虛擬儀器技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡陶林

摘 要：本文描述了虛擬儀器技術(shù)在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過選用多功能數(shù)據(jù)采集卡和信號調(diào)理電路組成自動(dòng)測試系統(tǒng)，以LabWindows/CVI軟件為平臺，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、分析和處理。同時(shí)與基于傳統(tǒng)的開發(fā)平臺的測控系統(tǒng)進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labwindows/CVI；數(shù)據(jù)采集

一、引言

虛擬儀器是以一種全新的理念來設(shè)計(jì)和發(fā)展的儀器，它是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種自動(dòng)測試、過程控制、儀器設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化的應(yīng)用。

二、虛擬儀器的特點(diǎn)和構(gòu)成

（1）虛擬儀器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)。

（2）虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器的構(gòu)建主要從硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)兩個(gè)方面考慮。

硬件電路的設(shè)計(jì)一般是選擇現(xiàn)有的各種不同功能的板卡以及信號調(diào)理板來搭建。將具有一種或多種功能的板卡結(jié)合信號調(diào)理板組建起來就能構(gòu)成虛擬儀器。

三、虛擬儀器在實(shí)際測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

（1）器在航空機(jī)載電子測控系統(tǒng)中的應(yīng)用 控系統(tǒng)在航空機(jī)載成件中起著舉足輕重的作用，提高和完善測控系統(tǒng)的精度和測試能力對于整個(gè)飛機(jī)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(guān)盒測控系統(tǒng)的測試。在LabWindows/CVI開發(fā)平臺中實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)測試的電壓采集、對各型繼電器盒的邏輯狀態(tài)及延時(shí)時(shí)間進(jìn)行輸出存儲和分析。① 測試系統(tǒng)組成 整個(gè)測控系統(tǒng)由美國NI公司的LabWindows/CVI8.0，研華的1塊PCI_1751 48路數(shù)字量輸入/輸出板，2塊PCI_1754 64路數(shù)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(shù)字量輸入板，1塊PCL_818L 16通道A/D轉(zhuǎn)換板、若干信號調(diào)理板及工控機(jī)組成。測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(chǎn)品的控制、測試數(shù)據(jù)處理和量化，驅(qū)動(dòng)測試數(shù)據(jù)顯示；工控機(jī)通過數(shù)字量輸出板，經(jīng)繼電器輸出板變換為被測產(chǎn)品的模擬控制信號；從被測產(chǎn)品采集來的電氣邏輯信號經(jīng)光電隔離數(shù)字量輸入板轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，通過數(shù)字量輸入板輸至工控機(jī)；另外，利用A/D轉(zhuǎn)換板來顯示電壓；利用系統(tǒng)時(shí)鐘來完成被測產(chǎn)品的時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間的測試。②基于虛擬儀器的航空機(jī)載電子系統(tǒng)測控平臺 該平臺整體系統(tǒng)采用美國國家儀器公司的虛擬儀器專用開發(fā)平臺LabWindows/CVI系統(tǒng)。由于CVI在標(biāo)準(zhǔn)C語言（Ansi C）的基礎(chǔ)上增加了儀器控制和工具函數(shù)庫的虛擬儀器開發(fā)軟件，它的集成化開發(fā)平臺、交互式編程方法、豐富的面板功能和庫函數(shù)使其自身功能更加強(qiáng)大，應(yīng)用更加方便，界面完全能夠虛擬真實(shí)實(shí)物進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得人機(jī)對話界面直觀、友好。

（2）擬儀器的測控平臺在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用所使用的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)① 通過采用系統(tǒng)時(shí)鐘的方法提高軟件測時(shí)時(shí)間 在測試過程中要獲得延時(shí)繼電器的時(shí)間，一種方法是采用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器板專門進(jìn)行計(jì)數(shù)，另一種方法是采用系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于所需測試的時(shí)間為秒級，要求誤差為20%，采用后一種方法完全能達(dá)到，一是可以節(jié)約成本，二是選購的計(jì)算機(jī)可不必多配置一個(gè)插槽，節(jié)省了空間。② 在測控系統(tǒng)中運(yùn)用了數(shù)據(jù)庫管理技術(shù) 由于Lab Windows/CVI開發(fā)平臺能夠方便使用NI公司開發(fā)的SQL工具包，使得大量的測試數(shù)據(jù)能夠以數(shù)據(jù)庫的形式存儲、查詢。在測控系統(tǒng)中，可以通過所設(shè)置的產(chǎn)品名稱、件號、時(shí)間、測試結(jié)果、溫濕度、試驗(yàn)者、質(zhì)控者等字段來進(jìn)行保存，完成了一套產(chǎn)品的履歷記錄，通過查詢產(chǎn)品的件號、時(shí)間等就可以調(diào)出每個(gè)產(chǎn)品的測試記錄，這樣就提高了工作效率。③ 調(diào)用ActiveX自動(dòng)化編程技術(shù)并打印生成了Excel表格ActiveX 自動(dòng)化是一種能將單個(gè)應(yīng)用程序和其他應(yīng)用程序結(jié)合在一起的方法。通過Lab Windows/CVI提供的ActiveX控件可以直接調(diào)用Excel程序，并使用這些控件提供的函數(shù)對從Excel表格進(jìn)行操作，從數(shù)據(jù)庫中讀取測試數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換并填入單元格，最后自動(dòng)生成產(chǎn)品正式履歷表并進(jìn)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(fā)工具使得不同的信號可以統(tǒng)一在同一個(gè)程序里面實(shí)現(xiàn)方便的采集與保存。繼電器盒測試系統(tǒng)以前有一個(gè)運(yùn)用Visual C++開發(fā)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(tǒng)中功能的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)都存在很大的差距。

首先運(yùn)用Visual C++開發(fā)的測試平臺不如使用LabWindows/CVI開發(fā)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(fā)平臺，使得開發(fā)人員很容易設(shè)計(jì)出實(shí)用直觀而且功能強(qiáng)大的測控程序。由于使用NI公司開發(fā)的SQL工具包，使用LabWindows/CVI開發(fā)的基于虛擬儀器的測控平臺可以大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間，增強(qiáng)測試軟件的性能。由于使用LabWindows/CVI開發(fā)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(yīng)算法模塊即可，大大提高了編程效率，縮短了開發(fā)時(shí)間。

總之，采用虛擬儀器技術(shù)，可避開傳統(tǒng)儀器復(fù)雜的專用電路的設(shè)計(jì)，從而提高了儀器設(shè)計(jì)與使用的快速性和方便性。由于使用軟件來實(shí)現(xiàn)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(yīng)程序即可，節(jié)省了大量購買特定儀器的費(fèi)用。LabWindows/CVI虛擬儀器技術(shù)在測控領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步研究和推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]宋宇峰.Lab Windows/CVI逐步深入與開發(fā)實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)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(yè)出版社，2001.

（作者單位：中國衛(wèi)星海上測控部）