虚拟仪器.ppt
虚 拟 仪 器,第一章 LabVIEW的概述 1.1 LabVIEW的概念 LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instrument,简称NI公司）推出的一门图形化编程语言，同时也是著名的虚拟仪器开发平台，能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。作为一门图形化编程语言（G语言），LabVIEW秉承了简单易用的一贯作风，使用户能过快速编写出功能强大的应用程序；作为NI公司主推的虚拟仪器开发平台，LabVIEW担当了“软件及仪器”这一虚拟仪器关键理念中的主角。LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的英文缩写，这是一个工业标准的图形化开发环境，它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性，以及专为测试测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能，能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具。,1.2 LabVIEW的发展 LabVIEW诞生于1986年，是一种图形化的编程语言，又称为“G”语言。经过多年的发展已成为用于设计、测试和控制的图形化平台，是业界领先的软件开发工具。LabVIEW图形化开发工具被广泛应用于产品设计的各个环节，使用该工具有利于改善产品质量、缩短产品投放市场的时间，并提高产品开发和生产效率。在LabVIEW环境下开发的程序称为虚拟仪器（VI）,它通过计算机虚拟出仪器的面板和相应的功能，然后通过鼠标或键盘操作仪器。使用LabVIEW几乎可以构造出任何功能的仪器，从而衍生出了“软件计时仪器”的概念，并在航天、电子、机械、通行等领域得到了广泛的应用。,第二章 虚拟仪器（VI）2.1仪器的发展 随着电子技术的发展，仪器的发展经历了四个时期:1、第一代仪器：模拟仪器。2、第二代仪器：数字化仪器 3、第三代仪器：智能仪器 4、第四代仪器：虚拟仪器 2.2 虚拟仪器（VI）的发展 虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段，而这三个阶段又可以说是同步进行的。第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。第二阶段，开放式的仪器构成。第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。,2.3虚拟仪器(VI)的概念 用LabVIEW开发出的应用程序被称为VI（Virtual Instrument的英文缩写吧，即虚拟仪器）。VI是由图形、连线以及框图构成的应用程序，由Front Panel(前面板)和Block Diagram（后面板）两部分构成。前面板是应用程序的界面，是人机交互的窗口，主要由Controls(控制量)和Indicators(显示量)构成。2.4虚拟仪器的特点 虚拟仪器特点如下：具有可变性、多层性、自主性的面板 强大的信号处理功能 虚拟仪器的功能、性能、指标可由用户定义 具有标准的、功能强大的接口总线、板卡及相应软件 虚拟仪器具有开发周期短、成本低、维护方便、易于应用的特点 软件是虚拟仪器的核心,性价比高 缩小了仪器厂商与用户之间的距离 具有良好的人机界面 具有方便、灵活的互联 可靠性高 具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点 2.5虚拟仪器的分类 虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型：1.PC总线插卡型虚拟仪器 2.并行口式虚拟仪器 3.GBIB总线方式的虚拟仪器 4.VXI总线方式虚拟仪器 5.PXI总线方式虚拟仪器,2.6虚拟仪器相对于传统的优势 传统仪器大多由以下三大功能模块组成：对被测信号的采集与控制模块、分析与处理模块，以及测得结果的表达与输出模块。简单地说，虚拟仪器技术就是用户自定义的基于PC技术的测试和测量解决方案。相对传统仪器它有四大优势：1.性能高 2.扩展性强 3.开发时间少 4.完美的集成功能,第三章 虚拟仪器软件3.1 概述 虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。基于软件在VI系统中的重要作用，NI提出了“软件就是仪器（The software is the instrument）”的口号。VPP系统联盟提出了系统框架、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VPP软件标准，推动了软件标准化的进程。虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：VISA库、仪器驱动程序、应用软件。3.2 LabVIEW应用程序构成 所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括前面板（front panel）、流程图（block diagram）以及图标/连结器(icon/connector)三部分。前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制（control）和显示对象（indicator）。,3.3 用LabVIEW设计虚拟仪器的步骤 LabVIEW编程一般要经过以下几个步骤。1、总体设计：根据用户需求，进行VI总体结构设计，确定面板布局与程序流程，并保证所使用的虚拟仪器硬件在LabVIEW函数库中有相应的驱动程序。2、前面板设计：在LabVIEW的前面板编辑窗口内，利用工具模板和控件模板进行VI前面板的设计。3、方框图编程：在LabVIEW的方框图编辑窗口内，利用工具模板和函数模板进行方框图编程。4、程序调试：单击前面板编辑窗口或方框图编辑窗口工具条中 的运行按钮，执行VI程序；同时可利用LabVIEW工具模板中的断点工具和探针工具调试缩编程序。3.4 虚拟仪器设计实例 3.4.1运用虚拟仪器实现数字示波器 1.元器件的放置 在后面板上单击鼠标右键，然后再出现的函数库中找出需要的原件放置在面板上。,各元器件放完后再用一个While循环，使所有元器件都在While循环中。2.电路图连接 元器件放全后将相应的元器件连接起来。此时所连接的原理图如下图所示：,相应的调整前面板各元器件的位置，如图所示:,3.运行电路 点击红色按钮运行电路，并且相应的调整频率和幅值，此时运行结果如图所示：,3.4.2运用虚拟仪器实现噪声信号发生器 1.元器键的放置 在后面板上右击鼠标右键，从信号分析元件库中选择滤波器和仿真信号放置在后面板上。,此时修改仿真信号的信号类型为正弦，并且选择添加噪声，噪声类型为均匀白噪声。,将滤波器的类型选择为带阻，低截止频率为1，高截止频率为50.,再将其他元器件放置在面板上相应的修改其属性。,2.电路图的连接 元件放置完后相应的调整各元器件的位置，然后连接好电路图,此时在调整前面板上的各元器件，使其看起来美观、漂亮。,3.运行电路图，运行结果如下：,第四章 虚拟仪器的应用4.1在电子实验领域中的应用 虚拟仪器最简单的应用是代替独立的仪器，如示波器、函数发生器、万用表等。用户利用虚拟的函数发生器产生实验所需的激励信号，利用虚拟的示波器测量实验电路对激励信号的响应。两种仪器通过窗口进行切换。函数发生器发生的波形、频率、占空比、幅值、偏置等或示波器的测量通道、标尺比例、时基、极性、触发信号（沿口、电平、类型）等都可用鼠标器或按键进行设置，如同常规仪器一样使用。不过，虚拟器具有更强的分析处理能力，而且，用户重新定义后，它又能变成数字万用表、温度计或频谱分析仪等不同的仪器仪表。4.2在医学领域中的应用 医用泵是用来向病人输液的设备，医务人员通过它还可获得诊断信息，因此，对泵的精度有较高的要求。IEC提出了一种较完善的测试标准；（1）测量输液开始后的流速；（2）测定不同时间间隔流速的相对变化，以描述泵的性能。为了简化数据采集,和分析，减少测试时间和操作的间断次数，研发人员用虚拟仪器软件LabVIEW开发了一套计算机化的自动测试系统。4.3在农业中的应用 几年前，美国Geomatica，Inc.利用虚拟仪器技术开发了一套AgriMate自动溉系统，系统中的现场处理器由运于Lab VIEW的个人计算机控制（它利用RS-232串行通信口与计算机连接）。现场处理器配置了模拟输入、锁存和继电器板，各种检测器和传感器以星形排列的方式与它相连。Lab VIEW图形化用户接口提供给农民一个总的状态面板。这些状态用定做的指示器识别，它们类似农民关心的不同领域，如水箱水位，泵和阀门状态，温度、土壤湿度和性能报警。这些定做的目标能方便地用Lab VIEW输入和激励；农民只要监测这个状态面板和简单地注视指示器的颜色，即可监测整个系统。绿色表示系统部件工作正常，红色表示此部件需要注意，屏幕右边的按钮用来研究状态由绿变红的原因。,谢 谢,
