2虛擬儀器概念

　　虛擬儀器是借助于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件和硬件環(huán)境的支持，建立虛擬的測(cè)控儀器面板，完成儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出。使用鼠標(biāo)或鍵盤操作計(jì)算機(jī)上的前面板，就如同操作一臺(tái)自己定義，自己設(shè)計(jì)的專用測(cè)控儀器一樣。虛擬儀器是利用計(jì)算機(jī)的I O設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及調(diào)理；利用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理和分析；利用計(jì)算機(jī)的顯示功能來(lái)構(gòu)造虛擬儀器的控制面板并以多種功能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的輸出，從而在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建了一臺(tái)虛擬的儀器。虛擬儀器的功能構(gòu)成如1所示。

　　2 1虛擬儀器的特點(diǎn)

　　2 1 1經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

　　首先，虛擬儀器的前面板上的控件都是與實(shí)物相象的圖標(biāo)，而不是傳統(tǒng)儀器上的實(shí)物，用戶可用計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)或鍵盤來(lái)對(duì)其進(jìn)行操作；另一方面，虛擬儀器的測(cè)試功能是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，通過(guò)軟件編程設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)試功能，而且用戶可以根據(jù)自己的測(cè)試需要，通過(guò)軟件模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)各種不同的測(cè)試功能。

　　2 1 2方便適用

　　首先，虛擬儀器的功能不是事先由廠家決定，而是用戶根據(jù)自己的需要用軟件來(lái)定義的，從而使得整個(gè)儀器的功能以及操作面板就更具個(gè)性化。另外，由于減少了大量?jī)x器硬件的制作，就使得儀器的研制周期大為縮短，同時(shí)整個(gè)測(cè)試過(guò)程也簡(jiǎn)便化。

　　2 1 3提高測(cè)試效果

　　虛擬儀器的這種利用計(jì)算機(jī)及軟件將多種測(cè)試集于一體的方法不僅縮短了測(cè)試時(shí)間，而且也提高了測(cè)試的精度。嵌入式數(shù)據(jù)處理器建立的一些功能性數(shù)學(xué)模型，使測(cè)試數(shù)據(jù)不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，這樣就保證了測(cè)量精度和可重復(fù)性，而不需要定期進(jìn)行校正。

　　2 1 4開放且靈活

　　因?yàn)樘摂M儀器本身就是以計(jì)算機(jī)為載體，軟件為核心，加上統(tǒng)一的I O接口，所以它可隨計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，還可以與網(wǎng)絡(luò)及其它接口設(shè)備互聯(lián)。

　　3虛擬儀器的代表語(yǔ)言LabVIEW

　　NI公司推出的LabVIEW已經(jīng)成了虛擬儀器的標(biāo)志性語(yǔ)言，由于虛擬儀器的延伸和發(fā)展，才使得LabVIEW的應(yīng)用更加廣泛；反過(guò)來(lái)，也是因?yàn)長(zhǎng)abVIEW的成功，才使得虛擬儀器的概念在學(xué)術(shù)界和工程界被廣泛接受。LabVIEW作為一種軟件工具語(yǔ)言，具有以下特點(diǎn)。

　　3 1 LabVIEW軟件的編程包括前面板的設(shè)計(jì)和后面的程序設(shè)計(jì)

　　前面板的設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一臺(tái)儀器的操作面板，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的控制和信號(hào)的表達(dá)功能；后面的程序設(shè)計(jì)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)儀器的內(nèi)部功能，即對(duì)信號(hào)的采集，處理等一系列的操作。

　　3 2靈活的菜單編輯功能

　　LabVIEW提供的菜單編輯功能不僅能使菜單個(gè)性化，適合自己的習(xí)慣，而且還可以緩解LabVIEW前面板控件擁擠的現(xiàn)象。

　　3 3方便的圖形編程方式

　　LabVIEW編程是基于圖形方式的，采用的是數(shù)據(jù)流（ DataStream） ，而不像傳統(tǒng)的文本方式編程語(yǔ)言強(qiáng)調(diào)信號(hào)處理的實(shí)際流程。這樣就有利于簡(jiǎn)化編程，縮短開發(fā)時(shí)間和難度。LabVIEW提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)，為用戶編程提供了極大的方便。

　　3 4便捷的程序調(diào)試功能

　　LabVIEW不僅提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)，單步運(yùn)行，還提供了高亮度執(zhí)行工具，使程序動(dòng)畫式運(yùn)行，有利于設(shè)計(jì)者觀察程序運(yùn)行的具體細(xì)節(jié)，這樣就使得程序的調(diào)試更為便捷。

　　4虛擬儀器在遠(yuǎn)程測(cè)控中的應(yīng)用

　　在網(wǎng)絡(luò)化不斷發(fā)展的今天，遠(yuǎn)程測(cè)控已成為了一種新趨勢(shì)。在LabVIEW中，提供了非常簡(jiǎn)潔的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，用DataSocket可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；使用Web可以在網(wǎng)上發(fā)布LabVIEW程序面板以及前面板，也可以發(fā)布HTML文件。下面以DataSocket對(duì)測(cè)控前面板數(shù)據(jù)鏈接和程序中的數(shù)據(jù)傳輸為例進(jìn)行具體說(shuō)明。

　　對(duì)于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，前面板數(shù)據(jù)鏈接比較方便。

　　建立前面板鏈接的方法是在準(zhǔn)備鏈接的控件上彈出快捷菜單，選擇Data Operations DataSocet Connection，在彈出的對(duì)話框中，用戶就可以選擇自己所要鏈接的IP地址進(jìn)行鏈接。LabVIEW前面板的控制件和顯示件都既可以發(fā)布數(shù)據(jù)，也可以接受數(shù)據(jù)，并且發(fā)送或接收數(shù)據(jù)并不影響它們?cè)瓉?lái)的行為能力，它們的實(shí)際值只取決于對(duì)它的*后操作。用戶可以在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)測(cè)控程序，在遠(yuǎn)程控制室里的計(jì)算機(jī)上安裝相同的前面板，顯示件由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)向控制室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行鏈接，向控制方向傳送現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)；控制件從遠(yuǎn)程控制室的計(jì)算機(jī)向現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行鏈接，向現(xiàn)場(chǎng)方向傳輸操作者的控制信息。這樣用戶就既可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，也可以在遠(yuǎn)程控制室里很方便地了解現(xiàn)場(chǎng)情況，并對(duì)其實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　下面舉例說(shuō)明在虛擬儀器中如何運(yùn)用DataSocket進(jìn)行前面板數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。假設(shè)從現(xiàn)場(chǎng)采集到一個(gè)正弦波，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程控制室傳送數(shù)據(jù)。首先，在現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)數(shù)據(jù)采集程序，如為程序面板，如為前面板。

　　然后在控制室里的計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)和一樣的前面板（值得特別注意的是：控制室里的計(jì)算機(jī)上只需要有前面板，不必進(jìn)行后面板的程序連接）。

　　使用DataSocket進(jìn)行數(shù)據(jù)連接時(shí)，在前面板需要鏈接的對(duì)象上點(diǎn)擊右鍵，選擇Data Operation DataSocket Connection，此時(shí)桌面上就會(huì)出現(xiàn)如下選項(xiàng)：

　　Connect To鏈接位置。a里填寫要鏈接的IP地址及鏈接對(duì)象名，如填寫的dstp：192 168 0 251幅值。值得注意的是：不論是發(fā)布數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)，a都填寫發(fā)送數(shù)據(jù)方的地址。

　　Connections Type鏈接類型。發(fā)布數(shù)據(jù)選Publish，接收數(shù)據(jù)選Subscribe.對(duì)于例子中現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)前面板上的控件頻率和幅值選擇Subscribe，而顯示件波顯示則選擇Publish；對(duì)于遠(yuǎn)程控制室計(jì)算機(jī)前面板上的控件頻率和幅值選擇Publish，顯示件波顯示選擇Subscribe.然后再選中Enabled項(xiàng)。

　　在兩個(gè)前面板鏈接設(shè)置完以后，在程序運(yùn)行之前兩處計(jì)算機(jī)都必須打開DataSocket Server.如果運(yùn)行后鏈接正常，兩處計(jì)算機(jī)上的前面板鏈接對(duì)象右上角的鏈接指示燈（也就是右上角的小方塊）都會(huì)變成綠色，否則都呈紅色。

　　鏈接成功后，操作人員在遠(yuǎn)程控制室里就可以直接看到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果顯示，如例子中的波形圖，經(jīng)過(guò)對(duì)顯示結(jié)果的分析研究，可以根據(jù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)上的參量控件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比如在例子中就是可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)的參量頻率和幅值的大小。

　　另外，也可以在程序中使用DataSocket傳輸數(shù)據(jù)。具體方法是：首先在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試計(jì)算機(jī)上編制一個(gè)向a指定的地點(diǎn)寫數(shù)據(jù)的程序，如所示（仿照上面的例子） ，然后在遠(yuǎn)程控制室計(jì)算機(jī)上編寫一個(gè)從指定的a地址中讀數(shù)據(jù)的程序如所示。

　　這樣就實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)顯示件的數(shù)據(jù)向控制室方向傳送。同理也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制室控件的數(shù)據(jù)向現(xiàn)場(chǎng)傳輸。

　　為了避免因讀寫速度的不一致造成數(shù)據(jù)丟失，一般在DataSocket程序傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，要使用緩沖器方式傳輸數(shù)據(jù)。

　　使用DataSocket進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以給生產(chǎn)、生活帶來(lái)很大的方便。比如再加上一個(gè)攝像頭，手術(shù)專家不用到現(xiàn)場(chǎng)，就可以通過(guò)DataSocket傳輸攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)，了解現(xiàn)場(chǎng)病人精神面貌等外部狀況；通過(guò)對(duì)他的身體測(cè)試顯示件顯示出的數(shù)據(jù)了解病人的身體情況，如心電圖，腦電圖等；*后通過(guò)控件操作機(jī)器手就可以對(duì)遠(yuǎn)方的病人動(dòng)手術(shù)。

　　5結(jié)束

　　虛擬儀器對(duì)傳統(tǒng)儀器的很多方面都進(jìn)行了擴(kuò)展和**。然而，它也還有很多方面有待進(jìn)一步完善，比如虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器在應(yīng)用上還有一定的距離，對(duì)于一個(gè)不太了解LabVIEW的操作人員來(lái)說(shuō)，操作起來(lái)還有一定的難度。如果能使各儀器的功能在虛擬儀器上模塊化，儀器模塊的相互銜接更接近傳統(tǒng)儀器，用戶使用虛擬儀器和使用傳統(tǒng)儀器沒(méi)什么差別，虛擬儀器的運(yùn)用會(huì)更廣泛。在計(jì)算機(jī)軟、硬件發(fā)展的帶動(dòng)下，虛擬儀器將會(huì)不斷地得到改善和發(fā)展，各行業(yè)的測(cè)控儀器也將會(huì)是一次飛躍性的進(jìn)步。