虚拟仪器2Word格式.docx
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2.1虚拟仪器的概念………………………………………….5
2.2虚拟仪器的特点………………………………………….5
2.3虚拟仪器的应用………………………………………….6
三虚拟仪器的组成…………………………………………..8
3.1硬件部分…………………………………………………..8
3.2软件部分…………………………………………………..8
四Labview简介……………………………………………...9
五Labview应用实例………………………………………..10
5.1用Labview建立一个测量温度和容积的VI……………10
六心得体会…………………………………………………..12
随着电子技术、半导体技术和计算机技术的不断发展和成熟，尤其是嵌入式处理器（单片机）的应用，使测试过程中的每一个环节都可能用到各种现代化的新技术，使仪器科学与技术领域出现了完全突破传统概念的新一代仪器——智能仪器，从而开创了仪器、仪表的一个崭新的时代。
由于近年来微型计算机和大规模集成电路的迅速发展，使得电子测量仪器与微机结合，形成了微计算机化的测量仪器。
70年代中期产生了以微处理机为基础的智能仪器。
它具有键盘操作和通信接口，可实现自动测量等特点，如智能化DVM、智能化DMM、智能RLC测量仪、智能电子计数器、智能逻辑分析仪、数字存储示波器等。
70年代末期，GPIB接口总线将一台计算机和一组智能仪器联合在一起，组成自动测试系统。
80年代初期，又出现了以个人计算机为基础，用仪器功能板卡扩展箱与个人计算机内部总线相连的个人仪器。
个人仪器充分地利用了计算机的软件和硬件资源，极大地降低了系统成本。
近年来，又出现了虚拟仪器，它是由通用计算机、应用软件和必要的仪器硬件模块组成，通过计算机进行测量操作和结果显示，使用户感觉就像操作一台或多台自己专门设计的传统电子仪器一样。
这些技术的采用，极大地改变了电子仪器和测试领域的发展进程，使之朝着智能化、自动化、小型化、模块化和开放式系统的方向发展。
一智能仪器
1.1智能仪器的结构
现代智仪器实际上是专用的微型计算机系统，它由硬件和软件两部分组成。
硬件部分主要包括主机、模拟量输入/输出通道、校准通信接口等，基本结构如图。
软件部分主要包括监控程序、运算处理程序和接口管理程序几部分。
2.1智能仪器的特点
（1）使用方便。
智能仪器用键盘操作代替传统仪器中的各种旋钮或开关，仪器面板的布置与仪器功能部件的安排可以完全独立进行，既提高了仪器的技术性能又方便了仪器的操作使用。
（2）测量准确度高。
微处理器的运用极大地提高了仪器的运算性能。
例如利用微处理器的算术运算和逻辑判断功能按照一定的算法可以方便地消除由于零点漂移、增益的变化和干扰等因素所引起的误差，从而提高了仪器的测量准确度。
（3）自动化程度高。
智能仪器运用微处理器的程序控制功能，可实现量程自动转换、自动调零、电平自动调整、自动校准及自动诊断故障等功能。
（4）强大的测量功能。
智仪器运用微处理器的数据处理能力，可将几个基本参数的测量结果综合起来，经过运算处理间接获得所需其他参数。
（5）具有人机对话能力。
智能仪器具有较好的人-机对话能力和编程操作功能，可实现对测量过程、数据运算处理、显示及运行状态监控等操作。
（6）具有远程操作功能。
智仪器一般都配有GPIB或RS-232等接口，具有远程操作功能，可与计算机和其他仪器一起组成自动测试系统。
二虚拟仪器
2．1虚拟仪器（VirtualInstrument，VI）
虚拟仪器概述
虚拟仪器（Virtualinstrumention）是基于计算机的测量仪器。
计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
简单地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器内部，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。
随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。
另一种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，实现各种仪器功能。
虚拟仪器主要是指这种方式。
2．2虚拟仪器的特点
虚拟仪器的主要特点
①尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件，在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能，仪器的功能是用户根据需要由软件定义的，而不是事先由厂家定义的。
②可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。
仪器性能的改进和功能扩展只需更新相关软件设计，而不需要购买新的仪器，虚拟仪器开放、灵活、可与计算机同步发展，与网络及其他周边设备互联。
③用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器，它没有传统仪器繁杂，它可以通过几个分面板的操作来实现比较复杂的功能，大大的缩短了研制周期。
与传统仪器相比，虚拟仪器具有下面一些特点：
（1）虚拟仪器的软硬件都具有开放性、模块化、互换性、可重复使用等特点。
（2）大大地降低了测试成本。
（3）使用效率高。
（4）功能更强大，处理能力更强。
（5）远程访问和交互式操作。
（6）测量精度更高。
2．3虚拟仪器技术应用领域
虚拟仪器与传统独立仪器的应用领域，既相互交叉又相互补充，相得益彰。
在高速度、高带宽和专业测试领域，传统独立仪器具有无可替代的优势。
在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一部分独立仪器的工作，在复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统独立仪器难以胜任的。
例如，利用虚拟仪器系统可开发复杂的汽车驾驶室模拟仿真测试台，并且在开发时可以获得极高的工作效率。
虚拟仪器可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。
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。
三虚拟仪器的组成
虚拟仪器由硬件和软件两部分构成
3．1硬件由计算机和I/O接口设备组成，按功能可分为3个主要部分：
①信号输入：
完成信号的采集、放大和A/D转换，将被测信号变成标准信号（一般用电压信号）以利于计算机处理。
对于多量程采集卡，只需根据传感器输出选择量程即可。
②信号输出：
将计算机产生的数字信号经过信号调理转换成适合于被测系统的激励信号。
这两部分由I/O接口设备（如：
数据采集卡、GPIB总线仪器、VXI总线仪器、PXI总线仪器和串口系统等）完成。
③信号处理：
利用计算机对所采集的信号进行分析、显示和存储等，PC机是硬件平台的核心。
3．2软件是虚拟仪器核心，仪器的功能由用户在软件平台上编程实现。
目前最常用的软件开发工具是美国NI公司的LabWindows/CVI[2]和LabVIEW。
NI公司的虚拟仪器平台———LabVIEW简化了虚拟仪器系统的开发过程，缩短了系统开发和调试的周期。
即使是个编程的新手，也能用全图形化方式编程的LabVIEW很快地”画”出程序来。
因为LabVIEW是真正面向科学家和工程师的编程语言。
四LABVIEW的简介
LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。
它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的软件。
利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。
使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。
它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。
使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的３２位编译器。
像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。
NI公司推出的LabVIEW是图形化编程工具。
我们可以使用旋钮、开关、转盘、图表等自定义前面板，用以代替传统仪器的控制面板、创建自制测试面板,用图形化表示控制和操作过程，设计出完全符合自己要求的虚拟仪器。
通过这个图形界面，可以操作仪器程序、控制硬件、分析数据、显示结果等。
与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85%源程序开发时间，其运行速度相当的快，体现出了极高的效率。
五Labview应用实例
5．1用Labview建立一个测量温度和容积的VI
建立一个测量温度和容积的VI，其中须调用一个仿真测量温度和容积的传感器子VI。
步骤如下：
（1）选择File＞＞New，打开一个新的前面板窗口。
（2）从Controls＞＞Numeric中选择Tank放到前面板中。
（3）在标签文本框中输入“容积”，然后在前面板中的其他任何位置单击。
（4）把容器显示对象的显示范围设置为0.0到1000.0。
a.使用文本编辑工具（TextEditTool），双击容器坐标的10.0标度，使它高亮显示。
b.在坐标中输入1000，再在前面板中的其他任何地方单击一下。
这时0.0到1000.0之间的增量将被自动显示。
（5）在容器旁配数据显示。
将鼠标移到容器上，点右键，在出现的快速菜单中选VisibleIterms＞＞DigitalDisplay即可。
（6）从Controls＞＞Numeric中选择一个温度计，将它放到前面板中。
设置其标签为“温度”,显示范围为0到100，同时配数字显示。
可得到如图所示的前面板图。
（7）Windows＞＞ShowDiagram打开流程图窗口。
从功能模板中选择对象，将它们放到流程图上，组成流程图。
该流程图中新增的对象有两个乘法器、两个数值常数、一个随机数发生器、一个进程监视器，温度和容积对象是由前面板的设置自动带出来的。
a.乘法器和随机数发生器由Functions＞＞Numeric中拖出。
b.进程监视器（ProcessMonitor）不是一个函数，而是以子VI的方式提供的，它存放在LabVIEW\Activity目录中，调用它的方法是在Functions＞＞SelectaVI下打开ProcessMonitor，然后在流程图上点击一下，就可以出现它的图标。
（8）用连线工具将各对象按规定连接。
a中的遗留问题创建数值常数对象的另一种方法是在连线时一起完成。
具体方法是：
用连线工具在某个功能函数或VI的连线端子上单击鼠标右键，再从弹出的菜单中选择CreateConstant，就可以创建一个具有正确的数据格式的数值常数对象。
（9）选择File＞＞Save,把该VI保存为LabVIEW\Activity目录中的Temp&
Vol.vi。
在前面板中，单击Run（运行）按钮，运行该VI。
注意电压和温度的数值都显示在前面板中。
（10）选择File＞＞Close，关闭该VI。
六心得体会
本次实训做的是课程设计,关于虚拟仪器这方面的知识,课本上介绍的比较少,通过上网查找资料,发现虚拟仪器技术已成为仪器领域的一个重要方法，是科技进步的必然结果。
如今，虚拟仪器的应用已经遍及各行各业。
上述内容简单的介绍了虚拟仪器的一些基本概念，如果想要了解虚拟仪器的更多知识，可以去买一些书籍资料。
虚拟仪器的应用领域还有其它很多包括航空、生物医学等方面得到广泛应用。
从交通监控系统到大学实验室,从部件自动测试到工业过程控制,虚拟仪器应用的例子不胜枚举。
相信未来,虚拟仪器将得到更多的发展,应用范围也将越来越广。
虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，它使仪器的发展进入了一个崭新的时代，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。
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