智能仪器新发展

VirtualInstrumentation--ComputerBasedInstruments主讲人：林君虚拟仪器主要内容从智能仪器到虚拟仪器虚拟仪器的特点虚拟仪器的体系虚拟仪器的硬件虚拟仪器的软件虚拟仪器的应用一、从智能仪器到虚拟仪器仪器的发展历史VXIChassisDAQBoardswithRTSIFullyProgrammableSystemGUIIEEE488RackandStackSystemAnalogInstrumentationVirtualInstrumentation微处理器MPU程序存储器（ROM）数据存储器（ROM）I/O接口键盘显示接口标准仪用通信接口A/D转换器D/A转换器键盘显示外部仪用标准总线信号调理模拟执行器通信接口人机接口模拟量输入输出被测量智能仪器的基本结构ISA/PCI插卡式仪器RS232/485串行通信仪器打印口并行通信仪器GPIB/VXI/PXI总线仪器计算机USB串行通信仪器测控对象INTERNET基于计算机的仪器系统虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（NationalInstrument）在1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981年由美国西北仪器系统公司推出的AppleII为基础的数字存储示波器。这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被称为个人仪器。（PersonalInstrument）。虚拟仪器概念的提出1986年，NI公司推出了图形化的虚拟仪器编程环境LabVIEW，标志着虚拟仪器软件设计平台基本成型，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。VI定义虚拟仪器(VI-VirtualInstrumentation)是指通过应用程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，用户可通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。与传统仪器一样，如果忽略它的跨网络的位置透明性，它同样划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能模块。插入式DAQ卡VXI仪器GPIB仪器RS232信号处理统计数字滤波分析网络传输文件I/O硬复制图形用户接口虚拟仪器功能模块划分二、虚拟仪器的特点仪器=A/D+CPU+软件TheSoftwareIsInstruments传统仪器虚拟仪器关键是硬件关键是软件开发与维护费用高开发与维护费用低技术更新周期长技术更新周期短价格高价格低，并且可重用性与可配置性强厂商定义仪器功能用户定义仪器功能系统封闭、固定系统开放、灵活，与计算机的进步同不易与其他设备连接容易与其他设备连接VI与传统仪器的比较虚拟仪器的优势：丰富和增强了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、打印和其他管理集中交由计算机来处理。仪器由用户自己定义。开放的工业标准。虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。便于构成复杂的测试系统。可通过网络构成复杂的分布式测试系统，进行远程测试、监控、和诊断。可节约仪器购买和维护费用。三、虚拟仪器的体系虚拟仪器典型的体系结构测控对象现场总线设备VXI仪器串行口仪器PLCGPIB接口仪器GPIB接口卡信号调理数据采集卡DAQ图象采集卡DSP工业自动化软件.BridgeVIEW.Lockout.Conmponentwork测量与分析软件.LabVIEW(VEE).LabWindows/CVI.ComponentWorksHiQ.VirtualBenchIVI传统编程语言.VisualC++.VisualBasic.C++Builder.Delphi等等PC机/工作站虚拟仪器的分类按接口总线类型不同划分数据采集卡式DAQRS232/RS485虚拟仪器并行接口虚拟仪器USB虚拟仪器GPIB虚拟仪器VXI虚拟仪器PXI虚拟仪器IEEE1394接口虚拟仪器四、虚拟仪器的硬件自行研制的基于USB总线的数据采集卡自行研制的Seed-2000PCI总线数据采集卡自行研制的基于USB的信号发生卡及LCR测试仪自行研制的嵌入式TCP/IP模块NI的PCI-GPIB卡操作系统：DOS,Windows2000/9x/NT最大I/0速度：1.5Mbytes/s（IEEE488.1)7.7Mbytes/s(HS488)尺寸：133x107mmGPIB产品示例屏蔽的24芯GPIBcable及定义NI的DAQ及VXI产品示例PXI产品MXIGPIBbusVXIorVMEStand-aloneInstrumentPXISystemModulesModulesCompactPCIPXIModulesLinktoOtherStandardsMXI-3五、虚拟仪器的软件用LabVIEW开发的虚拟仪器的软面板示例虚拟数字示波器的软面板OLEDLLSQC测试执行测试报告SPC虚拟仪器仪器驱动软件IEEE488.2VXI/VISADAQ驱动IMAG驱动GPIB仪器串行仪器VXI/PXI仪器DAQ卡IMAG卡仪器硬件I/O接口层仪器驱动层测试程序层测试管理层虚拟仪器软件分层结构软件平台LabVIEW美国的NI（NationalInstrument）公司开发。LabScene吉林大学智能仪器与测控技术研究所研制开发。其他：LabWindows，VEE等基于图形的程序每一个前面板都有一个框图程序与之相对应，它用G语言编写，由节点(Node)、端口和数据连线(Wire)组成。节点：类似硬件中的芯片，执行某些功能的单元，它有四类：功能函数、结构、代码及文本接口节点(CIN)、子VI(SubVI)。端口：类似硬件中的管脚，是数据在前后面板、节点之间传递的通道。有两类端口：控制和指示端口、节点端口。数据连线：它是数据端口之间的数据通道，在线中数据是单向树状流动。LabVIEW和LabWindows/CVI详细教程可以到下载六、虚拟仪器的应用虚拟仪器技术应用领域航空航天教学核工业军工通信测试铁道…….虚拟仪器的实际应用ni.com/china教学实验（LabVIEW）——虚拟调制解调器教学实验（LabScene）——波形分析数据采集（LabScene）——基于USB的硬件卡工业监测实验室应用远程地质灾害监测研究：网络化仪器的应用示例Thankyouforyourattention!