虚拟仪器技术(数据采集)
虚拟仪器在数据采集中的应用
摘 要 ： 文 简 要 介 绍 了虚 拟 仪 器 的概 念 和 虚 拟 仪 器 的 体 系 结 构 ， 后 对 半 图 形 化 的 开发 工 具 Ｌ ｂ ｉｄ ｗｓＣ Ｉ 本 然 ａｗ ｎ ｏ ／ Ｖ 编
程语 言进 行 了 介 绍 ， 析 了软 件 开 发 工 具 Ｉ ｂ ｎ ｏ ｓＣ 的 开 发 流 程 ， 结 合 电 动 车 窗 防 夹 测 试 系 统 的实 验结 果 ， 分 ｗｉｄ ｗ ／ ＶＩ ａ 并 说 明 了 使 用 虚 拟 仪 器 开 发 可 以获 得 优 良的 测 试 性 能 。
２虚 拟仪 器体 系结构
图 １ 虚 拟 仪 器 的体 系 结 构
虚拟仪 器 的体 系结 构如 图 １ 示 。 拟仪 器包 括 所 虚 硬件 系统 和软 件系统 两 部分 。
２ １虚拟 仪器 硬件 系统 ．
２ ２虚拟 仪器 软件 系统 ．
虚 拟仪 器 的核心 思想 ， 是利 用 计算机 的软件 和 就
关键 词 ： ａＷ ｉｄ ｗｓＣ ； 拟 仪 器 ； 动 车 窗 防夹 测 试 系 统 Ｌ ｂ ｎ ｏ ／ ＶＩ虚 电
中 图 分 类 号 ： Ｐ １． Ｔ ２６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ７ ９ ４ （ ０ １ ０ —０ ３ — ０ １ Ｏ — １９ ２ １ ）６ ０ ３ ３
硬件 资源 ， 本来 需要 硬件 或 电路 现实 的技 术软件 化 使 和虚 拟化 ， 大 限度 地 降低 系 统成 本 ， 强 系统 的 功 最 增 能 与灵 活性 。 虚拟 仪器 软件包 括三部 分 ， 一是输 入 ／ 输
虚拟 仪器 的硬 件 系统 一般 分 为计 算 机硬 件 平 台 和接 口硬件 。 虚拟仪 器 的计算 机硬 件平 台可 以是各 种
实现波形和数据采集的虚拟仪器技术
维普资讯
外 电 子测 量 技 术 ・ ０ ２年 第 ３期 ２０
虚 拟 仪 器
实 现 波 形 和 数 据 采 样 的 虚 拟 仪 器 技 术
邱健 杨 冠玲 何 振 江
华 南 师 范 大 学 物 理 系 （ １ ６ １ ５０ ３ ）
摘 要 ：实现 波 形 与 数 据 采 样 的 设 备 与 计 算 机 的 连 接 是 研 究 试 验 工 作 中 常 遇 到 的 问题 。本 文 以 Ｔｅ — ｋ ｔｏ ｉ ｒ ｎｘＴＤＳ３ ０示波 器与 计 算机 连 接 为例 ， 绍 了在 虚 拟 仪 器 平 台上 如 何 利 用 ＧＰ Ｂ接 口 实现 ６ 介 Ｉ
波 形 和 数 据 采 样 的 方 法 ， 描 述 了 实 现 波 形 和 数 据 采 样 的 虚 拟 仪 器 技 术 的 具 体 过 程 。 通 过 实 并 验 证 明 用 虚 拟 技 术 实现 波 形 和 数 据 采 样 的 方 法是 成 功 的 。 关 键 词 ：ＧＰ Ｂ 总 线 Ｉ Ｌ ｂ Ｅ Ｔｅ ｔｏ ｉ ａ ＶＩ Ｗ ｋ ｒ ｎｘＴＤＳ ３ ０ 示 波 器 ６
要 求 ， Ｉ 总 线 具 有 两 种 标 准
和 Ｉ ＥＥＥ一 ８ ． － ９ ７。 ４ ８ ２１ ９
用 这 一 接 口建 立 信 号 采 集 设 备 与 计 算 机 的 连 接 以 及 实 现 波 形 与 数 据 采 样 的 虚 拟 仪 器 技 术 。 在 讨 论
Ｖｉ ｔ ａ ｎｓ ｒ ｍ ｅ ｃ ｒ ｕ ｌＩ ｔ ｕ ｎｔ Ｔｅ ｈｍ ｏ ｏ ｙ ｏ ｃ ｏ ｐｌｓ ｎｇ ｌ ｇ ｆＡ ｃ ｍ ｉ ｈｉ ｔ ａ ｅ ｏｒ ｎｄ Ｄａ ａ Ｓ ｍ ｐｌｎｇ ｈｅ Ｗ ｖ ｆ ｍ ａ ｔ ａ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｕｒ ｓ ｕｄｙ ｗ ｅ ｆ ｅ ｅ ｌ ｅ ｔ ｔ ｒ ｌ ｍ ｆｃ ｎｎｅ ｔｏｎ ｂｅ ｗｅ ｎ ｔ ｏ — ｓｒ ｃ ： ｎｏ ｔ ｒ ｑｕ ｎｔｙ ｍ ｅ ｈｅ ｐ ｏｂ ｅ ｏ ｏ ｃ ｉ ｔ ｅ ｈｅ ｃ ｒ ｎ
虚拟仪器技术课程设计
虚拟仪器技术课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解虚拟仪器技术的基本概念、原理及其在工程领域的应用。
2. 掌握虚拟仪器软件（如LabVIEW）的基本操作和编程方法。
3. 学会使用虚拟仪器进行数据采集、处理、分析及展示。
技能目标：1. 能够运用虚拟仪器技术设计简单的测试系统，完成信号的采集与处理。
2. 培养学生动手实践能力，提高他们运用虚拟仪器解决实际问题的能力。
3. 培养学生团队协作和沟通能力，能够就虚拟仪器技术进行学术交流。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发他们学习自然科学和工程技术知识的热情。
2. 培养学生严谨的科学态度，养成良好的实验操作习惯。
3. 增强学生的创新意识，鼓励他们勇于探索、实践，培养他们面对挑战的信心。
课程性质：本课程为高二年级工程技术类选修课程，旨在通过虚拟仪器技术教学，使学生掌握基本工程实践能力。
学生特点：高二年级学生对工程技术有一定的基础，具备基本的物理知识和实验技能，但对虚拟仪器技术了解较少。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分调动学生的积极性，引导他们主动参与教学活动，实现课程目标。
通过本课程的学习，使学生能够将虚拟仪器技术应用于实际工程项目中，提高他们解决实际问题的能力。
后续教学设计和评估将围绕具体的学习成果展开，确保学生达到预期目标。
二、教学内容本课程教学内容依据课程目标，结合教材《虚拟仪器技术》进行选择和组织，主要包括以下几部分：1. 虚拟仪器技术概述- 了解虚拟仪器的定义、发展历程及应用领域。
- 分析虚拟仪器与传统仪器的区别和优势。
2. 虚拟仪器软件LabVIEW基础- 学习LabVIEW软件的安装、界面及基本操作。
- 掌握LabVIEW编程的基本概念，如数据类型、结构、函数和子VI。
3. 数据采集与处理- 学习数据采集卡的基本原理和使用方法。
- 掌握信号处理技术，如滤波、波形分析等。
4. 虚拟仪器应用实例- 分析典型虚拟仪器应用案例，如温度监测、振动测试等。
计算机虚拟仪器技术的概念
计算机虚拟仪器技术的概念一、引言计算机虚拟仪器技术是一种基于计算机硬件平台，结合特定软件，实现测量、数据处理、分析、存储及结果显示等功能的技术。
它广泛应用于各种科研、生产、维修等领域，极大地提高了测试和测量的效率及精确度。
二、基于计算机的硬件平台计算机虚拟仪器技术的硬件基础是计算机硬件平台，包括台式机、笔记本、平板等，这些硬件平台为虚拟仪器的实现提供了基础计算能力。
三、图形化用户界面虚拟仪器的用户界面通常采用图形化方式，这种方式直观、易于理解，用户可以通过鼠标、键盘等输入设备对仪器进行操作和控制。
四、软件驱动的仪器虚拟仪器的核心是软件，它负责实现仪器的各种功能。
通过软件，用户可以设定仪器的工作模式、测量范围、数据处理方式等。
五、数据采集与分析虚拟仪器能够实现数据采集与分析。
它可以接收来自传感器或其他设备的数据，进行存储和分析。
通过软件，用户可以对采集到的数据进行处理和分析。
六、可自定义的仪器功能虚拟仪器的另一个重要特性是可自定义。
用户可以根据自己的需求，编写或修改软件，使仪器具备特定的功能。
这使得虚拟仪器具有极高的灵活性。
七、网络化测量与远程控制借助网络技术，虚拟仪器可以实现远程测量和控制。
用户可以在不同的地点对仪器进行操作，或者将测量数据发送到其他设备上进行处理。
八、模块化与扩展性虚拟仪器通常采用模块化的设计方式，这种方式使得它们可以根据需要进行扩展或缩减。
用户可以根据实际需求，添加或删除功能模块。
总结：计算机虚拟仪器技术是一种灵活且功能强大的测量技术。
通过利用计算机硬件平台和特定软件，它能够实现各种测量任务。
同时，由于其可自定义的特性，用户可以根据自己的需求对仪器进行定制。
此外，网络化测量和远程控制功能使其在实际应用中具有更大的便利性。
模块化的设计方式则使得虚拟仪器可以根据需要进行扩展或缩减。
总的来说，计算机虚拟仪器技术是一种广泛应用于各种科研、生产、维修等领域的先进技术。
如何使用LabVIEW进行数据采集和分析
如何使用LabVIEW进行数据采集和分析LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由美国国家仪器公司（NI）开发的图形化编程环境和开发平台，主要用于测试、测量和控制领域。
LabVIEW具有直观的用户界面、强大的数据采集和分析功能，被广泛应用于工业自动化、科学研究、仪器仪表等领域。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行数据采集和分析的基本步骤。
一、实验准备与硬件连接在使用LabVIEW进行数据采集和分析之前，首先需要准备好实验所需的硬件设备，并将其与计算机连接。
LabVIEW支持多种硬件设备，如传感器、仪器和控制器等。
根据实验需要选择相应的硬件设备，并按照其配套说明书将其正确连接至计算机。
二、创建LabVIEW虚拟仪器LabVIEW以虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）的形式进行数据采集和分析。
在LabVIEW中，可以通过图形化编程来创建和配置虚拟仪器。
打开LabVIEW软件后，选择新建一个VI，即可开始创建虚拟仪器。
三、配置数据采集设备在LabVIEW中，需要为数据采集设备进行配置，以便准确地采集实验数据。
通过选择合适的数据采集设备和相应的测量通道，并设置采样率、量程等参数，来实现对实验数据的采集。
LabVIEW提供了丰富的数据采集函数和工具箱，使得配置数据采集设备变得更加简单和便捷。
四、编写数据采集程序使用LabVIEW进行数据采集和分析的核心是编写采集程序。
在LabVIEW中，可以通过拖拽、连接各种图形化函数模块，构建数据采集的整个流程。
可以使用LabVIEW提供的控制结构和数据处理函数，对采集的实验数据进行处理和分析。
LabVIEW还支持自定义VI，可以将经常使用的功能模块封装成VI，以便在其他程序中复用。
五、数据可视化和分析通过编写好的数据采集程序，开始实际进行数据采集。
LabVIEW提供了实时查看和记录实验数据的功能，可以将采集到的数据以曲线图、表格等形式进行显示和保存。
虚拟仪器软件Labview和数据采集
现代经济信息虚拟仪器软件Labview和数据采集武 睿 太原理工大学 山西省国新能源发展集团有限公司摘要：Labview是一个在全球范围内都十分有名的虚拟仪器开发系统。
Labview与Fortran、C语言这类传统的编程语言相较而言，具有编写灵活、简单、易于掌握的优点。
本文将阐述Labview的开发环境，以及结合USB9100ms数据采集卡来对Labview如何采集数据进行介绍。
关键词：虚拟仪器软件；Labview；数据采集中图分类号：TP274.2 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2017)019-0330-02Labview属于基于C语言(图形编辑语言)的实验室虚拟仪器集成环境，由美国国家仪器公司于上世纪研制开发而成，拥有包括数据采集、函数数值运算、输入/输出控制、信号生成、信号处理、图像获取、图像处理、图像传输等等一系列十分强大的功能。
Labview使用的图形语言(各种连线、图形符号、图标等)G语言，与编程利用的传统文本语言相比的话，因为界面都是大家非常熟悉的波形图、旋钮、开关等，因此显得更加的直观友好，属于直觉式的图形程序语言。
如Fortran、C语言等传统编程语言，需要工程人员拥有非常丰富的编程经验，才能将其用于虚拟仪器控制，才能将工程人员拥有的与仪器和应用的知识转变成为计算机上的程序代码，才能形成程序测试。
但是对于Labview而言，并不需要工程人员有太多的编程经验，只需要工程人员用直觉的方式来建立前面板方块图程序和人机界面，编程过程就算完成了。
这样一来，那些并没有太多编程经验的工程师们，就能够把更多的精力投注到实验的测试中，而不是繁重的文字编码。
Labview的执行顺序，是按照方块图间数据的传递来决定的，而不是像传统的编程语言那样，必须要逐行地执行，因此工程人员能够利用Labview设计出多个程序可以同时执行的流程图。
一、Labview的开发环境Labview的开发环境可以分为图标/连接端口、框图程序和前面板三个部分。
什么是虚拟仪器技术？
什么是虚拟仪器技术？虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。
这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。
只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。
虚拟仪器技术的三大组成部分：1．高效的软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。
使用正确的软件工具并通过调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。
NI公司提供的行业标准的图形化编程软件——NI LabVIEW，不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的数据处理能力，并将分析结果有效地显示给用户。
此外，NI还提供了许多其它交互式的测量工具和系统管理软件工具，例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、基于ANSI-C语言的LabWindows/CVI、支持微软Visual Studio的Measurement Studio等等，这些软件均可满足客户对高性能应用的需求。
拥有了功能强大的软件，您就可以在仪器中创建智能性和决策功能，从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。
2．模块化的I/O硬件面对如今日益复杂的测试测量应用，NI提供了全方位的软硬件解决方案。
无论您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是IEEE 1394总线，NI都能提供相应的模块化硬件产品，产品种类从数据采集及信号调理、模块化仪器、机器视觉、运动控制、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。
NI高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种灵活独特的应用需求。
实验七虚拟仪器仿真实验模拟数据采集应用程序设计
实验报告
课程名称虚拟仪器技术学院电气与电子工程学院班级电1805-1
实验七模拟数据采集应用程序设计
一丶实验内容：
1、用DAC函数实现模拟输入通道0单端接地模式下，实现单点软件连续采集模拟通道0接入的模拟信号的功能。
2、用DAC函数实现模拟输出通道0、1在单端接地模式下，分别输出正弦信号、余弦信号的单点软件连续输出信号的功能（用AI0、AI1单点软件连续回采显示出正弦和余弦信号）。
实验虚拟仪器基础——NIELVIS入门
5）虚拟仪器（NI ELVIS）基础实验[实验目的]1．了解虚拟仪器概念2．学习NI ELVIS软面板仪器的使用，并进行实际测量3．了解G语言，LabVIEW编程初步[实验原理]一．虚拟仪器简介1．软件即仪器虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是基于计算机的软硬件测试平台。
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。
20世纪80年代，随着计算机技术的发展，个人电脑可以带有多个扩展槽，就出现了插在计算机里的数据采集卡。
它可以进行一些简单的数据采集，数据的后处理由计算机软件完成，这就是虚拟仪器技术的雏形。
1986年，美国National Instruments公司（简称NI公司）提出了“软件即仪器”的口号，推出了NI-LabVIEW开发和运行程序平台，以直观的流程图编程风格为特点，开启了虚拟仪器的先河。
2．与传统仪器比较虚拟仪器∙使用者定义功能∙软件定义的界面∙网络/互联网的连接传统仪器∙制造商定义功能∙固定的界面∙有限的扩展功能3．LabVIEW图形化开发环境LabVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境。
它功能强大且灵活，包含内容丰富的数据采集、分析、显示和存储工具。
LabVIEW用于实现对实际物理量的采集、分析和表达，利用它可以方便快捷地建立自己的虚拟仪器。
以LabVIEW为代表的图形化程序语言，又称为G语言。
使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。
LabVIEW与虚拟仪器有着紧密联系，在LabVIEW中开发的程序都被称为VI（或虚拟仪器），其扩展名为vi。
VI包括三个部分：前面板（Front Panel）、程序框图（Block Diagram）和图标/连接器（Icon and Connector Pane）。
程序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，输入量称为控制器（Control），输出量称为显示器（Indicator）。
基于LabVIEW的数据采集与处理技术
基于LabVIEW的数据采集与处理技术LabVIEW是一种图形化编程环境，被广泛应用于数据采集与处理领域。
本文将介绍基于LabVIEW的数据采集与处理技术，包括其原理、应用和发展趋势。
一、LabVIEW的原理LabVIEW是National Instruments（NI）公司开发的一种用于数据采集、控制、测量和分析的编程工具。
它采用图形化编程语言，即通过连接图形化的“节点”（也称为虚拟仪器或VI）来构建程序。
LabVIEW的程序由一系列的节点组成，每个节点代表一个操作或函数。
用户可以通过拖拽和连接这些节点来实现数据采集和处理。
这种图形化的编程方式使得非专业程序员也能够很容易地使用LabVIEW进行数据采集和处理。
二、LabVIEW的应用1. 数据采集LabVIEW提供了丰富的数据采集模块，可以通过各种方式获取不同类型的数据。
它支持各种传感器和仪器，包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
通过连接这些传感器和仪器，LabVIEW可以实时采集并显示数据。
2. 数据处理LabVIEW提供了强大的数据处理功能，可以对采集到的数据进行各种处理和分析。
它支持数学运算、滤波、插值、统计分析等。
用户可以根据需要对数据进行处理，从而得到更有用的结果。
3. 控制系统LabVIEW可以用于构建控制系统，实现对实验室设备或生产设备的控制。
它支持PID控制算法、状态机等控制方法，用户可以根据需要设计和调整控制策略。
4. 图形化界面LabVIEW提供了友好的图形化界面设计工具，用户可以通过拖拽和连接各种控件来创建自定义的界面。
这样，用户不仅可以方便地实现数据采集和处理，还可以将结果以直观的方式显示给用户。
三、LabVIEW数据采集与处理技术的发展趋势1. 高性能硬件支持随着计算机硬件的不断发展，LabVIEW可以利用更强大的计算能力进行数据采集和处理。
现在已经出现了一些基于FPGA（现场可编程逻辑门阵列）的硬件，使得LabVIEW可以实现更高的数据采集速率和处理能力。
LabVIEW编程及虚拟仪器设计(第七讲：数据采集(下))
清除任务
（1）显式转换举例：在“读取”采 样数据前，明确地执行“开始任 务”；且在“清除任务”前，明确 地执行“结束任务”。
（2）隐式转换举例：在“读取”函数执 行前，自动执行“开始任务”；在“清除 任务”执行前，自动执行“结束任务”。
三、数据采集程序（VI）示例
1. 模拟输入
(a) 采集5V的直流电压（电平），并由表盘式显示器显示
打开开关 调节为5V
(b) 对(a)例，改用DAQ助手建立程序（VI）
建立该程序(VI)的步骤： a) 经 “函数选板->测量I/O->DAQmx-数据采集”途径向框图面板添
加并启动“DAQ 助手” Express VI，在其打开的“新建Express 任务” 对话框里，选择“采集信号”->“模拟输入”->“电压” ；再选择模入物理通道ai0，并将“信号输入范围”设置为 0~10V，在“采集模式”中选择“1 采样 (按要求——表示立即 采集数据)” 。 b) 关闭DAQ 助手新建任务对话框后可看到，在该Express VI图标 下方多出了“数据”输出端子，将该输出端子连至“仪表”控到表盘式显示器路径：“控件”选板 ->“新式”“数值” “仪表”
任务/通道输入 读取
DAQmx任务名 控件
该程序（VI）建立的步骤：
a) 将需测的直流电压经差分模式接至实验箱的模拟输入0号与8号通道之间； b) 用MAX建立此采集测量任务：我的系统\数据邻居\NI-DAQmx任务，右击
3.在本实验室环境下，建立一个实际数据采集任务，包含要 确认一个或多个虚拟通道；且除每个虚拟通道的属性设置 以外，该任务涉及的参数还包含这些虚拟通道共用的采样 和触发模式等属性参数的配置（可选用默认，也可调整）。 虚拟通道：一个由测量采集任务名称、采集硬件物理 通道、模拟信号输入接线方式、测量或发生的信号类型、 换算（缩放比例）等虚拟仪器通过数据采集卡实现测量数 据采集所需要配置的属性的集合。
基于虚拟仪器的测试和数据采集系统
２０ 年 ０６
第 １卷 第 ６ ６ 期
收 稿 日期 ：０ ５ １－ ４ ２ ０ — １２
基于虚拟仪 器 的测试和数据 采集 系统
史颖 刚， 利 ， 刘 李元 宗
（ 太原理工大学机器人实验室 ， 山西太原 ，３ ０４ ００ ２ ） 摘 要： 介绍 了虚拟仪 器的构成 、 分类 ， 阐述 了基 于 Ｌ ｂ ＩＷ 的虚拟仪 器测试 系统的 ａＶ Ｅ
３５ 将培训与激励挂钩 ．
［ ］ 波特・ １ 马金． 组织和心理契约——对工作人员的管理 ［ ． Ｍ］ 北京： 北京
大学出版社 ，００ ２０．
［ ］ 爱德加 ・ ２ 薛恩． 组织心理学 ［ ． Ｍ］ 余凯成 ， ． ： 译 北京 经济管理 出版社 ，
１８ ． ９ ７
［ ］ 雷蒙德 ・ ・ ３ Ａ 诺伊． 员培训 与开发 ［ ． ： 雇 Ｍ］ 北京 中国人民大学 出版社 ，
集 卡 处 理 Ｉ
象
虚拟仪器技术（ ｉｕｌ ｓｕ ｅ ｔ ｉ ） ２ 世纪 ８ 年代末 ９ 年代 Ｖａ ａｉ ｔ ｍ ｎ ｔ ｎ 是 Ｏ ｒ ｎ ａｏ Ｏ Ｏ 初测控技术领域 出现 的一项 突破性进展 ， 虚拟仪 器以通用计算 机为核 心 ，由数据采集卡 、 ＰＢ Ｖ Ｉ Ｇ Ｉ 或 Ｘ 总线接 口 板实 现信号 的获取与控制 ， 还 可以用数字信号处理器 Ｄ Ｐ实现信号的处理， Ｓ 从而实现普通仪器的全部 功能以及一些在普通仪器上无法实现的特殊 功能． 因此 ， 国 Ｎ 公司有 美 Ｉ
２ ｏ ． ｏ １
［ ］ 胡君辰 ． ４ 郑绍濂． 人力资源开发与管理 ［ ． ： Ｍ］ 上海 复旦大学出版社 ，
１ ９９ ９ ．
［ ］ Ｈｌｏ Ｊ Ｔ ｅ ｈｎｉｇ Ｐ ｙｈ ｌ ｃｌ ｏ ｔ ｃ：Ｔ ｅ ｕ ａ ５ ｉｒｐ Ｍ．ｈ Ｃ ａ ｇ ｓｃｏ ａ ｔ ｎ Ｃ ｎｒ ｔ ｈ Ｈ ｍ ｎ ａ
《虚拟仪器技术》课程简介
虚拟仪器技术
VIRTUA1I N STRUMENTTECHNO1OGY
总学时：48 理论36实训12
学分：3
课程主要内容：
虚拟仪器技术代表了测量仪器与自动测试系统的发展方向。
本课程以美国N1公司的虚拟仪器图形化编程软件1abVIEW为主进行授课及实验。
以基于1ABVIEW图形化编程语言的虚拟仪器开发平台为基础，主要介绍虚拟仪器的基本概念、基本原理、1abVIEW编程环境、编程方法、数据采集、信号分析与处理等方面的内容。
要求学生在掌握基本理论知识和编程方法的基础上，能够从测量问题的本身出发，初步学会如何设计一个合理的测量方案，并能应用虚拟仪器测量技术解决一两个测量问题。
先修课程：
电子技术、电路分析、计算机技术和通信技术
适用专业：
电气工程与自动化，测控技术与仪器
教材：
[1]张凯、郭栋等∙1abVIEW虚拟仪器工程设计与开发.长沙：国防工业出版社.2005
[2]黄松岭、吴静.虚拟仪器设计基础教程.北京：清华大学出版社.2008.
教学参考书：
[1]袁渊、古军编著.虚拟仪器基础教程.成都：电子科技大学出版社.2005
[2]林静，林振宇等.1abVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通.北京：人民邮电出版社.2010.。
虚拟仪器技术
什么是虚拟技术?
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块 化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种 测试,测量和自动化的应用.
上世纪80年代,美国国家仪器公司NI (National Instruments)提出"软件 即是仪器"的概念,推出了LabVIEW直观 的流程图编程风格的软件开发和运行平台, 引发了测控技术领域的一场重大变革 .
首先,在网关服务器上采用Labview 构建控制温度的控制设备虚拟仪器和相应 的VI服务程序,之后对虚拟仪器进行web Server配置,最后利用Labview内嵌的 Web Publishing Tools Tools将服务器的程序发 布到Web上,产生客户端的运行程序.这 样,用户就可以通过浏览器运行应用服务, 实现远程监控家庭电气设备的温度状况.
结合嵌入式Internet技术与基于web的虚拟仪器技术的基础上,在 智能家庭研究中提出的一简单模型设计
基于Web的虚拟仪器技术智能家庭应用
系统基本组成
在该系统中,用户终端和嵌入式网关Web服 务器之间的连接建立在TCP/IP协议基础上,并 应用Http协议通过网页发布信息.网关利用USB 接口连接虚拟仪器的数据采集系统和信号调理系 统,读取家电设备上的温度传感器的感应信息, 并对信息进行分析判断.
在PC和工业控制计算机中插入基于PC 总线(ISA,PCI)的数采板卡构成硬件系 统.编写Windows系统平台的驱动程序和 软面板实现软件功能,成为业界的主要解 决方案.
但是在恶劣环境下测试任务的实践过程 中,我们发现基于PC或工控机的虚拟仪器 暴露出很多问题,如:体积大.不便于携 行;插卡式结构.接触易松动,不紧固; 以机械硬盘为主要存储介质,抗震性能差 等等.
虚拟仪器与数据采集
在环境监测领域，虚拟仪器和数据采集技 术可用于实现各种环境参数的采集、分析 和预警，为环境保护提供科学依据。
智能交通
在智能交通领域，虚拟仪器和数据采 集技术可用于实现车辆监测、交通信 号控制和路况信息采集等功能。
THANKS
感谢观看
用硬件实现。
输入/输出接口
用于连接数据采集系统和其他 设备，实现数据传输和控制。
数据采集的原理与实现
采样定理
根据采样定理，采样频率应至 少为信号最高频率的两倍，以
避免信号失真。
量化
将模拟信号转换为数字信号的过 程，通常使用ADC（模数转换器） 实现。
数字滤波
对采集到的数据进行滤波处理 ，以消除噪声和干扰。
数据采集软件是实现数据采集的关键， 包括驱动程序、数据采集控制软件和 数据分析软件等。
数据采集的应用领域
工业自动化
用于监测和控制生产过程中的各种参数，如温度、压力 、流量等。
医疗诊断
在医疗领域中，数据采集用于监测患者的生理参数，如 心电图、血压等。
ABCD
科学实验
在物理、化学、生物等领域中，数据采集用于获取实验 过程中的各种数据。
硬件接口
软件驱动
数据存储
数据处理
通过计算机的串口、并口、USB、以 太网等接口与外部设备连接，实现数 据采集。
将采集到的数据存储在计算机硬盘或 外部存储设备中，便于后续的数据处 理和分析。
虚拟仪器在数据采集中的实际案例
环境监测
用于实时监测环境中的温度、湿 度、气压、风速等参数，通过虚 拟仪器实现数据的采集、处理和
显示。
工业控制
在工业自动化生产线上，利用虚拟 仪器实现对各种传感器数据的采集、 处理和控制，提高生产效率。
LabVIEW与数据采集
温度计程序的图标和连接器
LabVIEW的特点
强大功能归因于它的层次化结构，用户可 以把创建的VI程序当作子程序调用，然后 再把这个程序作为另一个程序的子程序来 调用，以创建更为复杂的 LabVIEW 程序， 而这种调用的层次是没有限制的，因此可 以充分发挥个人的开发潜能。 LabVIEW 这种创建和调用子程序的方法， 使创建的程序结构模块化，更易于调试、 理解和维护。
温度计的前面板
框图程序
每一个程序前面板都有相应的框图程序与 之对应。框图程序用图形编程语言编写， 可以把它理解成传统程序的源代码。框图 中的部件可以看成程序节点，如循环控制、 事件控制和算术功能等。这些部件都用连 线连接，以定义框图内的数据流动方向。
温度计的框图程序
图标/连接器
图标/接口器件可以让用户把VI程序变成 一个对象（VI子程序），然后在其他程序 中像子程序一样地调用它。图标表示在其 他程序中被调用的子程序，而接线端口则 表示图标的输入/输出口，就像子程序的 参数端口对应着VI程序前面板控件和指示 器的数值。
图框被用来实现结构化程序控制命令， 连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内 的数据流动方向。
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温度计显示框图程序
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图标/连接器
图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。
图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点 表现形式； 连接器则表示节点数据的输入/输出口，就 像函数的参数。用户必须指定连接器端口与 前面板的控制和显示一一对应。 连接器一般情况下隐含不显示，除非用户选 择打开观察它。
前面板
后面板
计算机虚拟仪器技术
计算机虚拟仪器技术简介计算机虚拟仪器技术是在计算机技术的基础上，将软件技术与仪器技术相结合，实现对各类仪器进行虚拟化的技术。
它通过软件模拟的方式，将传统的硬件仪器虚拟化为软件仪器，实现了在计算机上进行各类仪器的模拟、仿真和操作，具有灵活、便捷和高效等特点。
发展历程计算机虚拟仪器技术起源于20世纪80年代，当时主要用于代替传统的硬件仪器进行信号采集和分析。
随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术也得到了迅速的发展和应用。
90年代，虚拟仪器技术开始应用于自动测试系统，实现了对多种测试设备的集成和统一管理。
2000年代以后，随着云计算和大数据技术的兴起，计算机虚拟仪器技术得到了进一步的发展，不仅应用于实验室和工业界，还被广泛应用于医疗、教育、科研等领域。
技术原理计算机虚拟仪器技术主要包括以下几个方面的技术：1. 信号采集与处理在计算机虚拟仪器技术中，模拟信号需要通过数据采集卡进行采集，并输入到计算机中进行处理。
计算机利用模拟-数字转换技术将模拟信号转换为数字信号，并进行数字信号处理。
2. 仪器仿真与建模利用计算机虚拟仪器技术，可以通过编程语言或专门的建模工具对仪器进行仿真。
根据仪器的特性和功能，可以利用数学模型和物理模型进行仿真，以实现对仪器的模拟和仿真。
3. 用户界面设计计算机虚拟仪器技术依赖于用户界面的设计，通过直观的图形界面和友好的操作方式，使用户能够方便地模拟和控制虚拟仪器。
用户界面设计要考虑用户的使用习惯和操作需求，提供清晰的操作指导和可视化的数据展示。
4. 数据处理与分析在计算机虚拟仪器技术中，数据处理与分析是非常重要的环节。
通过对采集到的数据进行处理和分析，可以得到实验结果和相关参数，并通过可视化的方式展示给用户。
数据处理与分析的方法包括滤波、频谱分析、峰值检测等。
5. 仪器控制与管理计算机虚拟仪器技术可以实现对各类仪器的远程控制和集中管理。
通过网络技术和远程控制接口，可以实现对分布在不同地点的仪器的控制。
虚拟仪器技术课程介绍
编程语言选择依据及推荐
• 平台支持: 确保所选编程语言与软件开发平 台和硬件平台兼容。
编程语言选择依据及推荐
推荐语言
输标02入题
• LabVIEW G语言: 对于使用LabVIEW平台的项目， 推荐使用图形化的G语言进行编程，它直观易用， 适合快速原型开发。
01
03
• Python: 对于数据分析、算法开发和科学计算等应 用，推荐使用Python语言，它语法简洁、库丰富， 适合快速开发和原型验证。
虚拟仪器技术将与计算机科学、电子工程、 机械工程等多学科深度融合，推动相关领 域的创新发展。
THANKS
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知识掌握程度
通过课程学习，学生对虚拟仪器技术的 基本概念、软硬件开发平台及系统设计
方法有了较深入的了解。
团队协作与沟通能力
在课程项目实践中，学生学会了与团 队成员协作、沟通，共同完成任务。
实践能力提升
通过课程实验和项目实践，学生的动 手能力和解决问题的能力得到了显著 提高。
创新思维培养
课程鼓励学生自主思考、创新，通过 课程设计等环节培养学生的创新意识 和能力。
基于计算机的仪器模拟
图形化编程
虚拟仪器利用计算机强大的计算和处 理能力，通过软件模拟传统仪器的功 能和操作界面。
虚拟仪器使用图形化编程语言，如 LabVIEW等，使得用户可以直观地设 计和开发仪器界面与功能。
模块化设计
虚拟仪器采用模块化设计思想，将仪 器功能划分为不同的模块，方便用户 根据需求进行组合和配置。
利用LabVIEW的调试工具对 程序进行单步执行、断点设置 和变量监视等操作，确保程序 的正确性和性能。同时，通过 优化算法和代码结构提高程序 的执行效率。
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数据采集(DAQ)卡
１．数据采集卡的功能 一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、 数字I/O、计数器/计时器等，这些功能分别由相应的电 路来实现。 模拟输入是采集最基本的功能。它一般由多路开关 （MUX）、放大器、采样保持电路以及A/D来实现，通 过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字信号。 A/D的性能和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据 实际需要的精度来选择合适的A/D。
5.线性化
许多传感器对被测量的响应是非线性的， 因而需要对其输出信号进行线性化，以 补偿传感器带来的误差。但目前的趋势 是，数据采集系统可以利用软件来解决 这一问题。
6.数字信号调理
即使传感器直接输出数字信号，有时也有 进行调理的必要。其作用是将传感器输出 的数字信号进行必要的整形或电平调整。 大多数数字信号调理模块还提供其他一些 电路模块，使得用户可以通过数据采集卡 的数字I/O直接控制电磁阀、电灯、电动机 等外部设备。
模拟信号输入需考虑的因素:
当采用DAQ卡测量模拟信号时，必须考虑下列因素： 输入模式（单端输入或者差分输入） 分辨率 输入范围 采样速率 精度 噪声
模入信号的连接方式
• 接地信号: 如信号发生器和电源。
• 浮动信号: 电池、热电偶、变压器和隔 离放大器。
测量系统 的分类
第8章
数据采集
学习目标
1 信号和信号采集的基本概念 2 DAQ VI的组织结构 3 使用DAQ Assistant ,I/O和数字 I/O的基本内容
8.1 概述
LabVIEW的数据采集（Data Acquisition）程序 库包括了许多NI公司数据采集（DAQ）卡的驱 动控制程序。通常，一块卡可以完成多种功能 模/数转换，数/模转换，数字量输入/输出，以 及计数器/定时器操作等。用户在使用之前必须 对DAQ卡的硬件进行配置。这些控制程序用到 了许多低层的DAQ驱动程序。
3.滤波
滤波的目的是从所测量的信号中除去不 需要的成分。大多数信号调理模块有低 通滤波器，用来滤除噪声。通常还需要 抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最 高频率以上的所有频率的信号。某些高 性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波 器。
4.激励
信号调理也能够为某些传感器提供所需 的激励信号，比如应变传感器、热敏 电阻等需要外界电源或电流激励信号。 很多信号调理模块都提供电流源和电 压源以便给传感器提供激励。
为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集（A/D） 之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频 率的信号成分滤去。在例上中，这个滤波器的截止频率 自然是25HZ。这个滤波器称为抗混叠滤波器. 采样频率应当怎样设置呢？可能会首先考虑用采集 卡支持的最大频率。但是，较长时间使用很高的采样率 可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理 论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的２倍就 够了，实际上工程中选用５～１０倍，有时为了较好地 还原波形，甚至更高一些。
DAQ系统的基本任务是物理信号的产生或测量。 但是要使计算机系统能够测量物理信号，必须要 使用传感器把物理信号转换成电信号（电压或者 电流信号）。有时不能把被测信号直接连接到 DAQ卡，而必须使用信号调理辅助电路，先将信 号进行一定的处理。总之，数据采集是借助软件 来控制整个DAQ系统 – 包括采集原始数据、分 析数据、给出结果等。
2.分辨率、输入范围、增益、采 样速率，精度和噪声
分辨率（Resolution）
分辨率就是用来进行模数转换的位数，A/D的位数越 多，分辨率就越高，可区分的最小电压就越小。分辨率 要足够高，数字化信号才能有足够的电压分辨能力，才 能比较好的恢复原始信号。目前分辨率为8的采集卡属 于较低的，12位属中档，１６位的卡就比较高了。他们 可以分别将模入电压量化为256、4096、65536份。
输入范围，分辩率以及增益决定了
输入信号可识别的最小模拟变化量。 此最小模拟变化量对应于数字量的 最小位上的0，1变化，通常叫做转 换宽度（Code width）。其算式为： 输入范围/（增益*2^分辩率）。 P240
采样率
采样率决定了模/数变换的速率。采样率高， 则在一定时间内采样点就多，对信号的数字 表达就越精确。采样率必须保证一定的数值， 如果太低，则精确度就很差。下面的图表示 了采样率对精度的影响。
简易模入VIs
中级模入VIs
高级模入VIs
AI Sample Channel程序测量指定通道上信号的一 个采样点，并返回测量值。Device是DAQ卡的设备 编号，Channel是描述模拟输入通道号的字符串， High Limit和Low Limit指明输入信号的范围，缺省 值为+10V和-10V。
采样频率足够
采样频率不够引起波形畸变
根据耐奎斯特采样理论，采样频率必须是信号最高频率的两倍。 例如，音频信号的频率一般达到20KHz，因此其采样频率一般 需要40KHz。
混叠
混叠的例子: 假设采样频率 fs 是100HZ,，信号中含有25 、70、160、和 510 Hz的成分。
采样的结果将会是低于奈奎斯特频率（fs/2=50 Hz）的 信号可以被正确采样。而频率高于50HZ的信号成分采 样时会发生畸变。分别产生了30、40和10 Hz的畸变频 率F2、F3和F4。计算混频偏差的公式是： 混频偏差＝ABS（采样频率的最近整数倍－输入频 率） 其中ABS表示“绝对值”，例如： 混频偏差 F2 = |100 – 70| = 30 Hz 混频偏差F3 = |(2)100 – 160| = 40 Hz 混频偏差F4 = |(5)100 – 510| = 10 Hz
AO Update Channel程序把一个给定电压值 在一个模拟输出通道上输出。Device是 DAQ卡的设备编号，Channel是输出通道号 字符串value是输出的电压值。
实验练习
数据采集VI程序的调用方法 模拟输入与输出
波形的采集与产生
扫描多个模拟输入通道
连续数据采集
DAQ VI的组织结构
LabVIEW的DAQ程序包括模拟输入、模拟输出、计数 器操作、数字输入、输出等。可以在框图程序窗口下选 择Data Acquisition。再在此子模板下，可以看到6个子 模板：Analog Input, Analog Output, Digital I/O, Counter, Calibration and Configuration和Signal Conditioning。 在上述6个子模板下，每个子模板又分成Easy I/O Vis, Intermediate Vis, Utility Vis和Advanced Vis。 举例:AI Sample Channel .VI
输入范围(Range)(区间): 输入范围由A/D能数字化的模拟信号的最高和最低的电 压决定。一般情况下，采集卡的电压范围是可调的，所 以可选择和信号电压变化范围相匹配的电压范围以充分 利用分辨率范围，得到更高的精度。比如，对于一个3 位的A/D，在选择0-10V范围时，它将10V八等分；如 果选择范围为-10V到+10V，同一个A/D就得将20V分为 8等分，能分辨的最小电压就从1.25V上升到2.50V，这 样信号复原的效果就更差了。
模拟输出通常是为采集系统提供激励。输出信号受数 模转换器（D/A）的建立时间、转换率、分辨率等因素 影响。建立时间和转换率决定了输出信号幅值改变的 快慢。建立时间短、转换率高的D/A可以提供一个较高 频率的信号。 数字I/O通常用来控制过程、产生测试信号、与外 设通信等。它的重要参数包括：数字口路数（line）、 接收 (发送 )率、驱动能力等。 计数器包括三个重要信号：门限信号、计数信号、 输出。
触发:触发涉及初始化、终止或同步采集事件的任何方法。 触发器通常是一个数字或模拟信号，其状态可确定动 作的发生,下ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ情况使用软件触发： 1. 用户需要对所有采集操作有明确的控制，并且 2. 事件定时不需要非常准确。 下列情况使用硬件触发： 1. 采集事件定时需要非常准确。 2. 用户需要削减软件开支。 3. 采集事件需要与外部装置同步。
数据采集系统的构成
缓冲: 缓冲指的是PC内存的一个区域（不是数据采集卡上的FIFO缓 冲），它用来临时存放数据下列情况需要使用Buffer I/O： 1. 需要采集或产生许多样本，其速率超过了实际显示、存储到硬 件，或实时分析的速度。 2. 需要连续采集或产生AC数据（>10样本／秒），并且要同时分 析或显示某些数据。 3. 采样周期必须准确、均匀地通过数据样本。 下列情况可以不使用Buffer I/O： 1. 数据组短小，例如每秒只从两个通道之一采集一个数据点。 2. 需要缩减存储器的开支。
２. 数据采集卡的软件配置
一般说来，数据采集卡都有自己的驱动程序，该程序控 制采集卡的硬件操作，当然这个驱动程序是由采集卡的 供应商提供，用户一般无须通过低层就能与采集卡硬件 打交道。 NI公司还提供了一个数据采集卡的配置工具软件— —Measurement & Automation Explorer ,它可以配置NI 公司的软件和硬件，比如执行系统测试和诊断、增加新 通道和虚拟通道、设置测量系统的方式、察看所连接的 设备等。
不带*号的方式不推荐使用。一般说来，浮动信号和差动连接方式可能较好。 但实际测量时还要看情况而定。
1. 放大
微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低 噪声，使调理后信号的电压范围和A/D的电压 范围相匹配。信号调理模块应尽可能靠近信号 源或传感器，使得信号在受到传输信号的环境 噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。
1. Differential : 2. RSE:参考地单端 3. NRSE:无参考地单端
微分测量系统
参考地单端测量系统(RSE)
无参考地单端测量系统(NRSE)
选择合适的测量系统
两种信号源和三种测量系统一共可以组成 六种连接方式：