淺談虛擬儀器技術的重點問題

賀頔昆

（湖南省師范大學附屬中學 410006）

淺談虛擬儀器技術的重點問題

賀頔昆

（湖南省師范大學附屬中學 410006）

目前虛擬儀器技術也是當今的研究熱點之一，本文通過介紹虛擬儀器的概念和特點，分析其組成部分，總結虛擬儀器技術的研究現狀和發展趨勢。

虛擬儀器技術；研究現狀；分析

虛擬儀器技術是一種結合計算機和測量技術的系統儀器測量技術，其利用現行的計算機主流技術與高性能的硬件模塊取代價格昂貴、性能單一的傳統儀器。這一技術在近年來得到了迅速發展。

1 虛擬儀器技術的概念和特點

1.1 虛擬儀器技術的概念

虛擬儀器技術起源于1986年，NI公司提出了“軟件及儀器”的思路，開啟了虛擬儀器研究的先河，伴隨著計算機技術的發展，虛擬儀器技術從理論轉變為可實現的工程技術。虛擬儀器是指通過計算機應用程序將通用計算機與功能化硬件結合，用戶可以通過友好的圖形界面來操作軟件，如同操作實際儀器一樣完成被測量的數據采集、分析、判斷、顯示和存儲。其基本內涵是利用計算機管理儀器，將傳統儀器中的某些電路用軟件實現，從而替代儀器的某些功能，最終取代傳統電子儀器。虛擬儀器技術中的“虛擬”有包含兩層含義。①虛擬的儀器面板；②由軟件實現儀器的測量功能。

1.2 虛擬儀器技術的特點

與傳統儀器相比，虛擬技術具有以下幾個特點：

（1）性能高。虛擬儀器技術依托于計算機技術，擁有功能強大的處理器和I/O，可以將數據導入磁盤同時還能進行分析。隨著計算機網絡技術的發展，其性能會不斷提高。

（2）擴展性強。由于計算軟件非常靈活，只要進行軟件升級或者擴展，就可以對系統進行擴展和改進。

（3）容易集成。虛擬儀器技術軟件平臺提供了標準化的I/O設備接口，隨著功能的模塊化，很容易將功能模塊集成到整個系統當中。

2 虛擬儀器系統的組成

虛擬儀器系統主要有硬件系統、軟件系統以及軟件開發平臺三部分組成。

2.1 硬件系統

硬件系統一般由硬件平臺和測控功能硬件構成。硬件平臺主要指計算機，用以管理虛擬儀器的軟件資源，是硬件系統的基礎。功能硬件與虛擬儀器技術的應用需求有緊密的聯系，主要有五種類型，分別是PC總線型、串口總線型、GPIB總線型、VXI總線型以及PXI總線型。

2.2 軟件系統

軟件系統是虛擬儀器技術的核心，用戶可以根據不同的測試需求，編制出不同的測試測試軟件，用以實現復雜的測試任務。軟件系統可直接參與測量信號的產生、存儲和分析，其包括應用軟件、驅動軟件和接口軟件三部分。其中應用軟件又分為儀器面板控制軟件、數據分析處理軟件兩部分。

2.3 軟件開發平臺

軟件開發平臺可完成數據分析與處理工作，同時輸出結果，在同一硬件平臺下，軟件不同，實現的功能則不同，可以利用軟件開發平臺開發出不同功能的軟件。

3 虛擬儀器技術的研究重點

3.1 多樣化的虛擬軟件開發平臺

NI公司推出的LABVIEW軟件開發平臺，適應性強，操作簡單，為了兼顧其他高級語言編程者的習慣，還推出了LABWINDOWS/CVI等交互式平臺。美國HP公司的VEE、Tektronis公司的Ez Test以及美國HEM Data公司的Snap-Marter平臺軟件，都是目前應用廣泛的虛擬軟件開發平臺。在中國，西交大也研制出可視化虛擬軟件開發平臺，重慶大學也提出了虛擬儀器產品的網絡化開發辦法。

3.2 將軟件工程的新理論和新方法應用于設計當中

目前軟件工程中的面向對象技術、ActiveX技術、組件技術等新技術都廣泛應用于虛擬儀器技術的軟件設計當中。利用這些新理論和新方法出現了大量的數據處理分析軟件和控件，為創建虛擬儀器系統創造了良好的條件。

3.3 虛擬儀器向網絡化、智能化發展

計算機網絡技術的迅速發展也推動了虛擬儀器向網絡化方向發展，目前已經出現了基于網絡技術和虛擬儀器的虛擬實驗室，應用于科研和教學研究。人工智能的發展也使得研究者關注與虛擬儀器的智能化，通過一定智能的多功能部件可以提高虛擬儀器的靈活性和設計效率。

4 未來階段下虛擬儀器技術的應用趨勢

在儀器技術、計算機技術與網絡通信技術的發展下，虛擬儀器技術會朝著幾個方向發展：

4.1 外掛式虛擬儀器的應用

傳統基于PCI總線虛擬儀器在插入DAQ式，需要將機箱打開，相對麻煩，也會出現電磁干擾的問題。而外掛式虛擬儀器可以直接對測量的物理信號進行預處理，將其轉化為數字信號，再通過USB線或者串口線進行傳遞，這就有效減少了板卡拆裝過程，最大限度的節約了計算機系統資源。

4.2 PXI型高精度集成虛擬儀器的應用

目前，常用的測試系統就是PXI總線與VXI總線，后者可以應用在高端自動化測試工作，但是需要使用VME總線，而很多計算機是不支持該種結構的，因此，其應用范圍受到了一定的限制。PXI平臺是基于PCI產生而來，成本低廉，性能好，可以為用戶提供主流軟件模型，比VXI系統相比，性價比更高，會成為下一階段下主流虛擬儀器平臺。此外，隨著Internet技術的發展，一些公司已開發出通過Web瀏覽器觀測嵌入式智能儀器的產品，取得了良好的進展。

5 結語

虛擬儀器技術可以廣泛應用于通訊、自動化、半導體、航空、電子以及機械制造等領域，對國民經濟和工業技術的發展具有非常重大的現實意義。我國也應該加大在虛擬儀器技術的基礎研究和應用推廣，制定相應的國家標準，加快我國虛擬儀器技術的發展。

[1]尤麗華，周洋.基于虛擬儀器的測試技術實驗教學系統建立[J].實驗技術與管理，2011（02）.

[2]劉景艷，張素妍，張玉均.基于虛擬儀器的礦井提升機監控系統[J].煤礦安全，2011（02）.

[3]孫屹博，王曉東，佘東生，王濤，王立鼎.基于虛擬儀器的高載條件下MEMS動態測試系統[J].儀器儀表學報，2009（01）.

[4]馬曉曉，韓賓.虛擬儀器技術在智能反向尋車系統中的應用[J].電腦知識與技術，2013（19）.

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1004-7344（2016）29-0256-01

2016-9-30