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虚拟仪器论文 -虚拟仪器技术的发展趋势 0906840403 李国香 记得早在选课的时候我就很好奇，什么是虚拟仪器，这么抽象的名词代表的究竟是什么样的高端技术。直到自己亲自经历上机操作画图才了解这是一个能改变、增减仪器系统功能的技术。通过网上查询的资料我了解到，近年来计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展使得仪器技术领域也发生了巨大的变化，它的出现彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义、用户无法改变的局面，从而使任何一个用户都可以用鼠标或按键在计算机显示屏上操作虚拟仪器软面板的各种“按钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器。我觉得，这种具有“可开发性”和“可拓展性”的优越特点使得它存在强大的生命力和竞争力，特别适用于当今越来越复杂的测试需求。随着技术的不断成熟和发展，虚拟仪器的未来肯定一片光明，所以我想着重研究它的发展趋势。虚拟仪器看似高深，说的通俗易懂点，就是在计算机上加上软件或硬件，使得主人在操作时就象是在操作一台自己设计的专用的电子仪器。在这个系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。灵活高效的软件、完全自定义的用户界面、模块化的硬件、提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台，满足对同步和定时应用的需求，可以广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药、和工业生产等各种领域，这也预示着虚拟仪器的美好前景。一个事物的成型、发展到兴起，与自身契合当下时代是离不开的，在这个讲究高效的社会，利用labview软件人们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面，而综合所有，虚拟仪器就有了它无可替代的优点和先进性，即性能高、扩展性强、开发时间少和无缝集成，而这些优点又将促进它进一步发展，到此，我们就可以在现有的基础上预测一下它的未来，和它最终的发展趋势。1、 外挂式虚拟仪器PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI总线的虚拟仪器在插入DAQ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测额信号也会造成很大的影响，故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器系统测试的主流。2） PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统PXI系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXi系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。3） 网络化虚拟仪器尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。现在，有关MCN方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。同时，虚拟仪器技术的四大优势一、性能高虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。二、扩展性强NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。得益于NI软件的灵活性，只需更新您的计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。在利用最新科技的时候，您可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。三、开发时间少在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使您轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。四、无缝集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。虚拟仪器技术不断地扩展其功能及应用范围。现在LabVIEW不仅能在PC上开发测试程序，而且可以在嵌入式处理器和FPGA上设计硬件。这一技术也将最终提供这样的一个独立环境，使用户可以从设计测试系统到定义硬件的功能，如图3所示。测试工程师将能使用合适的功能来进行系统级的设计。当他们需要定义专门的测量功能时，他们也将可以用同样的软件工具来“细化”到合适的级别以定义测量的功能。例如，工程师可以开发LabVIEW程序来使用模块化仪器进行某些测量，如DC电压和上升时间。当工程师需要开发专门的测量时，他们也可以使用LabVIEW对原始的测量数据进行分析，从而开发出专门的测量，比如峰值检测。如果在某些情况下他们需要使用一些新的硬件功能来实现测量，如定制的触发，那么他们可以用LabVIEW定义一个触发和滤波方案，并嵌入到仪器卡上的FPGA中。虚拟仪器技术已成为测试、工业I/O和控制和产品设计的主流技术，随着虚拟仪器技术的功能和性能已被不断地提高，如今在许多应用中它已成为传统仪器的主要替代方式。随着PC、半导体和软件功能的进一步更新，未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且使工程师们在测量和控制方面得到强大功能和灵活性。虚拟仪器的发展取决于3个重要因素：计算机是载体，软件是核心，高质量的AD采集卡及调理放大器是关键。随着微电子技术、计算机软硬件技术、通信技术和网络技术的飞速发展，虚拟仪器技术日新月异Is,5J。31 虚拟仪器网络化将网络技术和虚拟仪器相结合，构成网络化虚拟仪器系统，是自动测试仪器系统的发展方向之 7 J。网络化测试的最大特点就是可以实现资源共享，使现有资源得到充分利用，从而实现多系统、多专家的协同测试与诊断。网络化测试解决了已有总线在仪器台数上的限制，使一台仪器能被多个用户同时使用，不仅实现了测量信息的共享，而且实现了整个测控过程的高度自动化、智能化，同时减少了硬件的设置，有效降低了测控系统的成本 8J。另外，由于网络不受地域限制，使网络化测试系统能够实现远程测试，这样测试人员可以不受时间和空间的限制，随时随地获取所需的信息。同时网络化测试系统还可以实现被测设备的远距离测试与诊断，从而提高了测试效率，减少了测试人员的工作量引。正是由于网络化测试系统的这些优点，使得网络化测试技术倍受关注。近年来，世界著名仪器开发商安捷伦公司与NI公司联手致力于网络化测试软硬件的研发。国内一些实力较强的公司如中科泛华也在积极探索虚拟仪器网络设备的研究和设计Ll0。“网络就是仪器”的概念，确切地概括了仪器的网络化发展趋势。32 虚拟仪器标准化VI的标准化主要是在硬件平台和软件模块的标准化。目前的虚拟仪器硬件平台，已经有了标准化和通用化趋势，如VXI联盟、PXI规范、PCI规范等自发性标准化组织和措施，另一些要求，如标准化触发方式，不同通道的共用时基，同步、延迟以及执行参数是否连续可调或断续可调等，涉及信号及其质量和相互关系等方面，尚未形成标准化和通用化，这将影响其在不同平台上的互换性和移植性，也将影响虚拟仪器软件模块的标准化-3 J。在1998年9月成立了IVI(Interchangeable Virtual Instrument)基金会。IvI基金会是最终用户、系统集成商和仪器制造商的一个开放的联盟。该组织已经制订了示波器数字化仪、数字万用表、任意波形发生器函数发生器、开关多路复用器矩阵及电源等五类仪器的规范。IvI制订的虚拟仪器统一规范，提升了仪器驱动软件标准化水平 】 。33 不断吸收新技术给虚拟仪器带来生机把各种最新的控制理论和方法应用到虚拟仪器的开发中来将是vI发展的又一个重要方向。软件工程领域的新方法新理论在虚拟仪器设计中得到广泛应用，面向对象技术等被广泛用来进行虚拟仪器的测试分析软件和虚拟界面(控件)软件设计，出现了许多数据处理高级分析软件和大量的仪器面板控件，这些软件为快速组建虚拟仪器提供了良好的条件“能够在测试、控制和设计领域最优化地使用最新现成即用的商业技术，这一直是推动虚拟仪器技术进步的重要动力之一”-NI总裁、创始者兼CEODrJames 先生概括了虚拟仪器未来发展的总趋势。总之，不断吸收新技术的vI将会适应更多的应用