浅谈LabVIEW在远程虚拟化学实验室的应用

浅谈LabVIEW在远程虚拟化学实验室的应用

摘要LabVIEW语言是一种用于开发测量和自动控制系统的图形化编程语言，本文简单介绍了LabVIEW语言的组成、特点和功能，并概述了目前使用LabVIEW语言在构建远程虚拟化学实验室应用情况，进一步阐述基于LabVIEW的化学实验虚拟仪器的开发价值及广阔的应用前景。

关键词LabVIEW 虚拟实验室化学实验室虚拟仪器数据采集远程教育

随着计算机技术和信息技术的普遍，化学实验室也走向了远程网络化。美国国家仪器公司（National Instrument,NI）于1986年推出了LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）软件产品，它作为一种用于开发测量和自动控制系统的图形化编程语言顺理成章地成为搭建远程虚拟实验室的桥梁，在远程虚拟化学实验室中也逐渐得到开发应用。

bVIEW简介[1]——[3][22] [23] [31]

LabVIEW是由美国NI公司开发的一种用于开发测量和自动控制系统的图形化编程语言，它广泛地被工业界，学术界和研究实验室所接受，被公认为标准的数据采集和仪器控制软件，全称为实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），在开发、制造等纵多领域得到广泛应用，是目前应用最广，发展最快，功能最强的图形化软件开发集成环境之一。

1.1LabVIEW的基本构成

LabVIEW环境下开发的程序称为虚拟仪器VI(Virtual Instrument)，其扩展名默认为vi，与传统仪器相比，虚拟仪器同样具有数据采集，数据分析处理，结果显示三大功能，但是在给定计算机运算能力和必要仪器硬件之后，通过编制软件可以在有限的设备基础上实现虚拟仪器的各种自定义功能。构造和使用虚拟

仪器的关键技术在于软件，即软件是虚拟仪器的核心。

虚拟仪器和计算机结合通常采用的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，实现各种仪器的功能。图1－1反映了常见的虚拟仪器组建方案：

通常一个虚拟仪器VI(Virtual Instrument)程序包括三部分：前面板(front panel)、框图程序(block diagram)以及图标和连接器窗格(icon and connector pane)。

①前面板是同用户之间的界面，用于模拟真实仪器的前面板，该界面上又交互式的输入和输出，显示两类对象，分别称为Control(控制器)和Indicator(指示器)。设置输入数据和观察输出量。

②框图程序则提供VI 的图形化源程序，是利用图形语言对前面板对象（控制器和指示器）进行控制，框图程序中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。

③图标和连接器窗格用于把LabVIEW 程序定义成一个子程序（subVI ），来实现模块化编程。一个VI 可以作为另一个VI 的子程序被调用。图标用于在主VI 的框图中标识被调用的子VI ，是子VI 在其他程序框图中被调用的节点的表现形式；而连接器则相当于图形化的子程序参数，表示节点数据的输入/ 输出口。

1.2LabVIEW 的特点

以LabVIEW 为代表的图形化程序语言又成为“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 将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，方便地建立自己的虚拟仪器，提供了虚拟仪器的图形编程环境，把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能或图形，只需连接各个功能或图形即可构成程序，其

图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣的同时还保证了系统灵活性。

LabVIEW的特点具体可归纳为以下几个方面[4] [19]：

①图形编程方式，使用直观形象的数据流程图式的语言书写程序源代码；

②提供程序调试功能，如设置断点或探针，单步执行，语法检查等；

③拥有数据采集、仪器控制、分析、网络、ActiveX等集成库；

④继承传统编程语言结构化和模块化的有点，这对于建立复杂应用和代码的可重用性来说是至关重要的；

⑤提供DLL库接口、CIN节点以及大量的仪器驱动器、网络通信Vis与其它应用程序或外部设备进行连接；

⑥允许用户执行外部脚本，如MATLAB，HIQ；

⑦支持多种系统平台，如Macintosh、HP-UXSUNSPACE、Windows3.x/95/NT 等，LabVIEW应用程序能在上述各平台之间跨平台进行移植。

1.3 LabVIEW的功能[19]

LabVIEW除了具备其他语言所提供的常规函数功能外，还集成了仪器控制，数据采集、数据分析、数据显示自动化功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，而且还有多种硬件设备驱动功能，包括RS-232、RS-485、PLC、GPIB、VXI、VISA、数据采集卡DAQ等。

2. LabVIEW与远程虚拟化学实验室

2.1远程虚拟实验室系统的框架结构[5]——[9] [19][31]

虚拟实验室(VirtualLaboratory)，也称“合作实验室(Collaboratory)”，这个概念是由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的威廉沃尔夫(WilliamWolf)教授于1989年首先提出的，它描述了一个计算机网络化的虚拟实验室环境，致力于构筑一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的集成环境。在这个环境里，用户可以非常有效地利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备、甚至人力等资源。

远程虚拟实验室中的计算机通过GPIB 接口及总线连接各种实际的仪器设备, 如示波器、函数信号发生器以及数字万用表等。当远程用户通过Internet 网登录到实验室的服务器后, 就可以对这些仪器设备进行控制操作。视频摄像头同时