虚拟仪器与软件
8.1 概述
仪器仪表的发展可以简单地划分为三代。第一代为指针式(或模拟式)仪 器仪表,如指针式万用表、功率表等,它们的结构是电磁式的,基于电磁测量原 理采用指针来实现最终的测量结果指示。第二代为数字式仪器仪表,如数字电 压表、数字功率计、数字频率计等,它们的基本结构离不开A-D转换环节,并以 数字方式指示或打印测量结果。第二代仪器响应速度较快,测量准确度较高。 第三代就是本书要讨论的智能式仪器仪表(简称为智能仪器)。
图8-2 微机内嵌式智能仪器的基本结构
8.2 智能仪器简介
由图8-2可知,微机内嵌式智能仪器由单片机或DSP等CPU为核心,扩展必 要的RAM、EPROM、I/O接口,构成“最小系统”,它通过总线及接口电路与输 入通道、输出通道、仪器面板及仪器内存相连。EPROM及RAM组成的仪器内存 可保存仪器所用的监控程序、应用程序及数据。中断申请可使仪器能够灵活 反应外部事件。仪器的输入信号要经过输入通道(预处理部分)才可以进入微 机。输入通道包括输入放大器、抗混叠滤波器、多路转换器、采样/保持器、 低通滤波器等部分。仪器的数字输出可与LCD等显示器相接,也可与打字机相 接,获得测量信息。外部接通信接口负责本仪器与外系统的联系。
第一讲 什么是虚拟仪器
虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（National Instrument）在1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981 年由美国西北仪器系统公司推出的Apple II为基础的数字 存储示波器。这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被 称为个人仪器。（Personal Instrument）。
用户在使用这套装置时： 操作：操作的是示波器面板 观察：示波器屏幕 优点：直观、简单！
缺陷： 1）测试同样的信号，如果一旦示波器买定， 则我们只能测定特定的信号。 实际上从测试的信号我们可以得到更多的信 息（功率、光强），但是示波器无法满足。 如果需要更多的信息，那就只能再买仪器。 2）示波器的按钮，我觉得不符合我的使用习 惯。（人适应仪器）
作业
查资料（期刊、学位论文等）进一步体 会虚拟仪器的内涵，理解虚拟仪器与传 统仪器的不同，理解虚拟仪器与仿真的 不同。 本课程主要讲述虚拟仪器，虚拟仪器是 计算机与仪器结合的一种方式，计算机 和仪器还有另外一种结合方式－智能仪 器，什么是智能仪器？列举你见过的智 能仪器。
请大家回去查资料了解其特点和应用场合
小型虚拟仪器系统开发
虚拟仪器为计算机在工业领域中的应用提供一项很好的技术解决 方案，例如，在制造业中我们可以借鉴它来进行机床操作面板设计等 工作。
虚拟仪器不“虚”！
本课程最终目的： 理解虚拟仪器的思想，最终能应用Labview软件 设计一个简易虚拟仪器：测温计、测速计、示波 器等。 软件和硬件 硬件可以提出选择方案。 软件自己设计。
虚拟仪器软件驱动模块 为简化硬件板卡编程和控制，NI和Agilent标准 化了数百种常用仪器、板卡的驱动，它们已成为虚 拟仪器开发平台的一部分，开发时可直接复用这些 硬件驱动代码。
虚拟仪器的概念
用LabVIEW做的示波器，与真实的示波器有着相同的功能
LabVIEW和虚拟仪器在物理实验中的 应用
对学生进行LabVIEW和虚拟仪器的基本知识
和技术的训练，有助于他们在将来的工作中 掌握运用。 将部分实验的传统测量方法改进为计算机自 动化测量分析，使实验的效率大大提高，物 理内容更加突出。 通过适当配置接口，可以充分综合利用实验 室现有的各种数字仪器仪表，以及用C++等 系统开发的计算机数据测控系统。
提示：LabVIEW中，你可以随时获得帮助。用Help→Show Context Help打开帮助窗口（Context Help）快捷键为Ctrl＋H， 当把鼠标放到任何感兴趣的模块对象上时，就会在帮助窗口中显 示相应的帮助信息。
提示：在任何一个控制或是函数模块上单击右键，都会出现弹 出菜单，通过弹出菜单可以方便地对模块进行编辑。
数据线：
当你连线时，LabVIEW会提示该接口的名称，只能在同一 数据类型的端口之间连线，不同类型的数据连线的颜色和形 状也不同。错误的连线会表示成黑色虚线，这时你应将连线 工具移动到它上面，LabVIEW会给出两端的数据类型信息， 你可以检查并改正。添加新的模块和连线可能会对已设置好 的部分有影响，而且原来的错误连线也可能对新添加的连线 有影响。
提示：在流程图上，你会看到不同颜色的模块，不同颜色代表 不同的数据类型，其定义与连线一致。
6.控制量与显示量
在LabVIEW中，一个数字量（numeric）、布尔量
（boolean）、字符量（string）等都有控制量 （control）和显示量（indicator）的区别。 控制量：用于控制程序，它相当于仪器上的控制按 钮，如开关、旋钮等。 显示量：用于显示程序运行的结果，它相当于仪器 上的显示部件，如显示屏、指示灯等。 在流程图窗口中，我们可以看到控制部件的外框比 较粗，显示部件的外框比较细，要实现控制量与显 示量之间的转换，只需在流程图上的模块上点击右 键，选择change to indicator（或者change to control）就可以了。
虚拟仪器
虚拟仪器虚拟仪器技术是20世纪90年代发展并兴起的一项新技术，主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和资料分析等领域，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件。
虚拟仪器（VI）的出现是仪器测试测量领域的一个突破，代表着仪器测试测量发展的最新方向和潮流实现了测试测量技术和计算机技术的真正融合，是计算机技术和现代测量技术高速发展共同孕育出的一项新技术。
1.虚拟仪器的概念虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器，是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物，它推动着传统仪器朝着数字化、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。
自1986年美国国家仪器公司（National Instruments,简称NI）提出虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）的概念以来，虚拟仪器这种计算机操作的模块化仪器系统在世界范围内得到了广泛的认同和应用。
通常使用的测量仪器基本上由三部分组成：数据获取、数据处理与分析、数据的显示。
传统仪器是将这三部分装入在一个仪器仪表机箱内，而虚拟仪器则是一种功能意义上的仪器，是具有仪器功能的软硬件组合它并不强调物理上的实现形式，所以虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来，充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本仪器设备配件的支持下，利用软件完成资料的采集、控制、资料分析和处理以及测试结果显示的测试测量系统。
它大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的局限性，使用户可以简单、方便地对仪器进行维护、扩展和升级。
众所周知，电子测试自动化是测量仪器发展的主要方向，随着现代科学技术的不断发展，测试项目日益增多，测量范围越来越大，对测试速度精度的要求也越来越高，这些都需要测量仪器和测试方法不断改进和完善，而虚拟仪器系统的特点正适合了这个时代的潮流。
在虚拟仪器系统中，用户使用相同的硬件系统，而只需将具有一种或多种功能的通用模块相互组合，就能设计出不同的仪器系统；同时通过有好的图形接口来操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样方便，而虚拟仪器的“虚拟”在很大程度上也体现在这种模仿真实仪器操作面板的虚拟面板上。
虚拟仪器名词解释
虚拟仪器名词解释
虚拟仪器是一种现代计算机技术,允许计算机在执行某些计算任务时,使用外部设备(如测量仪器、分析仪器等)来进行数据处理和分析。
虚拟仪器是一种将外部设备嵌入到计算机系统中的技术,使得这些设备可以与计算机中央处理器(CPU)并行运行,从而提高计算效率。
虚拟仪器通常由一个或多个虚拟仪器库提供,这些库提供了一组标准的虚拟仪器接口,可以被应用程序所使用。
虚拟仪器库可以包括不同类型的虚拟仪器,如测量浮点数的浮点测量库、分析仪器的仪器分析库等。
应用程序可以使用虚拟仪器库中的虚拟仪器来进行数据处理和分析,并将结果输出到标准输出或文件。
除了提高计算效率外,虚拟仪器还可以带来一些其他的优点。
例如,虚拟仪器允许应用程序使用外部设备的数据,而不必手动读取和转换数据。
虚拟仪器还可以降低系统复杂性,因为应用程序不必考虑如何与外部设备通信,而是直接使用虚拟仪器库提供的接口进行数据处理。
随着虚拟仪器技术的不断发展,虚拟仪器的应用越来越广泛。
例如,在人工智能、医学诊断、天文学、化学分析等领域,虚拟仪器已经成为不可或缺的工具。
虚拟仪器技术还可以用于开发更加高效、精确的测量和数据分析应用程序。
虚拟仪器是一种强大的计算机技术,可以提高计算效率和降低系统复杂性,为各种应用程序提供更加可靠的数据处理和分析功能。
虚拟仪器的使用
探讨未来发展趋势和挑战
智能化发展
随着人工智能技术的不断发展，虚拟仪器将实现更高程度 的智能化，能够自动识别和处理数据，提供更加智能化的 测试结果。
跨平台应用
为了满足不同用户的需求，虚拟仪器将实现跨平台应用， 可以在不同的操作系统和设备上使用，提高灵活性和便利 性。
多功能集成
未来的虚拟仪器将实现更多功能的集成，例如信号处理、 图像识别等，为用户提供更加全面的测试解决方案。
系统的数据交换和集成。
基于Modbus协议的集成方法
02
利用Modbus协议在虚拟仪器与PLC之间建立通信连接，实现数
据的实时传输和控制。
基于以太网/IP的集成方法
03
通过以太网/IP协议，将虚拟仪器与PLC控制系统连接在同一个
网络中，实现远程监控和数据采集。
DCS控制系统集成方法论述
基于OPC UA技术的集成方法
虚拟仪器的使用
• 虚拟仪器概述 • 虚拟仪器硬件组成 • 虚拟仪器软件设计 • 虚拟仪器在测量测试中应用
• 虚拟仪器在自动化控制中应用 • 虚拟仪器在远程监控中应用 • 总结与展望
01
虚拟仪器概述
定义与发展
定义
虚拟仪器是一种基于计算机技术的测 量和控制系统，通过软件编程实现对 各种物理量的测量、分析、显示和控 制。
基于移动设备的远程监控系统采用C/S架构，用户通过移动设备上的客户端应用程序实现远程监控。
系统设计包括客户端应用程序设计、服务器端数据处理和通信协议设计等方面。
客户端应用程序需要考虑不同移动设备的兼容性和用户体验，服务器端数据处理需要保证数据的实时性 和安全性，通信协议需要满足数据传输的稳定性和可靠性。
数据安全与隐私保护
虚拟仪器课程设计
虚拟仪器 课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解虚拟仪器的定义、分类及其在工程领域的应用；2. 掌握虚拟仪器的原理、设计方法和操作流程；3. 理解虚拟仪器与传统仪器的区别及优势。
技能目标：1. 学会使用虚拟仪器软件（如LabVIEW）进行程序设计和数据采集；2. 能够独立设计简单的虚拟仪器系统，完成特定功能的测试；3. 培养学生运用虚拟仪器解决实际问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发其探索精神；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通协作能力；3. 引导学生认识虚拟仪器在现代社会中的重要作用，树立正确的技术观。
本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
课程旨在使学生掌握虚拟仪器的相关知识，培养其实践操作能力，并在此基础上，激发学生的创新意识，提高其解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，为学生未来在工程技术领域的进一步发展奠定基础。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 虚拟仪器的定义、分类及发展历程- 虚拟仪器与传统仪器的区别及优势2. 虚拟仪器原理与设计- 虚拟仪器的硬件组成与工作原理- 虚拟仪器软件（LabVIEW）的基本操作与编程方法- 虚拟仪器的设计流程与案例分析3. 虚拟仪器应用实例- 数据采集与信号处理- 控制系统设计与仿真- 虚拟仪器在特定领域的应用案例4. 实践操作与项目设计- 虚拟仪器软件（LabVIEW）实操训练- 简单虚拟仪器系统的设计与实现- 团队项目设计、实施与展示教学内容按照上述四个部分进行组织，共计16课时。
其中，理论教学占8课时，实践操作占6课时，团队项目设计与展示占2课时。
教材参考《虚拟仪器原理与应用》一书，结合课程目标和教学大纲，确保内容的科学性和系统性。
教学内容安排和进度如下：第1-2课时：虚拟仪器概述第3-4课时：虚拟仪器原理与设计（一）第5-6课时：虚拟仪器原理与设计（二）第7-8课时：虚拟仪器应用实例第9-12课时：实践操作与项目设计（一）第13-15课时：实践操作与项目设计（二）第16课时：团队项目展示与总结三、教学方法本课程采用多种教学方法相结合，旨在激发学生的学习兴趣，提高学生的主动参与度和实践能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
虚拟仪器
一、起源与发展
上世纪80年代末期，美国仪器公司(NI)提出了“软件就是仪器”的新概念，它将计算机技术与现代仪器技术相结合，开发出虚拟仪器这种全新概念的测量仪器，从而打破了传统仪器的结构固定、功能单一、可扩展性差等限制。
虚拟仪器概念最早是由美国仪器公司(national instruments，NI)，于1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器公司系统公司推出的AppleⅡ为基础的数字存储示波器。
自20实世纪80年代中期开始，微软公司Windows操作系统的出现，使得计算机操作系统的图形支持功能得到很大提高。
1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabView，标志着虚拟仪器设计软件平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。
虚拟仪器是测试技术和计算机技术综合集成的产物，是计算机技术、测量仪器技术和软件技术共同孕育出的一项革命性新技术，代表了现代测试技术和仪器技术发展方向。
虚拟仪器的出现，彻底改变了传统的仪器观，开辟了测量测试技术的新纪元。
随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器的概念逐步为工业界和学术界所认识，经过20多年的技术进步与发展，已经成为21世纪测试技术与仪器技术发展的一个重要方向，并且在研究、制造和开发以及一些院校的实验室建设等众多领域得到广泛应用。
二、虚拟仪器概述
计算机总线技术、软件技术及相关技术的发展，使得微机在计算机仪器上的作用远远超出了计算机仪器发展初期用来完成控制的范畴。
微机及DSP强大的计算能力使得它们在一定的实时性要求下代替了许多原来由硬件完成的功能，这标志着“软件即仪器(The software isthe instrument)”时代的到来。
人们给这样的测试仪器起了一个形象的名字——虚拟仪器。
虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，是使用在通用计算机上的一组软件和硬件。
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，它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。
因此，所谓虚拟仪器(Virtual Instrument，VI)，就是用户在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的测试仪器一样。
虚拟仪器概念的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，在测试系统和仪器设计中尽量使用软件代替硬件，充分利用计算机技术来实现和扩展传统测试系统和仪器的功能。
“软件即仪器”是虚拟仪器概念最简单，也是最本质的表述。
虚拟仪器包括硬件和软件两大部分。
虚拟仪器的硬件主要是获取现实世界的被测信号，提供信号传输的通道。
而软件是控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的命令环境。
总之，虚拟仪器硬件技术以VXI、PXI等先进的计算机接口总线发展为标志，而软件技术则以VISA、SCPI和IVA等最新标准和LabVIEW、LabWindows／CVI 等先进开发平台为核心，构成一个比较完整的虚拟仪器技术体系。
三、国内外发展状况
作为现代仪器仪表发展的方向，虚拟仪器已迅速发展成为一种新的产业.美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国。
到1994年底，虚拟仪器制造厂已达95家，共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2.93亿美元，占整个仪器销售额73亿美元的4%。
到1996年,虚拟仪器已在仪器仪表市场中占有10%的份额。
生产虚拟仪器的主要厂家NI、HP等公司，目前都生产数百个型号的虚拟仪器产品。
这些产品在国际市场上有较强的竞争力,已进入中国市场. 国内虚拟仪器研究的起步较晚,最早的研究也是从引进消化NI的产品开始.但经过多年研究,我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色。
国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一,并被列为十一五期间优先资助领域。
我国国民经济的持续快速发展,加快了企业的技术升级步伐,先进仪器设备的需求更加强劲;虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展,这些都为虚拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础.因此,我国的虚拟仪器存在巨大的发展潜力。
但是,国内虚拟仪器行业至今还没有形成具有自主知识产权的虚拟仪器核心开发技术,也没有相关的行业标准.虚拟仪器产业无论在规模还是在质量上都难以与国外同行匹敌,国外虚拟仪器产品几乎垄断了国内的市场.加入WTO以后,我国虚拟仪器行业面临的形势更加严峻.。