虚拟仪器概述

虚拟仪器概述第1页，课件共85页，创作于2023年2月内容一、虚拟仪器概述二、LabVIEW简介第2页，课件共85页，创作于2023年2月一、虚拟仪器概述仪器的发展历史虚拟仪器定义虚拟仪器的构成元素与传统仪器比较体系结构三大组成硬件构成方案四大优势硬件性能应用领域软件开发平台NI公司的虚拟仪器产品第3页，课件共85页，创作于2023年2月仪器的发展历史第一代仪器：模拟仪器：如指针式万用表，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。第二代仪器：数字化仪器：数字化仪器目前相当普及，如数字电压表、频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最终结果。第三代仪器：智能仪器：智能仪器内置微处理器，能进行自动测量，具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动。第四代仪器：虚拟仪器：虚拟仪器是现代计算机技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器发展的一个重要方向。第4页，课件共85页，创作于2023年2月以前的计量方法重量：杆秤长度：尺子、步体积：斗、石时间：沙漏、一柱香第5页，课件共85页，创作于2023年2月第一代仪器：模拟仪器第6页，课件共85页，创作于2023年2月第一代仪器：模拟仪器电压表头第7页，课件共85页，创作于2023年2月第一代仪器：模拟仪器日本健伍VT-181E毫伏表第8页，课件共85页，创作于2023年2月第二代仪器：数字化仪器第9页，课件共85页，创作于2023年2月第二代仪器：数字化仪器FLUKEF111数字电压表第10页，课件共85页，创作于2023年2月第三代仪器：智能仪器TE-TL系列智能温控仪1、全输入型仪表，只需通过菜单选择，即可切换JKESPt100Cu50等六种传感器输入信号。2、具备位式调节，二位PID调节，连续PID调节等多种调节方式，专家自整定参数，可控制压力、流量、液位、湿度等。3、模块化输出支持继电器、可控硅无触点开关等。4、编程报警功能，支持绝对值上限、绝对值下限、偏差值上限、偏差值下限等多种报警功能。第11页，课件共85页，创作于2023年2月第三代仪器：智能仪器TE-BW智能三相功率表1、测量三相有功功率或无功功率2、面板按键设定参数3、带RS485通讯接口带一定的分析、处理、通讯等功能第12页，课件共85页，创作于2023年2月第四代仪器：虚拟仪器第13页，课件共85页，创作于2023年2月仪器技术革命第一次仪器革命是由于数字电子技术的发展引起的，使仪器形态进入了数字化仪器时代；第二次仪器革命是由于微处理器的大量应用引起的，使仪器形态进入了智能仪器时代；第三次仪器革命，由通用计算机软硬件技术的进步引起，使仪器形态进入第四个时期：虚拟仪器时代。第14页，课件共85页，创作于2023年2月什么是虚拟仪器？传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能。虚拟仪器系统提供的则是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。每一个虚拟仪器系统都由两部分组成——软件和硬件。第15页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器的定义虚拟仪器是一种概念仪器，迄今为止，业界还没有一个明确的国际标准和定义。所谓的虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。“虚拟”的含义虚拟的仪器面板由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器）

。第16页，课件共85页，创作于2023年2月软件即是仪器这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I／O部件来构建虚拟仪器。虚拟仪器的核心－－软件算法代替硬件电路；虚拟仪器=总线模块＋算法第17页，课件共85页，创作于2023年2月仪器的构成元素数据采集信号处理结果表达与仪器控制硬件（电子线路）硬件（电子线路）硬件（显示器与旋钮）硬件（电子线路）计算机软件（算法）计算机硬件（显示器与虚拟旋钮）传统仪器虚拟仪器计算机系统资源第18页，课件共85页，创作于2023年2月传统仪器虚拟仪器仪器定义厂家用户功能设定功能特定，与其它设备连接受到限制。面向应用的系统结构，可方便地与网络设备、外设和其它设备连接。关键环节硬件软件开放性封闭式系统，功能固定，不能改变。基于计算机技术的开放式系统，灵活的软件功能模块。性能价格比低高，可重复使用。技术更新速度慢（周期5~10年）快（周期1~2年）开发维护开发维护费用高软件结构，节省费用传统仪器与虚拟仪器比较第19页，课件共85页，创作于2023年2月传统仪器实例第20页，课件共85页，创作于2023年2月传统仪器实例手动测试台试验基本布置示意图第21页，课件共85页，创作于2023年2月数字万用表FLUKEF189第22页，课件共85页，创作于2023年2月信号发生器泰克AFG3022第23页，课件共85页，创作于2023年2月噪声信号发生器NC6103第24页，课件共85页，创作于2023年2月毫伏表VT-181E第25页，课件共85页，创作于2023年2月数字示波器DPO4034第26页，课件共85页，创作于2023年2月电源朝阳+24V、-24V第27页，课件共85页，创作于2023年2月传统仪器-操作台面板第28页，课件共85页，创作于2023年2月传统仪器-内部结构第29页，课件共85页，创作于2023年2月传统仪器-内部结构第30页，课件共85页，创作于2023年2月信号调理电路第31页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器实例第32页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器实例第33页，课件共85页，创作于2023年2月一体化工作站AWS-8248第34页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器—数据采集卡PCI-6259A/DD/AI/O第35页，课件共85页，创作于2023年2月调理机箱前面板第36页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器—调理电路第37页，课件共85页，创作于2023年2月调理电路—底板+插板第38页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器—开关切换（自研）第39页，课件共85页，创作于2023年2月电路图第40页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器—功能实现1、信号切换—开关量输出控制模拟电子开关2、设备上电—开关量输出控制电磁继电器3、信号产生---D/A4、噪声信号产生—D/A5、示波器—A/D->屏幕显示6、数字表（测量电压）--A/D->屏幕显示7、毫伏表（测量噪声）--A/D->屏幕显示8、电源—不能省第41页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器—界面第42页，课件共85页，创作于2023年2月调试现场第43页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器的架构模块化仪器软件算法第44页，课件共85页，创作于2023年2月仪器概念的转变传统仪器厂商定义功能虚拟仪器用户定义功能第45页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器—基于计算机的仪器第46页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器技术的三大组成部分1．高效的软件

软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具并通过设计或调用特定的程序模块，可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。NI公司——LabVIEW。2．模块化的I/O硬件

使用PCI、PXI、PCMCIA、USB、1394总线，产品种类从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯

3．被测单元

第47页，课件共85页，创作于2023年2月GPIBSerialDAQUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftwareMeasurement StudioLabVIEW虚拟仪器技术的三大组成部分第48页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器的硬件构成第49页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器的硬件构成方案(1)基于数据采集的虚拟仪器系统

：借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW(或LabWindows/CVI)，将模拟、数字信号采集到计算机进行分析、处理、显示等，并可通过输出实现反馈控制。(2)基于通用接口总线GPIB接口的仪器系统

：利用GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)技术，由计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，排除人为因素造成的测试测量误差。(3)利用VXI总线仪器实现虚拟仪器系统：VXI(VMEbusExtensionforInstrumentation)总线是一种高速计算机总线VME在仪器领域的扩展。由于其标准开放、传输速率高、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块化设计、结构紧凑、使用方便灵活，已越来越受到重视。它便于组织大规模、集成化系统，是仪器发展的一个方向。(4)基于串行口或其它工业标准总线的系统：将带有RS-232总线接口的仪器作为I/O接口设备通过RS-232串口总线与PC计算机组成虚拟仪器系统，目前仍然是虚拟仪器的构成方式之一。当今，PC计算机已更多地采用了USB总线和IEEE1394总线。第50页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器技术的四大优势

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PC技术为主导的最新商业技术的优点，计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。扩展性强

只需更新计算机或测量硬件，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整个系统。开发时间少

方便操作，并提供灵活性和高的开发效率，以较少的成本加速产品上市的时间。无缝集成

为I/O设备提供标准的接口，可轻松将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。第51页，课件共85页，创作于2023年2月与传统仪器相比，虚拟仪器硬件性能如何？虚拟仪器系统是基于软件的，所以如果只要是可以数字化的东西，您就可以对它进行测量。因此，测量硬件可在通过两根坐标轴进行评估，即分辨率（位）和频率。第52页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器硬件与传统仪器的比较NI公司的虚拟仪器硬件与传统仪器的比较第53页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器技术应用领域

测试和测量

工业自动化

声学测试

工厂自动化

ATE

HMI

自动光学检验(AOI)

实验室自动化

汽车测试

机械控制

生物医学研究

机器视觉

校准

石油和天然气处理

电子测试

制药生产

光纤校准

工业机器人

光学度量和测定

过程自动化

研发

SCADA

半导体测试

统计流程控制

电讯通信测试

晶片传送手臂

振动测试

………….第54页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器软件开发平台文本式编程语言VisualC++VBLabwindows/CVI图形化编程语言Labview事实上的虚拟仪器软件开发平台HP-VEE第55页，课件共85页，创作于2023年2月虚拟仪器开发软件这就是我们选择美国NI公司的LabVIEW的原因Source:Surveyof400USreadersfromT&MWorld,EDN,DesignNews,andR&Dmagazines,March2002第56页，课件共85页，创作于2023年2月关于NI美国国家仪器公司（NI）是虚拟仪器技术的创始人与倡导者NI为用户提供易于集成的软件如图形化开发环境NILabVIEW，以及模块化硬件如用于数据采集或用于数据采集、仪器控制和机器视觉的PXI模块化仪器。/china第57页，课件共85页，创作于2023年2月NI模块化仪器产品高速数字化仪：高速数字化仪，数据采集卡和示波器，8到21位分辨率，高达150MHz带宽，PCI、PXI、USB和PCMCIA总线接口信号发生器：函数发生器与任意波形发生器，12和16位分辨率，高达400MS/s采样率，PCI和PXI总线接口高速数字I/O：数字波形发生器/分析仪，最高100MHz时钟速率，可编程的电压水平，PCI,PXI和PCMCIA总线接口。数字万用表(DMM)和LCRMeter：5位半和6位半数字万用表DMM，10-23位分辨率，高达1.8MS/s采样率，PCI和PXI总线接口。RF(射频信号)测量设备：无线电信号采集、发生与分析，信号频率高达2.7GHz(带20MHz实时带宽)动态信号采集、发生和分析：24位测量精度，用于声音与振动信号采集与发生开关：高质量开关解决方案，包括通用继电器、多路复用器以及距阵，用于PXI和SCXI平台上。第58页，课件共85页，创作于2023年2月NI模块化仪器软件产品LabVIEW：图形化开发环境，以最低成本快速创建灵活的、易升级的测试测量与控制应用程序。LabWindows/CVI：ANSIC应用程序开发环境NITestStand：测试执行管理软件SignalExpress：连接设计与测试的交互式软件，用于快速采集、比较、自动化并存储测量结果。第59页，课件共85页，创作于2023年2月二、LabVIEW简介什么是LabVIEW?LabVIEW的优点LabVIEW的语言环境LabVIEW编程实例LabVIEW开发平台如何学习LabVIEW语言？第60页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW是什么？LabVIEW是一种图形化编程语言，与C++和VB或其它语言的功能一样。它是唯一被普遍接受的图形化编程语言。简单易学。带有大量的内置功能，能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务使用LabVIEW能让您享受到强大的图形化编程语言所带来的灵活性，而无需忍受传统开发环境的复杂编程工作。第61页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW－图形化编程语言前面板后面板第62页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW的优点直观的图形化环境实现了开发工作的高效率集成了上千种仪器和测量设备驱动通过编译使系统性能最优化适用于流程图设计的开发环境与其它应用程序的开放式连接第63页，课件共85页，创作于2023年2月直观的图形化环境实现了开发工作的高效率在LabVIEW图形化开发环境下，无需编写代码文本命令行即可获得强大的开发工具。在LabVIEW中，您只需要拖放已经开发好的图形控件，就可以轻松快捷地开发出应用程序的用户界面。然后，再通过组合框图模块来实现系统的各种函数功能。LabVIEW图形化语言的直觉性特征使学生们可以将注意力集中在被教授的理论知识，而不是基于文本的工程软件应用开发的编程细节上,能用比使用传统文本编程环境少得多的时间，开发出复杂的应用程序来。第64页，课件共85页，创作于2023年2月集成了上千种仪器和测量设备驱动LabVIEW能与测量硬件无缝连接，因此您可以快速的使用和配置各种测量设备，从任何的独立测量设备、到插入式数据采集设备、运动控制器、图像采集系统、实时系统、分布式控制和可编程逻辑控制器（PLC）等。LabVIEW还支持来自几百家仪器供应商的2000多种仪器驱动库。第65页，课件共85页，创作于2023年2月通过编译使系统性能最优化在许多应用中，执行速度是关键。利用一个内置编译器使之生成优化的代码，您的LabVIEW应用程序可将程序速度提高到与编译C语言程序相当的程度。运用LabVIEW，您能在多种平台上开发出满足最高性能要求的系统，包括：Windows，Linux，UNIX,或实时操作系统。项目开发完成后，经编译可生成可执行文件(exe)。第66页，课件共85页，创作于2023年2月适用于流程图设计的开发环境LabVIEW针对一些应用提供了专门功能，如仿真、测量、控制和自动化应用等，这将加速系统的开发进程。无论是内置的分析功能还是与各种I/O设备接口，LabVIEW为工程师和科学家提供快速建立测试和测量，数据采集，嵌入式应用，科学研究和过程监控系统所需要的各种功能。第67页，课件共85页，创作于2023年2月与其它应用程序的开放式连接利用LabVIEW，您可以通过因特网，ActiveX,DLL，共享库，SQL,TCP/IP,XML,OPC,无线通讯或其它方式和不同的应用程序建立连接。LabVIEW的开放式连接特性使您能够建立灵活的开放式应用，并与公司内其它应用程序进行通讯。LabVIEW还支持MatlabM脚本及与一些常用程序的直接连接。第68页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW的发展历程第69页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW－图形化编程语言• 可以编译的图形化编程语言环境

• 提高开发效率第70页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW语言环境

数据流模块化数据第71页，课件共85页，创作于2023年2月LabVIEW编程实例用随机数发生函数产生一个随机数，并在Chart上面实时显示用While循环控制程序连续运行每个循环中延时300毫秒产生一个新随机数随机数产生并显示第72页，课件共85页，创作于2023年2月随机数产生并显示第73页，课件共85页，创作于2023年2月扩展1--添加延时控件通过控件用户可以随时改变延时的时间第74页，课件共85页，创作于2023年2月扩展2数据存盘将随机数存盘。记录在一个文本文件中第75页，课件共85页，创作于2023年2月开发者套件附加工具包RT实时DSC记录监控图像LabVIEW开发系统LabVIEW开发平台第76页，课件共85页，创作于2023年2月• 机器视觉与图像处理Vision观察距离测量模式识别颜色匹配斑点分析和

变形处理

• VisionBuilder

交互式开发辅助工具• Opticalcharacterrecognition字符识别机器视觉与图像处理模块第7