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２００６年１ ２月 农机化研究 第１２期 虚拟仪器技术及其在现代测控系统中的应用 黄大星 ，蒋天弟 ，王斌 （１．韶关学院，广东韶关 ５１２００５；２．江西农业大学，南昌 ３３００４５） 摘 要：随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术正成为测试测量与控制领域中的重要应用工具。为此，介 绍了虚拟仪器的概念、结构和以ＬａｂＶｌＥＷ为代表的开发工具；并通过国内外测量控制领域的应用实例，说 明虚拟仪器技术在测控研究领域有着广阔的应用前景。 关键词：计算机应用：虚拟仪器技术；应用；测试控制；ＬａｂＶｌＥＷ 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：＝１００３—１８８Ｘ（２００６）Ｉ２—０２０１－－０２ Ｏ 引言 目前，快速发展的标准计算机平台（ＰＣ／ＩＰｃ， Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ和工作站等）与趋于模块化的硬件结构 （如ＶＸＩ仪器、：皤入式数据／图像采集板）及丰富的 计算机软件相结合，迅速改变着传统的仪器系统。 在现代测试测量与控制领域中，对测试方法和测试 设备的技术要求越来越高，同时也要求对测试系统 有更短的开发周期、更低的成本和更高的质量，从 而在自动化领域中提出了“虚拟仪器”（ＶＩ，Ｖｉｒｔｕａｌ 新的测试要求。这样，当用户从一个项目转向另一 个项目时，就能简单地构造出新的ＶＩ系统而不丢弃 已有的硬件和软件资源。 ２虚拟仪器的结构 虚拟仪器技术是计算机资源、仪器测控硬件和 用户数据分析、过程通讯以及界面软件之间的有效 结合。虚拟仪器系统的基本结构是由计算机、应用 软件、硬件接口和测控仪器等组成的，其体系结构 如图１所示。 虚拟技术 ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳ）的概念。虚拟仪器技术正在成为当今 世界流行的仪器构成方案。 测控仪器 开发软件 、 （如ＬａｂＶＩＥＷ。 ’。。’、， １ 虚拟仪器ＶＩ的概念 ＶＩ通过应用程序将通用计算机与仪器硬件结 合起来，用户可以通过友好的图形界面（通常称虚 拟前面板）操作计算机，就像在操作自己定义和自 （ＧＰＩＢ。ＶＸＩ。 ・— ——・——— ＰＣ机或 工作站 ＤＡＯ卡等） Ｌａｂｗ ｉ ｎｄｏｗｓ／ ＣＶＩ） 圈１ 虚拟仪器系统基本结构 己设计的单个传统仪器一样。ＶＩ以透明的方式把计 算机资源（如微处理器、内存等）、仪器硬件（数字 Ｉ／Ｏ、定时器等）的测量和控制能力结合在一起，通 过软件实现对数据的分析处理、表达以及图形化用 户接口的功能运作。 ２．１ 硬件构成 计算机数据采集（ＰＣ—ＤＡＱ）测试系统，以ＧＰＩＢ， ＶＸＩ、串行总线和现场总线等标准总线仪器为硬件方 式组成ＧＰＩＢ系统、ＶＸＩ系统、串行总线系统和现场 总线系统等。其中，基于ＰＣ—ＤＡＱ的虚拟测试系统由 于ＰＣ机性能、操作系统性能、应用软件性能以及数 应用程序将可选硬件（如ＧＰＩＢ，ＶｘＩ，ＲＳ－２３２， ＤＡＱ等）和可重复使用源码库函数等软件结合起来， 据采集板的速度、精度和可靠性等性能的不断提高， 凭借其较高的性价比和灵活性，已成为目前测试系 统中最常用的一种方案。 ２．２软件开发平台 实现模块间的通信、定时与触发，源码库函数为用 户构造自己的ＶＩ系统提供了基本的软件模块。由于 ＶＩ的模块化、开放性和灵活性以及软件是关键的特 点，当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户 自己来增减软件模块或重新配置现有系统，以满足 收稿日期：２００６—０２—２４ 在一定配置的计算机与仪器硬件确定下来后， 软件成为构造和使用虚拟仪器的关键。美国著名的 ＮＩ（Ｎａｔｉｏｎａｌ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳ）公司提出“软件就是 作者简介：黄大星（】９７９一）．男，江西永丰人，ｌ咖教．硕士．（Ｅ— Ｉｌｉａｉ ｌ）ｈｕｄａｘｉｎｇ２００２＠２１ｃｎ．ｃｏｒｎ。 仪器”，由此可见应用软件的重要性。虚拟仪器的主 要开发环境有Ｂａｓｉｃ，Ｃ／Ｃ＋＋，ＶＢ，ＶＣ，ＬａｂＶＩＥｗ， ．２Ｏ１． 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年ｌ２月 农机化研究 第ｌ２期 Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ和ＨＰＶＥＥ等。其中，ＢａｓｉＣ和Ｃ／Ｃ＋＋ 等都是基于文本的传统编程语言，而ＮＩ公司的 ＬａｂＶｌＥＷ是目前国际唯一基于数据流的编译型图形 编程环境。由于流程图式的程序设计与工程人员比 仪器技术，并利用ＬａｂＶＩＥ￥开发工具进行编程。实 现了信号采集、数据分析、曲线拟合和结果判定等 功能。 较熟悉的数据流和方块图是一致的。加之流程图与 传统程序设计语言的语法细节无关，因此使用流程 图方法构建和测试程序，可节约８０％的程序开发时 间，而速度几乎不受影响。这是目前最流行的虚拟 仪器开发环境。 ３虚拟仪器在测控系统中的应用 ３．１ 虚拟仪器在监测方面的应用 圈２机动车辆综合性蕾自动检■系统 美国维吉尼亚州技术公司应用虚拟仪器技术开 发了一种光学测微计。用来测量ＭＥＭＳ设备中硅晶片 ４ 结束语 虚拟仪器技术已成为现代测控领域的一个基本 方法，是技术进步的必然结果，其应用已遍及各行 的厚度，分辨率可达到微米级。与基于Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋ 的系统相比，使用基于ＬａｂＶＩＥ￥的系统。该公司的 开发时间和费用减少了近５０％。密歇根州大学开发 各业。使用虚拟仪器进行研究、设计和测试，用户 可缩短系统的开发时间，节省开支。可以预见，随 着计算机技术的快速发展，虚拟仪器必将在更多与 更广的领域得到应用和普及。 参考文献： ［Ｉ］ 杨乐平．ＬａｂＶＩＥＷ程序设计与应用［Ｍ］．北京：电子工 业出版社。２００１：２６－４２． ［２］ 林正盛．虚拟仪器技术及其应用［Ｊ］．电子技术应 用，１９９７（３）：２４－２６． 了一种微电子气敏传感器，研究人员使用一个基于 计算机的带有数据采集板的系统，其中数据采集板 由ＬａｂＶＩＥＷ控制，它可以精确地控制传感器的温度， 同时通过监测电阻值来测量气相环境的微小变化。 ＬａｂＶＩＥＷ的灵活性使得数据采集软件和控制软件的 扩展变得容易起来。 ’３．２虚拟仪器在检测方面的应用 笔者利用虚拟仪器技术开发了机动车辆综合性 能自动检测系统，其组成如图２所示。 由传感器测量并转换成的微弱电信号，经信号 调理端子板放大、隔离和滤波后。输入到插在Ｐｃ 机上的数据采集卡，最后通过计算机系统软件进行 分析和处理。该系统在软件设计上成功引入了虚拟 ［３］ 路林吉．虚拟仪器讲座［Ｊ］．电子技术，２０００（１）：４４－ ４７；２００１（２）：４９－５２；２００１（３）：４６—４８；２００１（４）：４８—５１： ２００１（５）：４２—４５；２００１（６）：４８—５０． ［４］ 陈 明．基于虚拟仪器的自动测试系统的研究［Ｄ］． 西安：西北工业大学，２００１． ＶＩ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ＨＵＡＮＧ Ｄａ．ｘｉｎｇ ．ＪＩＡＮＧ Ｔｉａｎ．ｄｉ‘，ＷＡＮＧ Ｂｉｎ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｈａｏｇｕａｎ，Ｓｈａｏｇｕａｎ ５１２００５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｎｇｘｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００４５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（ｖＤ ｉｓ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ａ ｐｏｐｕｌａｒ ｔｏｏｌ ｉｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ，ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｕｃｈ ａｓ ＬａｂＶＩＥＷ ｏｆ ＶＩ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌ ＶＩ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ＶＩ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＬａｂＶＩＥＷ －２０２－