西交大现代检测技术课件25虚拟仪器技术

现代检测技术

虚拟仪器技术精勤求学敦笃励志果毅力行忠恕任事虚拟仪器第一代仪器：模拟仪器，如指针式万用表等，它们的基本特征是采用模拟电子技术，采用指针显示结果；第二代仪器：数字化仪器，这类仪器把模拟信号转化为数字信号，并以数字方式显示为特征；第三代仪器：智能仪器，这类仪器的特征是内置CPU，但CPU的作用大多用于仪器的控制，基本不用于数字信号处理；能够进行信号分析处理的仪器非常复杂和昂贵。第四代仪器：虚拟仪器，这类仪器是计算机技术与仪器技术相结合的产物，其主要特征是通过CPU进行数字信号处理，用软件算法代替硬件实现仪器的测量功能，并通过软面板操控仪器和显示测量结果。Xi’anJiaotongUniversity虚拟仪器虚拟仪器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、其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。传统仪器上的各种开关、旋钮等由虚拟仪器面板上各种符号“控件”代替，对仪器的操作通过鼠标和键盘来完成；仪器的测试功能由编程实现，可以将不同软件模块组合实现多种测试功能，“软件即是仪器”。Xi’anJiaotongUniversity性能高扩展性强开发时间少集成度高虚拟仪器的特点Xi’anJiaotongUniversityGPIBSerialDAQ被测信号VXI图象采集运动控制PXI虚拟仪器硬件：计算机、I/O接口设备计算机I/O接口设备虚拟仪器的构成——硬件Xi’anJiaotongUniversityPC-DAQ系统：基于PC-DAQ组成虚拟仪器测控系统，在计算机上插入数据采集（DAQ）卡，并由驱动软件驱动硬件，通过应用程序构建虚拟面板和发送通讯命令。如基于PCI总线的图像采集系统。虚拟仪器的构成——硬件PCI总线图像采集卡实物图

Xi’anJiaotongUniversity

串口系统：以Serial标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。基于USB2.0总线的高分辨数字图像传感器（1280*1024）

虚拟仪器的构成——硬件Xi’anJiaotongUniversityGPIB系统：以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。基于PCI总线的GPIB总线通信接口卡虚拟仪器的构成——硬件Xi’anJiaotongUniversityVXI系统：以VXI标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。VXI总线集成仪器虚拟仪器的构成——硬件Xi’anJiaotongUniversityPXI系统：以PXI标准总线仪器与计算机为仪器平台组成的虚拟仪器系统。PXI总线集成仪器虚拟仪器的构成——硬件Xi’anJiaotongUniversity虚拟仪器软件包括2部分：1，I/O接口仪器驱动程序：完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。2，应用程序定义并实现虚拟仪器前面板功能；定义并实现测试功能的流程图软件。另外，虚拟仪器软件开发还需要选择合适的工具，目前常用的开发工具包括：文本式编程语言：如VisualC++，LabWindows/CVI等；图形化编程语言：如LabVIEW、HPVEE等。虚拟仪器的构成——软件Xi’anJiaotongUniversityLabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器工程平台）内置信号采集、测量分析与数据显示功能，为用户提供强大功能的同时还保证了系统灵活性。LabVIEW将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中，让用户可以在自己的平台上无缝地集成一套完整的应用方案。

LabVIEWXi’anJiaotongUniversity用LabVIEW可以快速搭建并运行系统，采集来自插入式板卡、USB接口设备或以太网系统的信号。这些数据采集功能包括：用于调理原始数据的内置通道配置

高速波形采集与发生（单个或连续波形）

精确并快速的单点模拟与数字I/O高速数字量输入输出

用于脉冲生成、事件计数与周期测量的计数/定时器

这些I/O功能及各种专门的数据类型与测量分析VI子程序，是为了从物理传感器中快速并简单地获取数据或测量值而设计的。数据采集Xi’anJiaotongUniversityLabVIEW

简化了与各种仪器设备进行连接并通信的工作。

LabVIEW可以利用内置的仪器I/O连接库，迅速完成对GPIB接口、串口、以太网接口、PXI及VXI仪器的数据采集。无需另外开发程序代码，即可与来自150多个厂家的1400多种仪器进行通信；利用工业标准的设备驱动软件增加系统性能与便携性。仪器驱动Xi’anJiaotongUniversityNationalInstruments（NI）为自动测试与机器马达控制应用提供一整套工具选择，包括运动控制软件、运动控制器与马达驱动器，它们都可以无缝集成到应用系统中。从简单、重复的运动控制到互联多轴运动控制，从实验桌到生产线，都可以提供运动控制应用方案。可以使用MotionAdvisor帮助设计各种运动控制系统。

使用多轴运动控制器实现可靠的运动控制；

集成式运动控制解决方案；

简单易用的运动控制软件；与140多种不同运动平台（stage）的简单连接。运动控制Xi’anJiaotongUniversity从模型环境到编程环境的快速转换；

利用LabVIEWRT(实时)模块在PXI平台上配置嵌入式实时机器视觉系统；

使用第三方的机器视觉部件；

以更低的生产生本完成复杂的图像处理工作；

几百种机器视觉功能选择；

与NI数据采集与运动控制设备的简易集成；

图像采集与机器视觉Xi’anJiaotongUniversity内带400多个分析处理工具，专门用于从采集到的原始数据中提取有用的信息，或用于测量数据分析并进行信号处理。诸如快速傅立叶变换（FFT）与频率分析、信号发生、数学运算、曲线拟和、数据差补及时频分析等。

提供集成式函数与附加工具包，专门用于测量分析与信号处理。用户可以一边采集数据，一边对这些测量数据进行分析，并提取有用信息、整理数据，让应用系统可以根据采集到的数据做出决策。数据分析Xi’anJiaotongUniversity用于测量分析的LabVIEW附加工具包

LabVIEW阶次分析工具套件

LabVIEW信号处理套件

LabVIEW声音与振动套件

LabVIEW视觉与图像处理

用于控制、仿真与设计的LabVIEW附加工具包

LabVIEWPID控制工具套件

LabVIEW统计处理控制工具包

LabVIEW仿真界面工具包

数据分析Xi’anJiaotongUniversity

包含一组完整的显示工具，帮助用户将数据显示在应用系统的界面中。这些工具包括图形图表及内置2维和3维显示工具。用户可以随时改动数据显示方式，如颜色、字体大小、图表类型等，同时还可以对图表进行动态旋转、缩放或拖动等操作。

在网络上发布信息使用MicrosoftOffice工具生成报告交互式数据管理（DIAdem软件包）

数据发布Xi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversity8684A100KHz－1000MHz虚拟信号发生器Xi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversity1，LabVIEW安装；2，创建一个VI：NewgVIfromtemplategTutorial(GettingStarted)gGenerateandDisplay；

注意中间预览框的内容和右侧对该VI的描述；3，运行和停止程序。4，切换到程序框图，BlockDiagram，快捷键<Ctrl+E>；5，了解VI程序框图的组成要素：端口、节点、连线端口是数据流的源头或终点，主要包括前面板对象端口：从前面板输入控制型控件获取数据，或向前面板输出数据；常量端口：设置程序中数据运算所需的常量；全局和局部变量端口：变量来自Structure子模板相应图标；

DAQ端口：数据来自数据采集卡。用LabVIEW设计虚拟仪器Xi’anJiaotongUniversity节点是执行“函数”、“各种运算”等子程序的调用，主要包括A）函数节点：LabVIEW封装好的函数，供用户调用。B）子VI节点：由LabVIEW提供或用户自己定义的子VI，可以访问和修改。C）结构节点：用来执行结构化程序控制命令，如“ForLoop”，“Case”等。连线表示程序执行过程中的数据流和数据走向。端口生成方式：A）在前面板放置控件B）先在流程图窗口放置图标，在接线头右击鼠标，用“createcontrol”，”createindicator”等命令生成端口图标。用LabVIEW设计虚拟仪器Xi’anJiaotongUniversity1，“Panel”（前面板）开发窗口设计制作虚拟仪器前面板是将相关控件摆放到窗口中适当位置组成虚拟仪器前面板的过程。包括：主菜单、工具栏、控制模板等。运行控制按钮、字体、控件对齐、控件分布、控件层叠、图标编辑等。上下文帮助窗口，有详细和简略两种方式；加锁。2，“Diagram”（流程图）编辑窗口流程图是图形化的源代码，是仪器测试功能的图形化表达。包括：主菜单、工具栏、功能模板。高亮执行、单步调试等。用LabVIEW设计虚拟仪器

LabVIEW基本开发环境Xi’anJiaotongUniversity2）控制模板：位于前面板窗口，包括数字量、布尔量、字符串和路径、数组与簇；表；图；自定义控件等。 “Control”类作为输入，用于参数设置，边框较粗；“Indicator”型作为输出，用于结果显示、仪器工作状态指示等，边框较细。3）功能模板：位于流程图窗口，包括结构、数字量、布尔量、字符串、数组、簇、比较、时间与对话框、文件I/O、波形、分析、仪器I/O、声音与图形、通讯、选择子VI、高级调用等。1）工具模板：工具自动选择、操作工具、定位/尺寸/选择、文本编辑、连线、快捷菜单、窗口滚动、断点、探针、取色、着色。用LabVIEW设计虚拟仪器

LabVIEW模板Xi’anJiaotongUniversity

在模板基础上修改程序：1，在SimulateSignal节点上双击鼠标，更改信号的类型、频率和幅值等参数；2，用PointerSlide控制噪声幅值；3，添加SignalAnalysis模块，选择Arithmeticmean、Maximum、Minimum，并生成相应的指示器（在端口上单击右键，CreateNumericIndicator）。4，调整控件的位置、名称、颜色等；5，运行、保存程序。LabVIEW帮助菜单ShowContextHelp,Ctrl+H；自动出现光标所指对象的功能信息，可以锁定或得到更详细的信息。用LabVIEW设计虚拟仪器Xi’anJiaotongUniversity软测量仪器平台应用需求与研究意义广泛应用于离线产品测量、检验，在线产品识别判定，生产过程装备的实时控制；是提升传统装备使用效率、降低生产成本、提高产品质量、增强产品竞争力的重要途径；突破测控技术难题，提高测控仪器设备附加值；发达国家大力研究基于传感器信息融合的软测量理论方法、基于嵌入式技术的虚拟仪器系统平台、基于无线网络数据通信等关键技术和应用；关键技术保密。Xi’anJiaotongUniversityDAQ虚拟仪器系统硬件模型Xi’anJiaotongUniversityDAQ虚拟仪器平台软件关键技术WIN操作系统＋

DAQ体系虚拟仪器硬件平台硬件抽象层接口程序