论电子技术试验中对虚拟仪器的有效运用

第５卷第１期　２０１４年１月　黑龙江科学　ＨＥＩＬＯＮＣ　ＪＩＡＮＣ－ＳＣＩＥＮＣＥ　Ｖ０１．５　Ｎｏ．１　Ｊａｎｕａｒｙ　２０１４　虚拟仪器技术在医学电子仪器中的应用　郑旋，赖晓涛　（赣南医学院信息工程学院，江西赣州３４１０００）　摘要：随着现代科学技术的不断发展，使虚拟仪器在医学电子仪器中具有广泛的应用。其中在信息处理系统中采用了ＬａｂＶＩＥＷ　可视化平台，使得信号的处理以及数据的传输都能够在硬件设施中显示出其处理程序。在电子仪器中应用了虚拟仪器的设计原理，在　人体测量过程中感受其部位的不同，而仪器设定的参数也会发生相应的调整，测量出精确数据，满足电子仪器正常的使用情况。　关键词：虚拟仪器；电子仪器；ＬａｂＶＩＥＷ：可视化　中图分类号：ＴＨ７７２．２　文献标志码：Ｂ　文章编号：１　６７４—８６４６（２０１４）０１—０１７１—０１　当前医学电子仪器设备采用的是虚拟仪器技术，在组成结　构中包括信号数据采集系统、数据信号传输通道预处理系统、数　据信号交换设备处理系统、硬件设备显示分析系统以及后期综　合检测辅助系统。其中信号数据信息采集是由系统软件完成对　信息源的采集，然后在数据综合平台进行相关分析，最后将显示　的结构显示在硬件ＰＣ机上。因此，数据采集信息便可以通过计　算机与其他相关设备组建检测电子仪器系统，完成数据综合分　析的过程。传统电子仪器所花费的成本较大，且在应用过程中需　要做大量的调试工作，由于硬件设施和软件设施的老化，使得测　量的数据结果具有一定的误差存在。　１　虚拟仪器组成部分　虚拟仪器在组成结构中主要采用的是传输仪器中的硬件设　施以及计算机中的软件系统，用户可以根据各自的需求在计算　机软件系统中做出对虚拟仪器测试流程的调整，使之完成数据　测量检测过程。虚拟仪器主要完成对数据信息的采集、动态分析　以及后期的预处理过程，运行程序过程中主要采用的是计算机　系统，但核心处理系统却是软件数据处理系统，是根据编程代码　操作流程的不同使之完成对应的检测流程，最后显示在硬件显　示器中。　ＬａｂＶＩＥＷ也是虚拟仪器软件开发的重要组成部分，是目前　医学实验室应用范围最广阔的一种。在设计核心过程中主要利　用了三维交叉编辑口令，在绘制图形过程中遵循对等原则。在软　件运行中会对图形进行划分等次的扫描，使之在读取数据分析　时可以对不同的图形化程序进行读取。其中图形可视化程序读　取过程中，主要借助Ｃ＋＋语言的汇通，该语言的设计程序不但　能够兼容不同种类的终端设备，并且设计程序遵循多种协议，其　中包括：ＴＣＰ／ｌＰ、数据传输协议ＲＳ一２３２以及卡槽总线型的ＶＸｌ　协议等标；隹软件库函数，其中在ＴＣＰ／ＩＰ函数算术运算过程中还　添加了三角函数变换的形式，其中ｓｉｎ２ｘ＝２ｓｉｎｘｃｏｓｘ．ｓｉｎ　ｘ＋ｃｏｓ　ｘ－－１等，融合了多种数学解析函数的过程，使得每次在运行程序　过程中都会按照数学逻辑运算步骤进行相关的操作，保证数据　的可靠性分析。　２　虚拟仪器在医学界的应用　随着虚拟仪器在医学界中的不断发展，如今开发的两种虚　拟器在医学界中具有广泛的应用。其中包括微型电脑心电图虚　拟仪器以及动态测试分析心电图分析仪器，基于这种仪器的开　发，能够实现２４小时对人体内的采集信号进行监控，并具有电　子扫描、回放、电脑修改程序以及系统辅助工具的加载等功能。　这两种系统的设计电路都采用１　２导联同步，进而实现同一控　制，每个系统电路板中包含１　２个引脚部分，每个引脚控制不同　的导通电路，构成１　２路直连导通，并且构成串联回路，使之在系　统整个运行过程中，电路保持闭合的运行状态，使得在终端控制　的作用下进行统一模式的管理。在人体数据信息的存储运算空　间上，实现每秒存储１Ｏ万份以上的数据图形报告，并且还能对　有错误的数据报告进行自动修改，使后期的辅助功能得以运用，　提高了虚拟仪器对人体数据分析的精确程度。　ＬａｂＶＩＥＷ图形可视化数据分析｛图１），其中该软件设计的编　辑程序遵循三维可视化效果，在对人体进行相关检测时，对图形　的描绘不是传统显示屏幕中二维的曲线分析流程，实现了数据　曲线三维立体的转换。当人在做脑电图数据检测时，该软件编辑　的三维可视化图形可在终端设备仪器中进行细致化分析，分析　每条曲线的走向形式，最大幅值与最小幅值是否满足大脑生命　周期活动的频数，假设在分析过程中，发现与之不对应的数据　值，该系统便会自动运行检错功能，加以辅助工具的纠正，确保　图形分析的正确性。　３　结语　本研究对医学界电子仪器系统的设计与原理分析，可以看　到虚拟仪器现代化技术在其应用领域中具有广泛的使用价值。　在运行程序过程中融合了数字电路分析、可视化编程代码以及　软件编程的辅助加载功能，实现了数据信号实时监控的功能，并　确保数据分析的有效性。　参考文献：　［１］何保金罗代升，付晓娟，等一种心电信号虚拟仪器的设计与实现［Ｊ］计算机　测量与控制，２００５，１３（１２）：ｌ４４３＿１４４５　［２］娄海芳，叶志前．虚拟仪器技术在医学信号处理仪器中的应用［Ｊ］．明代医学仪　器与应用，扣［）４，（２）：８３—８５．　［３］前春野．虚卡以｛义器技术在医学影像实验课程中的应用及研究　］．价值ｉ２程，　２０１２，（２５）：３９－４０．　江西省教改课题（Ｊｘ　一１３—１３－７）　收稿日期：２（】ｌ３—１１—２５　作者简介：郑旋（１９８５一），女，江西吉安峡江人，讲师，硕士，从事计算机技术研究。　

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基于虚拟仪器检测技术实验平台的开发与应用

作者：王东霞,乐建华

来源：《现代电子技术》2010年第18期

摘 要:采用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW在NI数据采集卡以及传感器实验台基础上,研制开发了检测技术实验教学平台。给出该实验平台的软硬件构建方法,尤其是对平台的实验功能进行了详细阐述,并通过实例验证了该系统具有良好的实验教学效果。同时该实验平台,利用LabVIEW中强大的网络通信功能,实现了硬件设备的资源共享、数据共享以及实验结果网络发布,能够最大限度地利用现有设备。不仅可以节省大量仪器设备的经费投入,而且为教学提供了一种全新的现代化教学手段。关键词:虚拟仪器; 检测技术实验; 网络通信; 设备共享

中图分类号:TN33-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)18-0184-04

Development and Application of Detecting Technology Experiment

Platform Based on Virtual Instrument

WANG Dong-xia, YUE Jian-hua

(School of Automation, Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167, China)

Abstract: An experiment teaching platform of detecting technology is developed with the

software development platform LabVIEW for virtual instruments based on NI data acquisition card

２０１１年１２月　第６期（总第８９期）　济南职业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｎａｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｄｅｃ．２０１１　Ｎｏ．６（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．８９）　

基于虚拟仪器的电子实验教学研究　

李梦军　

（常州市广播电视大学，江苏常州２１３００１）　

摘要：由于传统仪器在实验教学中存在着不足，提出了将虚拟仪器技术引入电子实验教学。文章说明　

了以ＮＩ　ＥＬＶＩＳ为硬件平台，以图形化开发工具ＬａｂＶＩＥＷ为软件平台的实验教学系统的构建，举例介绍了虚　

拟仪器的开发并给出了应用实例。研究结果表明该实验教学的可行性，并有利于实验教学质量的提高。　

关键词：实验教学；虚拟仪器；ＬａｂＶＩＥＷ；ＮＩ　ＥＬＶＩＳ　

中图分类号：ＴＰ３９１。９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—４２７０（２０１１）０６－００８６—０２　

引言　

实验教学是在教师指导下学生运用一定的仪器设备　

进行独立作业，观察事物和过程的发生和变化，探求事物　

的规律，以获得知识和技能的一种教学方法。实验是学　

生理解理论知识的重要环节，对于培养学生的动手操作　

能力、创造性和解决问题的能力也至关重要。很多课程　

的学习都是和实验密不可分的，尤其是一些实践性、应用　

性较强的学科，如电子课程等。　

随着科学技术的不断发展以及高等教育课程教学内　

容的更新，传统仪器在实验教学中１３益暴露出一些缺陷　

和不足　。这一现象在院校扩招后、学生人数增加的情　

况下尤其明显。基于虚拟仪器的实验教学研究正是在这　

样的需求下开始被关注。为了改善实验教学条件、提高　

实验教学效果，把虚拟仪器技术引人到现代实验教学已　经成为一种重要发展趋势。　

１虚拟仪器简介　

１．１虚拟仪器的概念　美国国家仪器（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，简称ＮＩ）公司首　

先提出了虚拟仪器的概念。所谓虚拟仪器，就是在以计　

算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具　

有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机　

・教育技术・　虚拟仪器技术在实验教学中的应用　◎徐洁　一、虚拟仪器技术简介　虚拟仪器（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＶＩ）技术是随　着微电子技术、计算机技术以及电子测试技术的迅　猛发展而出现的新型测试技术。与传统测量仪器相　比，虚拟仪器的设计理念、系统结构和功能定位等　方面都发生了根本性的变化。　传统测量仪器通常由三大功能模块组成，即　信号采集与控制、信号分析与处理、测量结果表达　与输出量等。其测量仪器只能由制造商来定义与设　计，因而其灵活性和适应性较差。　虚拟仪器则体现了一种崭新的设计理念。它　的基本构成包括计算机系统、虚拟仪器软件、测量　接口模块等，它是在计算机系统基础上，配上相应　的测试功能板卡和专用软件，形成具有涮量仪器功　能的计算机系统。所以，虚拟仪器可以利用计算机　强大的图形环境，建立界面友好的虚拟仪器面板　（也称软面板），操作人员通过图形界面及图形化　编程语言控制仪器运行，完成对被测量的采集、分　析、判断、显示、存储及数据生成。可见，虚拟仪　器配以相应软件和硬件模板，能够完成许多仪器的　功能，实质上相当于一台多功能的通用测量仪器，　它的功能已不再由按钮和开关的数量来限定，而是　取决于软件的功能。　虚拟仪器可以在通用计算机平台的基础上．　通过软件和软面板，将由制造商定义的传统仪器转　变为由用户定义的、由计算机软件和硬件模块组成　的专用仪器。虚拟仪器既可作为单台式测试仪器使　用，又可以构成较为复杂的测试系统，甚至通过高　速计算机网络构成分布式测试系统，进行远程测　试。　二、虚拟仪器技术与实验教学　实验教学是教学活动中的重要环节。高等职　业教育的实验教学在培养学生的科学思维方式、严　谨工作作风、扎实的专业知识和实验技能等能力和　素质中起着重要作用。因此，加强实验室建设、不　断改革实验教学是十分必要的。　测量是实验的基石，测量仪器是实验室的基　础性设施，要完成各种实验的开设，就必须购置足　够数量的测试仪器，而这些数量与种类繁多的仪　器，不仅费用昂贵，占用空间多，而且相互联接也　非常复杂。如何更合理地配置教育资源，缓解资金　投入不足的矛盾，是实验教学中的重要问题。　虚拟仪器技术的应用对于解决上述问题，不　失为一种有效途径。虚拟仪器的硬件是以计算机为　基础的，而学校实验室一般都拥有相当数量的计算　机，只要购买一定的仪器模块以及相应的软件（例　如ＬａｂＶＩＥｗ等），就可以构成足够数量的虚拟仪器　供学生使用。另一方面，在同一台计算机上，通过　操作者的不同的定义，可以虚拟出不同的仪器．各　仪器之间还可以通过不同的窗口进行切换，因此，　可以通过软件设计使虚拟仪器和实验室设备不断更　新。　由于虚拟仪器具有上述特点，因此，基于虚拟　仪器系统的虚拟实验是学校和远程教育的实验教学　中易于构建、可以推广的模式。另外，在远程教育　的环境中，通过虚拟仪器技术和计算机网络技术，　可以在网络中建立一个虚拟的实验环境，实现远程　实验教学。所以，网络虚拟实验室对现代远程教育　具有十分重要的意义。　三、基于虚拟仪器的虚拟实验　虚拟仪器在实验教学中最简单的应用就是代　替常规的仪器，如示波器、万用表、函数发生器等。　例如，实验者可以在实验中用计算机虚拟出示波　器，该示渡器不仅具有常规示渡器的功能，同时还　可以显示、记录、存储和打印多通道输入的波形。　对存储的曲线可通过“回放”功能显示在屏幕上，　“回放”速度可调，能更清楚地观察波形的变化。所　存储的曲线可以在任何时间打印输出，学生可以及　时进行数据处理、观察和分析实验结果，从而提高　了学生的实验兴趣、实验效果和效率。再如，可以　机械职业教育　２００２年第６期（总１９７期）