虛擬儀器技術在測控系統中的應用

胡陶林

摘 要：本文描述了虛擬儀器技術在測控系統中的應用。通過選用多功能數據采集卡和信號調理電路組成自動測試系統，以LabWindows/CVI軟件為平臺，實現了數據采集、分析和處理。同時與基于傳統的開發平臺的測控系統進行了比較。

關鍵詞：虛擬儀器；Labwindows/CVI；數據采集

一、引言

虛擬儀器是以一種全新的理念來設計和發展的儀器，它是20世紀90年代發展起來的一項新技術。虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種自動測試、過程控制、儀器設計、數據分析和自動化的應用。

二、虛擬儀器的特點和構成

（1）虛擬儀器的特點與傳統儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強大、性價比高、可操作性好等明顯優點。

（2）虛擬儀器的構成 虛擬儀器的構建主要從硬件電路的設計、軟件開發與設計兩個方面考慮。

硬件電路的設計一般是選擇現有的各種不同功能的板卡以及信號調理板來搭建。將具有一種或多種功能的板卡結合信號調理板組建起來就能構成虛擬儀器。

三、虛擬儀器在實際測控系統中的應用

（1）器在航空機載電子測控系統中的應用 控系統在航空機載成件中起著舉足輕重的作用，提高和完善測控系統的精度和測試能力對于整個飛機性能分析具有重要的意義。本文介紹了基于虛擬儀器的各型繼電器盒、各型開關盒測控系統的測試。在LabWindows/CVI開發平臺中實現了對整個測試的電壓采集、對各型繼電器盒的邏輯狀態及延時時間進行輸出存儲和分析。① 測試系統組成 整個測控系統由美國NI公司的LabWindows/CVI8.0，研華的1塊PCI_1751 48路數字量輸入/輸出板，2塊PCI_1754 64路數字量輸入板、2塊PCLD_785B 24通道繼電器輸出板、6塊PCLD_782 24通道光電隔離數字量輸入板，1塊PCL_818L 16通道A/D轉換板、若干信號調理板及工控機組成。測控系統的數據采集和處理采用虛擬儀器測量平臺。測控部分主要作用是參與被測產品的控制、測試數據處理和量化，驅動測試數據顯示；工控機通過數字量輸出板，經繼電器輸出板變換為被測產品的模擬控制信號；從被測產品采集來的電氣邏輯信號經光電隔離數字量輸入板轉換為數字量信號，通過數字量輸入板輸至工控機；另外，利用A/D轉換板來顯示電壓；利用系統時鐘來完成被測產品的時間繼電器延時時間的測試。②基于虛擬儀器的航空機載電子系統測控平臺 該平臺整體系統采用美國國家儀器公司的虛擬儀器專用開發平臺LabWindows/CVI系統。由于CVI在標準C語言（Ansi C）的基礎上增加了儀器控制和工具函數庫的虛擬儀器開發軟件，它的集成化開發平臺、交互式編程方法、豐富的面板功能和庫函數使其自身功能更加強大，應用更加方便，界面完全能夠虛擬真實實物進行設計，使得人機對話界面直觀、友好。

（2）擬儀器的測控平臺在測控系統中的應用所使用的幾個關鍵技術① 通過采用系統時鐘的方法提高軟件測時時間 在測試過程中要獲得延時繼電器的時間，一種方法是采用定時器/計數器板專門進行計數，另一種方法是采用系統時鐘進行計數。由于所需測試的時間為秒級，要求誤差為20%，采用后一種方法完全能達到，一是可以節約成本，二是選購的計算機可不必多配置一個插槽，節省了空間。② 在測控系統中運用了數據庫管理技術 由于Lab Windows/CVI開發平臺能夠方便使用NI公司開發的SQL工具包，使得大量的測試數據能夠以數據庫的形式存儲、查詢。在測控系統中，可以通過所設置的產品名稱、件號、時間、測試結果、溫濕度、試驗者、質控者等字段來進行保存，完成了一套產品的履歷記錄，通過查詢產品的件號、時間等就可以調出每個產品的測試記錄，這樣就提高了工作效率。③ 調用ActiveX自動化編程技術并打印生成了Excel表格ActiveX 自動化是一種能將單個應用程序和其他應用程序結合在一起的方法。通過Lab Windows/CVI提供的ActiveX控件可以直接調用Excel程序，并使用這些控件提供的函數對從Excel表格進行操作，從數據庫中讀取測試數據，轉換并填入單元格，最后自動生成產品正式履歷表并進行打印。

（3）擬儀器的測控平臺與一般測控平臺比較 采用LabWindows/CVI開發工具使得不同的信號可以統一在同一個程序里面實現方便的采集與保存。繼電器盒測試系統以前有一個運用Visual C++開發的測試平臺，和基于虛擬儀器的測控平臺相比，它們在本系統中功能的實現和維護都存在很大的差距。

首先運用Visual C++開發的測試平臺不如使用LabWindows/CVI開發的基于虛擬儀器的測控平臺簡單方便。由于LabWindows/CVI交互式開發平臺，使得開發人員很容易設計出實用直觀而且功能強大的測控程序。由于使用NI公司開發的SQL工具包，使用LabWindows/CVI開發的基于虛擬儀器的測控平臺可以大大節省開發時間，增強測試軟件的性能。由于使用LabWindows/CVI開發的基于虛擬儀器的測控平臺軟件代碼編制模塊化了，可以一種新的控制算法只需改變相應算法模塊即可，大大提高了編程效率，縮短了開發時間。

總之，采用虛擬儀器技術，可避開傳統儀器復雜的專用電路的設計，從而提高了儀器設計與使用的快速性和方便性。由于使用軟件來實現各種儀器功能，大大提高了儀器的靈活性，需要什么樣的功能只需修改相應程序即可，節省了大量購買特定儀器的費用。LabWindows/CVI虛擬儀器技術在測控領域中有著廣泛的應用前景，值得進一步研究和推廣。

參考文獻

[1]宋宇峰.Lab Windows/CVI逐步深入與開發實例[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]劉君華.虛擬儀器編程語言LabWindows/CVI教程[M].北京：電子工業出版社，2001.

（作者單位：中國衛星海上測控部）