基于ＬａｂＶＩＥＷ的虛擬儀器系統(tǒng)

劉國(guó)民　王　輝

[摘要]虛擬儀器是在儀器儀表領(lǐng)域中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類?；贚abVIEW的虛擬儀器系統(tǒng)是一種實(shí)用的虛擬儀器系統(tǒng)，由于它的可行性和優(yōu)越性，因此基于LabVIEW虛擬儀器系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室是我國(guó)普通高校和遠(yuǎn)程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以推廣的模式。

[關(guān)鍵詞]虛擬儀器 LabVIEW

中圖分類號(hào)：P3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720015－01

一、虛擬儀器的基本概念、構(gòu)成及其特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，有力地促進(jìn)了多年來(lái)發(fā)展相對(duì)緩慢的儀器技術(shù)，于是一種新型的儀器——虛擬儀器（VirtualInst

rument，VI）出現(xiàn)了。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的、富有生命力的儀器種類。從構(gòu)成上來(lái)說(shuō)，虛擬儀器就是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，配上相應(yīng)的硬件和專用軟件，定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，形成既有普通儀器的基本測(cè)試功能，又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器。虛擬儀器最重要、最核心的技術(shù)是虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。其中，硬件接口模塊可包括插入式數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）、串/并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其它接口卡。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器除了在智能化程度、處理能力、易用性等方面有更多優(yōu)點(diǎn)外，它還具有這樣的特點(diǎn)：

1．打破了傳統(tǒng)儀器的“萬(wàn)能”功能概念，將信號(hào)的分析、顯示、存儲(chǔ)、打印和其它管理集中交由計(jì)算機(jī)來(lái)處理；

2．強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的新概念，軟件在儀器中充當(dāng)了以往由硬件甚至整機(jī)實(shí)現(xiàn)的角色，從而使系統(tǒng)的測(cè)量精度、測(cè)量速度和可重復(fù)性都大大提高；

3．改變了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無(wú)法改變的模式，虛擬儀器由用戶自己定義，系統(tǒng)的功能、規(guī)模等均可通過(guò)軟件修改、增減，可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它應(yīng)用連接，故虛擬儀器可當(dāng)作許多儀器設(shè)備來(lái)使用；

4．虛擬儀器的開(kāi)放性和功能軟件的模塊化，使資源的可重復(fù)利用率提高，系統(tǒng)組建時(shí)間縮短，功能易于擴(kuò)展，管理規(guī)范，生產(chǎn)、維護(hù)和開(kāi)發(fā)的費(fèi)用降低，在工程應(yīng)用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面具有突出優(yōu)勢(shì)。

二、虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境——LabVIEW

LabVIEW程序稱為“虛擬儀器程序”（簡(jiǎn)稱VI），包括三個(gè)部分：前面板、框圖程序、圖標(biāo)/接線端口。前面板用于模擬真實(shí)儀器的前面板；框圖程序則是利用圖形語(yǔ)言對(duì)前面板上的控件對(duì)象（分為控制量和指示量?jī)煞N）進(jìn)行控制；圖標(biāo)/接線端口則用于把LabVIEW程序定義成一個(gè)子程序，從而實(shí)現(xiàn)模塊化編程。采用LabVIEW編程，其主要特點(diǎn)就是將虛擬儀器分解為若干基本的功能模塊，模塊的引腳代表輸入/輸出接口。

對(duì)于構(gòu)建虛擬儀器，LabVIEW有許多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，諸如：儀器控制與數(shù)據(jù)采集的圖形化編程；直觀明了的前面板用戶界面和流程圖式的編程風(fēng)格；內(nèi)置的編譯器可加快執(zhí)行速度；數(shù)據(jù)采集DAQ函數(shù)庫(kù)可讓用戶采集測(cè)量信號(hào)或發(fā)出控制信號(hào)，適合應(yīng)用于快速且直接的控制；650多種儀器驅(qū)動(dòng)程序，可驅(qū)動(dòng)超過(guò)一百多家廠商所制造的儀器；內(nèi)容豐富的高級(jí)分析庫(kù)，可進(jìn)行信號(hào)處理、統(tǒng)計(jì)、曲線擬合以及復(fù)雜的分析工作；利用ActiveX，DDE以及TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和進(jìn)程通信。LabVIEW現(xiàn)成的人機(jī)界面工具可幫助用戶很快地構(gòu)成所需的圖形化人機(jī)界面，包括趨勢(shì)圖、按鈕、LED指示燈和圖表等，完全無(wú)需從頭開(kāi)始去設(shè)計(jì)這些元件。并可更進(jìn)一步以LabVIEW的PC工具箱或其它繪圖軟件來(lái)訂制人機(jī)界面元件，藉以呈現(xiàn)儀控符號(hào)和系統(tǒng)流程圖。LabVIEW的特色還在于擁有功能超強(qiáng)且龐大的分析函數(shù)庫(kù)，足以與專業(yè)數(shù)學(xué)分析套裝軟件相匹敵。

LabVIEW的最大特點(diǎn)是采用全圖形化編程，在計(jì)算機(jī)屏幕上利用其內(nèi)含的功能庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)產(chǎn)生前面板，用來(lái)為測(cè)試系統(tǒng)提供輸入值并接受其輸出值。LabVIEW內(nèi)部集成了大量的生成圖形界面的模板，如各種開(kāi)關(guān)、表頭、刻度桿、指標(biāo)燈等，包含了組成一個(gè)儀器所需的主要部件，而且用戶也可方便地設(shè)計(jì)庫(kù)中沒(méi)有的儀器。除了具備其它語(yǔ)言所提供的常規(guī)函數(shù)功能和上述的生成圖形界面的大量模板外，內(nèi)部還包括有許多特殊的功能庫(kù)函數(shù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)，以及多種硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能。

目前，LabVIEW的最新版本已問(wèn)世，新版本使用強(qiáng)大的技術(shù)，帶來(lái)更強(qiáng)勁的功能。LabVIEW7.1跟蹤了基于Web的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，提高了程序的開(kāi)發(fā)能力。在原來(lái)已有的強(qiáng)大環(huán)境基礎(chǔ)上，LabVIEW7.1改進(jìn)了與Internet的鏈接，即借助于內(nèi)置的Web工具，用戶可以不需要編程就可以在幾秒鐘內(nèi)在Web上分布VI的面板。它在計(jì)算機(jī)上的開(kāi)發(fā)靈活性，能夠充分提高用戶的生產(chǎn)效率，而成為基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量和自動(dòng)化的最佳開(kāi)發(fā)平臺(tái)。此外利用LabVIEW7.1中新的NIDataSocket技術(shù)，用戶可以和其它有Internet功能的程序迅速地共享數(shù)據(jù)，而無(wú)需擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式。LabVIEW7.1還引入了一系列增強(qiáng)性能的工具以幫助用戶提高編制專業(yè)用戶界面的效率。

人們利用LabVIEW，可以運(yùn)用幾千種設(shè)備（包括GPIB，VXI，串口設(shè)備，PLC，以及插入式數(shù)據(jù)采集卡等）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、交互應(yīng)用通訊和結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（SQL）等方式與其它的數(shù)據(jù)源相連。數(shù)據(jù)采集完之后，可以利用LabVIEW中功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析程序，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有意義的結(jié)果。然后，可通過(guò)交互式的圖形化前面板來(lái)控制系統(tǒng)，并顯示所得的結(jié)果。這樣，利用LabVIEW就可以開(kāi)發(fā)一套完整的虛擬儀器系統(tǒng)。LabVIEW因其最簡(jiǎn)單和易用開(kāi)發(fā)環(huán)境和可靠性，以及功能強(qiáng)大、靈活方便，成為開(kāi)發(fā)基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量和自動(dòng)化解決方案和虛擬實(shí)驗(yàn)儀器的優(yōu)秀軟件包。全世界有數(shù)以千計(jì)的工程師、高校教師和科學(xué)家們正在使用LabVIEW進(jìn)行儀器應(yīng)用開(kāi)發(fā)。作為劃時(shí)代的圖形化編程系統(tǒng)，LabVIEW成為目前國(guó)際上應(yīng)用最廣的虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，它開(kāi)創(chuàng)了虛擬儀器的新紀(jì)元。

三、結(jié)束語(yǔ)

虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，以軟件技術(shù)為核心，使計(jì)算機(jī)成為具有數(shù)據(jù)信號(hào)采集、控制及分析功能的處理中心，用計(jì)算機(jī)取代了傳統(tǒng)的電子儀器。而LabVIEW作為一個(gè)具有良好開(kāi)放性的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為面向儀器的編程提供了強(qiáng)有力的支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊樂(lè)平等，LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社.

[2]李剛等，LabVIEW-易學(xué)易用計(jì)算機(jī)圖形化編程語(yǔ)言，北京航空航天大學(xué).

作者簡(jiǎn)介：

劉國(guó)民，工程師，就職于軍械工程學(xué)院。