虚拟仪器

虚拟仪器的概念:所谓的虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。这里的“虚拟”有两层含义：●虚拟的仪器面板；●由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器）。虚拟仪器应用程序（软面板、各种功能模块）虚拟仪器驱动程序虚拟仪器软件开发环境（LabVIEW,LabWindows/VCI,HPVEE,VB,VC）VISA库DAQI/O库操作系统计算机VXI其它DAQPXI虚拟仪器软件结构虚拟仪器硬件结构纯软件虚拟仪器仪器接口仪器驱动接口仪器接口仪器接口仪器接口通信接口虚拟仪器的结构层次虚拟仪器的基本结构GPIBSerialDAQProcessorUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftwareLabVIEW虚拟仪器系统的基本构成LabVIEW——虚拟仪器的开发环境LabVIEW是实验室虚拟仪器平台（LaboratoryVirtualinstrumentEngineeringWorkbench）的简称,是NI公司的创新产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。LabVIEW的产生来源于NI公司的创始人特鲁查德博士的创新设想：能否为财务人员设计的电子表格软件一样，为广大测试工程师和科技人员开发一个基于数据流图来设计程序的工具软件。经过几年的研究，在20世纪80年代中期，首次提出测试软件由多层虚拟虚拟仪器（VirtualInstrument，VI）构成的新概念。一个VI可以由更底层的多个VI组成。底层VI代表了最基本的计算、I/O操作与界面设计功能，各层VI有相同的结构形式，每个VI都有用户接口组件。虚拟仪器模型、图形界面和结构化数据流程图编程是LabVIEW的三大核心技术。1990年，结构化数据流程图和虚拟仪器面板获得两项美国专利。作为编写程序的语言，除了编程方式不同，LabVIEW具备编程语言的所有特点，因此被称为G语言。LabVIEW的发展1.5虚拟仪器的发展ProcessorUnitUnderTestPXI虚拟仪器的演变操作接口I/O接口InstrumentDriver功能接口编程接口1000多种仪器的驱动程序60多个厂商的产品提供源程序减少开发时间虚拟仪器的发展趋势下面根据近年来计算机技术和仪器仪表技术的发展情况展望一下虚拟仪器的发展趋势。(1)美国NI公司提出“软件就是仪器”，仪器=AD/DA+CPU+软件。仪器硬件开发技术将趋于简单，适用面更广。但是，仪器软件的工作量将大幅度增加，仪器的价值、性能、开发难度与开发周期将完全取决于仪器中的软件部分。(3)从VXI总线等的发展可看出未来在标准化、规范化方面会进一步加强，影响虚拟仪器的设计，降低仪器的支持和维护成本口。(2)因特网的广泛应用使分析仪器的远程诊断和维修以及远程教育成为可能，还会对仪器设计和使用带来许多意想不到的新思路。(4)在编程语言方面，肯定要从C/C++转向网上的世界语—Java语言。(5)朝小型化、大众化发展，就象个人计算机一样，将出现个人分析仪器，甚至个人实验室。1.6虚拟仪器的应用虚拟仪器无处不在。85%的世界500强制造型企业已经选择了虚拟仪器技术，NI提供的1000多款软硬件产品应用遍布电子、机械、通信、生物医药、科研、教育等各个行业领域。(1)消费电子微软公司使用LabVIEW和PXI模块化仪器开发了Xbox和Xbox360手柄的多功能验证提升了100%。(2)结构监测为了对东海大桥进行实时可靠的健康监测，上海巨一公司使用NI的PXI平台和动态采集（DSA）设备实现了全桥14个工作站的上千个通道的需求，并通过GPS时间信号和PXI背板实现了精确的同步采集标准。(3)RF与通信测试上海聚星仪器公司使用NILabVIEW和基于PXI的矢量信号分析仪开发了业界性价比最高的GPS多星接收机测试。基于软件的优势使得系统可以同时仿真多颗卫星的信号，使接收机的功能测试更为有效。(4)声音与振动基于NILabVIEW图形化开发环境配合PXI模块化硬件平台，波音公司实现了一个数量高达600的麦克风阵列。该麦克风阵列可以同步地将飞机飞过区域时的噪音采集、回溯并对庞大的噪声数据进行处理，然后绘制不同噪声等级的示意图，准确地确定噪声来源。(5)汽车BMW研发人员和德国MicroNova公司的工程师合作，选用了基于虚拟仪器技术的NIPXI平台。针对不同的信号类型和接口功能，使用图形化LabVIEW软件对板载FPGA的NI板卡作开发，并应用于BMW氢能7系发动机控制器的硬件在环测试。因为PXI平台的可扩展性和通用性，该平台已成功用于BMW其它不同系列发动机控制器的硬件在环测试。(6)军事Mantech公司选用PXI作为用于美国空军F-15E和F-16C/D高级战斗机的测试系统LANTRIN的一部分，成功将测试系统的体积从7个机架减小到3个机架，体积减小了50%以上，这其中很大部分要归功PXI仪器的整合能力。(7)航空航天在NILabVIEW平台下，NASA（美国航空航天局）完美地建立了对下一代詹姆士韦伯太空望远镜中“微快门”技术的测试所必须的太空仿真环境。由于能够很好的控制温度、压力条件，还可以把太阳产生的热扰动因素也考虑在内。利用LabVIEWFPGA及运动控制技术，可以达到对“微快门”复杂的开关阵列进行灵活、可靠的控制，再结合NI图像采集与处理技术得出判断结果。(8)基于GSM/GPS的工程机械远程监控能与上位机通信，接收并实现上位机的指令，实现有关数据的GSM短信收发和GPS经纬度等信息采集的功能。