虛擬儀器介紹

1、1.1 虛擬儀器的基本概念1.2 虛擬儀器的基本結構和類型1.3 虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境1.4 LabVIEW的發(fā)展與應用1.5 虛擬儀器的發(fā)展1.6 虛擬儀器的應用,第一章 緒 論,,,,,1. 虛擬儀器的基本概念,1.1 虛擬儀器的概念,,,傳統(tǒng)儀器廠商定義功能,虛擬儀器用戶定義功能,,虛擬儀器的概念: 所謂的虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試

2、軟件實現的一種計算機儀器系統(tǒng)。 這里的“虛擬”有兩層含義： ● 虛擬的儀器面板； ● 由軟件實現儀器的測量功能（軟件就是儀器）。,,1.1.2 虛擬儀器的功能組成,,1.1.3 虛擬儀器的結構層次,,1.1.4 VI與傳統(tǒng)儀器的比較,,1.2 虛擬儀器的基本結構和類型,GPIB,Serial,DAQ,ProcessorUnit Under Test,VXI,Image Acquisition,MotionC

3、ontrol,PXI,ApplicationSoftware,Hardware & Driver Software,LabWindows/CVI LabVIEW,虛擬儀器系統(tǒng)的基本構成,,1.2.1 DAQ儀器系統(tǒng)的構成 典型的DAQ虛擬儀器由四部分構成：,現場信號、傳感器執(zhí)行機構,,信號調理（放大、過濾等）,,DAQ采集板、卡或盒,,DAQ采集控制軟件,,1.2.2 GPIB儀器系統(tǒng)的構成 典型GPIB儀

4、器由：一臺計算機、一塊GPIB接口卡、和若干GPIB儀器通過GPIB電纜連接而成。,,1.2.3 VXI儀器系統(tǒng)的構成 典型VXI儀器有三種不同配置方法： 1. GPIB控制方案；,,2. 嵌入式計算機控制方案；,,3. MXI總線控制方案。,,1.2.4 PXI儀器系統(tǒng),1997年9月1日，NI發(fā)布了一種全新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范——PXI。 PXI是PCI在儀器領域的擴展 (PCI eXtensions

5、 for Instrumentation), 它將CompactPCI規(guī)范定義的PCI總線技術發(fā)展成適合于試驗、測量與數據采集場合應用的機械、電氣和軟件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結構。,,2.4 PXI儀器系統(tǒng)的構成,,GPIB,Serial,DAQ,ProcessorUnit Under Test,VXI,Image Acquisition,MotionControl,PXI,ApplicationSoftware,Ha

6、rdware & Driver Software,表1-2 DAQ、GPIB、VUX虛擬儀器系統(tǒng)的比較,,,1.3 虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境,目前世界上最具代表性的三個虛擬儀器開發(fā)平臺：LabWindows/CVI, LabVIEW, HP VEE1. LabWindows/CVI LabWindows/CVI是NI公司開發(fā)的交互式C語言開發(fā)平臺，以標準C語言為基礎，提供了豐富的庫函數，包括數據采集、儀器控制、網絡通信

7、、用戶界面設計等。是熟悉C語言的開發(fā)設計人員編寫檢測、數據采集、監(jiān)控程序的理想工具。,,2. LabVIEW LabVIEW是實驗室虛擬儀器平臺（Laboratory Virtual instru-ment Engeneering Workbench）的簡稱,是NI公司的創(chuàng)新產品，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。 LabVIEW的產生來源于NI公司的創(chuàng)始人特魯查德博士的創(chuàng)新設想：能否為財務人員設

8、計的電子表格軟件一樣，為廣大測試工程師和科技人員開發(fā)一個基于數據流圖來設計程序的工具軟件。經過幾年的研究，在20世紀80年代中期，首次提出測試軟件由多層虛擬,,虛擬儀器（Virtual Instrument，VI）構成的新概念。一個VI可以由更底層的多個VI組成。底層VI代表了最基本的計算、I/O操作與界面設計功能，各層VI有相同的結構形式，每個VI都有用戶接口組件。 虛擬儀器模型、圖形界面和結構化數據流程圖編程是LabVIEW

9、的三大核心技術。1990年，結構化數據流程圖和虛擬儀器面板獲得兩項美國專利。作為編寫程序的語言，除了編程方式不同， LabVIEW具備編程語言的所有特點，因此被稱為G語言。,,3. HP VEE HP VEE(HP Visual Engineering Environ- ment)是HP公司開發(fā)的用于VI編程的圖形化編程環(huán)境。 與LabVIEW比較類似。,,1.4 LabVIEW的發(fā)展與應用,,,,,三步輕松構建LabVIE

10、W VI程序。,,,,,,,,,,,,,,1.5 虛擬儀器的發(fā)展,ProcessorUnit Under Test,PXI,虛擬儀器的演變,,,,操作接口,,,,,I/O 接口,InstrumentDriver,,功能接口,,編程接口,1000多種儀器的驅動程序60多個廠商的產品提供源程序減少開發(fā)時間,,虛擬儀器的發(fā)展趨勢 下面根據近年來計算機技術和儀器儀表技術的發(fā)展情況展望一下虛擬儀器的發(fā)展趨勢。,(1)美國N

11、I公司提出“軟件就是儀器”，儀器=AD/DA+CPU+軟件。儀器硬件開發(fā)技術將趨于簡單，適用面更廣。但是，儀器軟件的工作量將大幅度增加，儀器的價值、性能、開發(fā)難度與開發(fā)周期將完全取決于儀器中的軟件部分。,,(3)從VXI總線等的發(fā)展可看出未來在標準化、規(guī)范化方面會進一步加強，影響虛擬儀器的設計，降低儀器的支持和維護成本口。,(2)因特網的廣泛應用使分析儀器的遠程診斷和維修以及遠程教育成為可能，還會對儀器設計和使用帶來許多意想不到的新思路

12、。,(4)在編程語言方面，肯定要從C/C++轉向網上的世界語—Java語言。,(5)朝小型化、大眾化發(fā)展，就象個人計算機一樣，將出現個人分析儀器，甚至個人實驗室。,,1.6 虛擬儀器的應用,,,虛擬儀器無處不在。85%的世界500強制造型企業(yè)已經選擇了虛擬儀器技術，NI提供的1000多款軟硬件產品應用遍布電子、機械、通信、生物醫(yī)藥、科研、教育等各個行業(yè)領域。,,,,(1) 消費電子微軟公司使用LabVIEW 和PXI 模塊化儀器開發(fā)

13、了Xbox 和Xbox 360 手柄的多功能驗證提升了100%。,,,,(2)結構監(jiān)測 為了對東海大橋進行實時可靠的健康監(jiān)測，上海巨一公司使用NI的PXI平臺和動態(tài)采集（DSA）設備實現了全橋14個工作站的上千個通道的需求，并通過GPS時間信號和 PXI背板實現了精確的同步采集標準。,,,,(3) RF與通信測試 上海聚星儀器公司使用NI LabVIEW和基于PXI的矢量信號分析儀開發(fā)了業(yè)界性價比最高的GPS多星接

14、收機測試?；谲浖膬?yōu)勢使得系統(tǒng)可以同時仿真多顆衛(wèi)星的信號，使接收機的功能測試更為有效。,,,,(4)聲音與振動 基于NI LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境配合PXI模塊化硬件平臺，波音公司實現了一個數量高達600的麥克風陣列。該麥克風陣列可以同步地將飛機飛過區(qū)域時的噪音采集、回溯并對龐大的噪聲數據進行處理，然后繪制不同噪聲等級的示意圖，準確地確定噪聲來源。,,,,(5)汽車 BMW研發(fā)人員和德國MicroNova

15、公司的工程師合作，選用了基于虛擬儀器技術的NI PXI平臺。針對不同的信號類型和接口功能，使用圖形化 LabVIEW軟件對板載FPGA的NI板卡作開發(fā)，并應用于BMW氫能7系發(fā)動機控制器的硬件在環(huán)測試。因為PXI平臺的可擴展性和通用性，該平臺已成功用于 BMW其它不同系列發(fā)動機控制器的硬件在環(huán)測試。,,,,(6)軍事 Mantech 公司選用 PXI 作為用于美國空軍 F-15E 和 F-16C/D 高級戰(zhàn)斗機的測試系統(tǒng)L

16、ANTRIN的一部分，成功 將測試系統(tǒng)的體積從7個機架減小到3個機架，體積減小了50%以上，這其中很大部分要歸功 PXI儀器的整合能力。,,,,(7)航空航天 在 NI LabVIEW 平臺下，NASA（美國航空航天局）完美地建立了對下一代詹姆士韋伯太空望遠鏡中“微快門”技術的測試所必須的太空仿真環(huán)境。由于能夠很好的控制溫度、壓力條件，還可以把太陽產生的熱擾動因素也考慮在內。利用LabVIEW FPGA及運動控制技術，可以達

17、到對“微快門”復雜的開關陣列進行靈活、可靠的控制，再結合NI圖像采集與處理技術得出判斷結果。,,,,(8)基于GSM/GPS的工程機械遠程監(jiān)控 能與上位機通信，接收并實現上位機的指令，實現有關數據的GSM短信收發(fā)和GPS經緯度等信息采集的功能。,,,,(9)電泳線控制系統(tǒng) 電泳生產線自動控制系統(tǒng)擬采用DH+為核心的兩級PLC控制網絡。其中第一級是以DH+網，將主PLC、生產線中控PC及上、下料區(qū)PanelView連

18、接在一起的控制層網絡；第二級是以遠程I/O總線，將PLC的遠程I/O點（生產線的吊機）連接在一起的設備層。在控制層，生產線中控PC通過1784－KT網卡接入DH+網，與生產線現場的主PLC進行通信，從而實現對整個生產車間的生產過程進行控制。上、下料區(qū)通過PanelView工作站輸入鋁型材的加工處方號等參數，完成料架參數初始化與料架處理結束的操作。底層設備控制采用美國AB公司的PLC，上位機中控系統(tǒng)采用LabWindows/CVI虛擬儀器