虛擬儀器技術在測控領域中的應用

摘 要：本文首先從國內外虛擬儀器技術的發展趨勢作為突破點進行詳細的介紹，并結合現在社會發展的需要，對其在測控領域的發展前景以及應用的必要性進行展望，并從技術層面對其主要的幾個問題進行討論。然后再以具體的實驗作為了解的出發點，對軟硬件的結構框架進行深入的探究，找到網絡化虛擬儀器成為測控領域發展的必然趨勢的原因所在。

關鍵詞：虛擬儀器技術；網絡化；數據控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.093

由于歷史的原因，自建國以來的我國與西方國家科技之間的差距與日俱增，隨著改革開放的進行，世界各大產品商家在自身利益的驅使下，紛紛向中國市場進軍。在商品進來的同時，國外虛擬儀器方面的上產科技也被引進。本文就結合目前我國在虛擬儀器方面的發展狀況，對其應用方面進行深入探討。

1 國內虛擬儀器技術的發展趨勢

對于虛擬儀器的科學定義，指的是將傳統的儀器與計算機進行科學的結合，開發實用儀器的其他。一般上來說，這種結合主要有兩者方式，是根據結合的主體不同進行分類的，一種是將儀器作為主體，在嵌入式的支持下，將計算機嵌入其中，現在大多數的智能化儀器都是以這種方式結合的。第二種是以計算機為主題，借助計算機的硬件和操作系統，將各種儀器的功能附加到計算機上。隨著計算機技術的快速發展，這種儀器的功能也水漲船高，慢慢的走向高高端。

自虛擬儀器進入中國來的十幾年間，虛擬技術對于各種軟硬件的要求也漸漸的區域規范化，對于開發平臺的更高級硬件模塊、I/O接口總線等等漸漸的有了統一的規格，而且目前還在努力突破三個技術難關，其一是將I/O的標準化程度進一步提高，減少杜宇硬件的依賴， 能夠適用于任何語言環境；其二是規范儀器的驅動程序，將用戶對于儀器功能的使用提高到源代碼一級。其三是實現在軟面板上對系統操作的目標，并且將安裝程序進一步規范化，實現安裝程序的簡單、易用。

虛擬儀器技術發展成熟的一個方向就是實現圖形化的編程平臺。這不僅能夠降低儀器的使用難度，實現用戶進行少量學習甚至在不用學習的前提下就能夠使用這種儀器。除此之外，對于復雜測試的執行速度、質量以及對測試結果的分析也是虛擬技術發展的一個方向。

2 虛擬儀器技術在測控領域應用中的技術關鍵

2.1 硬件系統方案的選擇

正確的硬件系統是組建一個測控系統的前提和基礎。一般情況下，為了使得測控系統能夠滿足使用者的需求，需要具備以下幾個特點，一是組件測試系統的難易程度要適中，盡量的簡化；二是升級的難度要小，越容易升級越好；三是傳輸數據的能力要強；其次還有體積空間小而緊湊、靈活性強、功能強且能夠高度符合實際的需求以及成本低廉等。而且以實際的需要作為前提，所選擇的硬件系統必須能夠與星載、機載、生產線以及自己量等大規模自動檢測控制系統進行匹配合作。

2.2 組件技術的應用

軟件的質量決定著虛擬儀器技術的水平，所以虛擬儀器技術的使用對于軟件的依賴性是很大的。近年來，在人們需求的推動下，計算機技術進入了發展的黃金季節，所以在這種形式下，人們對于軟件的發展速度提出更高的要求。但是我國的軟件開發能力卻與要求相矛盾，從我國的研發能力來看，我國只能研發一些功能單一、結構簡單以及無法處于核心地位的軟件。但是隨著改革開放的深入，我國在這方面的技術水平逐漸升高，尤其是“基于組件的開發技術”的出現，不僅降低了研發的費用，而且縮短了軟件的開發周期，降低了維護成本。利用組件技術對軟件進行分割，將其制成一個個可以獨立多次使用的組件，不僅提高了開發的質量與水平，而且減少了認為的誤差。對于升級，組件具有很高的封裝程度，所以需要對軟件進行升級的時候，可以在不大規模改變原有組件的情況下，通過增加接口的方法來對軟件的功能進行進一步的擴展，所以由此可見，組件技術具有良好的開放性和易擴展性。

2.3 大型測控系統的數據控制

測控系統中的一個重要環節是數據控制，數據控制室一個統稱，其中包含著數據的處理以及分析等部分。隨著計算機技術的發展，軟件在這種趨勢的推動下不斷的向著復雜化與規模化發展，在這個過程中，數據的真實性與準確性就成為要突破的一個難題，并且逐漸的越來越難以實現。

2.4 程序的出錯處理

在程序運行的過程中，有可能會出現崩潰的情況產生，程序的出錯處理就可以降低這種情況發生的幾率，能夠在一定程度上增強該軟件的功能。

3 試驗的軟硬件框架結構

3.1 硬件的選擇

工控機：工控機的質量要求較高，要求能夠適應各種惡劣環境，且為了具備高超的工作效率，所以數據的傳輸能力要強，而且總線類型是要求是CPCI/PXI。

通訊接口板：包括ARINC429（自制），4收4發；RS422，2收2發；RS232，2收2發；

其次還需要高精度DA板，多功能ADC板、高壓I/O板、總線通訊板、告訴AD板以及開關矩陣等元器件。

3.2 軟件功能及實現方案

3.2.1 軟件功能

對于軟件的要求，如下所示：最主要的是能夠滿足測控的需求，其次在操作上要具備以下特點，一是使用難度小、容易學習，二是人機界面具有人性化，容易理解和操作。最后是功能上要具有先進性，既要測控速度快，還要減少人工操作的程度，爭取實現高度的自動化。

3.2.2 軟件的實現方案

要想制作一個比較合格的軟件，需要處理好三個程序的制作問題，分別是主控程序、模塊程序和通訊模塊，這三個程序分工不同，共同為軟件的使用鑒定基礎。其中主控程序具有通訊功能，能夠提供統一的數據交換環境和程序編寫環境。模塊程序具有信息交換的借口，能夠實現信息的驅動。通訊模塊提供通訊功能接口函數，保證分布式主控程序間的數據正確交換。

3.2.3 測控系統要求

根據實際的需要，測控系統的兼容性要好，這樣才能夠適用于各種硬件。而且要有良好的人機界面，提高實用性。除此之外，還要求網絡具有透明性，模塊具有積木化的特點。

4 虛擬儀器的網絡化

隨著科技的發展，計算機自動控制技術與網絡通信技術有了很大的發展，并且已經達成了運用于實踐的成熟程度。網絡化智能虛擬儀器系統就是將這三種技術進行聯合使用的結果，不僅在開發與維護上較以前有了很大的進步，而且由于其優越的功能，被廣泛的應用到航空、航天、教學、核工、軍工以及通信、鐵路等領域。本實驗通過實

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驗將虛擬儀器在測控系統的應用的優勢表明了出來，體現了測控系統在智能化、網絡化的虛擬儀器技術的支持下，具有了更強的開放性、穩定性、可靠性以及遠程控制等特點，在一定程度上推動了測控技術的發展，提高了側控數據結果的精確度，簡化了測控工作的工作量，為社會的進步與發展做出來積極的貢獻。

5 結語

在經濟全球化的推動下，計算機技術的發展速度十分迅猛， 這直接推動著軟件的發展。無論是從技術角度還是從經濟角度考慮，實現測控字元的網絡化大有裨益，這不僅是因為在極大程度上降低了成本，而且提高了工作的效率，增加了經濟效益。從樂觀角度來分析，隨著計算機技術以及各種硬件技術的發展，虛擬儀器的網絡化將會對經濟的發展起到巨大的推動能力。

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