虚拟仪器技术课程介绍.ppt

虚拟仪器技术课程简介,广州市 暨南大学 信息科技学院 电子工程系 王 思 华 教 授 E-mail: ,1. 教学目标及教学要求 虚拟仪器技术实质上是基于计算机的测控技术，主要应用于自动化测量、测试和控制系统的开发。 虚拟仪器技术课程涉及多个技术领域。本课程的教学目标是让学生了解虚拟仪器技术的概念、结构和特点，掌握使用LabVIEW去开发虚拟仪器应用软件的方法和技巧, 有效地提高学生独立分析问题和解决问题的能力，以及工程应用软件的设计能力。此外，通过机器视觉技术和工程应用案例等讲座开阔学生的视野和思路。 本课程的要求是掌握虚拟仪器的组成和技术发展方向,掌握LabVIEW的编程方法和虚拟仪器应用软件设计技巧，具备一定的虚拟仪器应用系统的设计能力。并要求学生综合运用传感器、计算机系统与接口技术和信号处理技术等多门课程的知识，完成规定的设计性实验和综合性实验，提交课程设计论文。,一、课程目标、要求和考核方法,2. 本课程的重点,LabVIEW程序调试方法与技巧； 数据采集、分析和显示的设计方法和技巧； GPIB和USB接口仪器控制程序的设计方法； 机器视觉应用技术。,3. 关于选课和课程考核说明,（1）要求必须同时选修理论课与实验课，因为它们实际上 是密不可分的。 （2）理论课考核形式与成绩计算方式： 期末考核采用课程设计和面试(对课程设计内容的检查和提问)相结合方式，学生必须提交课程设计报告。成绩计算方式是：平时作业、出勤和课堂表现占30%，课程设计报告和面试占70%。 （3）实验课考核形式与成绩计算方式 根据学生的预习、操作、设计思路、独立工作能力和实验报告完成质量进行综合评定，给出百分制成绩。,二、虚拟仪器技术实验室与课程简介,1. 虚拟仪器技术实验室 本实验室是自1996年引进美国国家仪器（NI）公司的技术、开设虚拟仪器技术的相关课程的实验室，也是与NI公司合作的联合实验室。从1997年开始为本科生、硕士研究生开设虚拟仪器技术、虚拟仪器技术实验和虚拟仪器系统设计等课程。这些课程具有理论与实际联系紧密、工程应用性强等特点。此外，本室还承担学生毕业设计和课外科技活动等任务，取得良好的教学效果。 本室重视科研和技术开发工作，通过“产学研”相结合的方式，在电子、通信和机械等领域与企业合作开展测试测量和自动化系统的研制工作。本室的老师带领学生应用虚拟仪器和机器视觉技术成功地为企业开发出十多种自动化测试测量系统。本室也与NI公司合作面向社会提供技术培训和技术开发工作。,2. 什么是虚拟仪器？ 虚拟仪器是基于通用计算机的测试、测量和控制系统。由于能充分利用计算机丰富的软硬件资源，因此虚拟仪器具有功能强大、结构灵活和性价比高等特点，可在很大范围内替代传统测控仪器和设备。 虚拟仪器通常具有一个或多个友好的虚拟面板（人机界面），用户可通过虚拟面板很方便地进行操作。用户可对虚拟仪器的功能和用途进行定义、组合和扩展，从而更快、更省和更方便的解决测试、测量和自动化的应用问题。 虚拟仪器技术实际上包括硬件技术和软件技术，并涉及了微电子、测量、光电、计算机和网络等多学科的技术。,2.1 虚似仪器和传统测控设备的比较,虚拟仪器 传统测控设备 开发和维护费用低 开发和维护费用高 技术是更新周期短（1至2年） 技术更新周期长（5至10年） 软件是关键，以软代硬 硬件是关键 性价比高 性价比低 构建灵活，重用性强 结构固定，重用性差 可用网络联络周边各仪器 只可连有限的设备 数据处理、存取和表达功能强大 功能较弱 多用途 用途单一 智能化和自动化程度高 自动化程度低 难以直接测量高频信号 可直接测量高频信号,2.2 虚拟仪器的几种结构类型,第一类：插卡式虚拟仪器 由计算机和机内的数据采集（DAQ）卡，大部分是采用PCI总线的DAQ卡。 第二类：外置式DAQ装置式虚拟仪器 目前较常用的外置式DAQ装置采用的是USB接口。也有一些外置式DAQ装置是通过串口RS-232、RS-485接口，或并行口（打印机口）连接到计算机，它们把信号调理和A/D转换等功能集成在一个采集盒内。 第三类：带通信接口的测量仪器组建的虚拟仪器 计算机与测量仪器可组成综合性自动测试系统，以往的仪器接口多半是GPIB接口，低挡仪器会采用RS-232和RS-485 接口。新型仪器的接口多采用USB和以太网接口。,2.3 虚拟仪器技术的特点,（1） 多种技术的集成,其中包括硬件技术和软件技术、 微电子技术、测量技术、计算机技术和网络等技术。 （2） 软、硬件结构灵活，可根据需要方便地进行系统结构重组和功能扩充。 （3）易于实现多种用途自动化测控设备的系统集成。 （4）开发周期短、成本低、应用领域广和性能价格比高。 （5）PC是基础，应用软件开发是关键。,2.5 虚拟仪器系统结构图,2.6 虚拟仪器系统的开发方式,虚拟仪器的开发包括硬件和软件开发，硬件开发通常采用两种模式之一：如果开发的系统数量有限，往往是利用现成的产品；自行设计和制造。 由于虚拟仪器开发的关键是软件，大部分的开发工作量也在软件方面；所以选择一个高效的开发平台相当重要。实际上，常见的几种计算机语言都可以用来开发虚拟仪器应用程序，例如标准C、C+、VB和LabVIEW等。,3. 什么是LabVIEW ?,LabVIEW是NI公司开发的虚拟仪器应用程序编程环境，也是一种图形编程语言，特别适合测控应用软件的开发。其优点是具有开发效率高、直观易学和人机界面美观友好；缺点是不适合用于底层函数的开发。 在过去的20多年里, 各行各业数以百万计的工程师和科学家都在使用 LabVIEW 去完成信号采集、测量分析、数据表示和运动控制等各方面的任务，可借助直观的图形化编程方式，利用图标和连线，并迅速连接测量与控制硬件；可集成数千款硬件设备，也能通过数百个内置函实现高级分析和数据的可视化，开发出各种测量、测试和控制系统。NI LabVIEW平台可在多种操作系统中扩展。,3.1 LabVIEW的应用领域,在世界范围内，汽车、通信、航空、半导体、电子产品生产、过程控制与工业自动化、机器视觉、光学、机电产品生产、能源、医药和生物医学等各领域均可通过 LabVIEW 提高应用系统开发的效率。其应用领域涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段。LabVIEW 帮助成千上万个公司和用户迈向成功。,3.2 LabVIEW的适用范围,（1）LabVIEW用于自动化测试和测量 LabVIEW可解决被测物体日益增加的复杂性和行业分布的广泛性的压力问题。从设计工作台，到实验室，一直到产品生产线，完成一系列自动化测试测量任务。 （2）LabVIEW用于工业测量和控制 LabVIEW为高标准的工业测量、自动化和控制应用提供了无与伦比的灵活性及易用性。典型应用包括：机器自动化，机器状态监控，分布式监控和控制，电源监控，集成式测试和控制，硬件在环(HIL)测试，以及实时测量与控制。,（3）LabVIEW用于嵌入式设计和建模 LabVIEW建模和嵌入式设计平台结合了现成即用的测量硬件和LabVIEW RT模块，可以使用LabVIEW进行嵌入式系统设计和测试、控制系统设计、数字滤波器设计、电路设计和验证等。 （4）LabVIEW是怎样的一种编程语言？ LabVIEW是一种功能齐全的图形化编程语言，具有所有通用编程环境的标准功能，如数据结构、循环结构和事件处理。LabVIEW 还有一个内置编译器，可在编辑时间编译所有代码。与其他通用编程语言不同的是，LabVIEW专为工程师和科学家设计，其内置各种专业工具软件包可满足工程应用开发的需要。因此，Lab