虚拟仪器系统(精选)
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LabVIEW是一种程序开发环境,类似于C和BASIC开发环境,但LabVIEW与其它计算机语言的显著区别是:其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行,而LabVIEW使用图形化编程语言G语言编写程序,产生的程序是框图的形式。
像C或BASIC 一样, LabVIEW也是通用的编程系统,有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。
LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。
LabVIEW也有传统的程序调试工具,如设置断点、以动画形式显示数据及其通过程序(子VI)的结果、单步执行等等,便于程序的调试。
虚拟仪器,简称VI,包括三部分:前面板、框图程序和图标/连接器。
程序前面板,如图一所示,用于设置输入量和观察输出量。
它模拟真实仪器的前面板。
其中,输入量被称为Controls(控件),用户可以通过控件向VI中设置输入参数等;输出量被称为Indicators(指示器),VI通过指示器向用户提示状态或输出数据等。
用户还可以使用各种图标,如旋钮、开关、按钮、图表及图形等,使前面板易看易懂。
每一个程序前面板都有相应的框图程序与之对应。
框图程序,如图二所示,用图形编程语言编写,可以把它理解成传统程序的源代码。
框图中的部件可以看成程序节点,如循环控制、事件控制和算术功能等。
这些部件都用连线连接,以定义框图内的数据流动方向。
图标/接口器件可以让用户把VI程序变成一个对象(VI子程序),然后在其他程序中像子程序一样地调用它。
图标表示在其他程序中被调用的子程序,而接线端口则表示图标的输入/输出口,就像子程序的参数端口对应着VI程序前面板控件和指示器的数值。
图一图二虚拟仪器和传统仪器的差异很大,具有很强的优势。
独立的传统仪器,例如示波器和波形发生器,性能强大,但是价格昂贵,且被厂家限定了功能,只能完成一件或几件具体的工作,因此,用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其功能。
仪器的旋钮和开关、内置电路及用户所能使用的功能对这台仪器来说都是固定的。
虚拟仪器技术是一种基于计算机和软件的测量和控制系统,它可以通过软件模拟各种物理、电学或机械设备,以实现各种测试、分析和控制任务。
以下是虚拟仪器技术的应用案例:
虚拟测试平台:将虚拟仪器技术应用于汽车、航空航天等领域,可以构建出真实且可靠的虚拟测试平台,对各种零部件进行测试和仿真。
生产线监测:利用虚拟仪器技术,可以开发出能够监测生产线的工作状态和性能的虚拟仪器,从而提高生产效率并减少故障。
医疗诊断:虚拟仪器技术可以应用于医疗领域,如开发出虚拟血压计、心电图等设备,可以帮助医生更快速、更准确地进行疾病诊断和治疗。
环境监测:虚拟仪器技术可以应用于环境监测中,如气体检测仪、水质监测仪等,能够及时检测环境污染并采取相应的措施。
教育培训:虚拟仪器技术可以被应用于教育领域,如开发出虚拟实验室、虚拟仪器等,可以帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
总之,虚拟仪器技术在各个领域都有广泛的应用,通过模拟真实设备,可以提高测试效率和准确性,并降低成本。
CVI简介随着电子技术、计算机技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域的应用,新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断出现,电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化,仪器与计算机技术的深层次结合产生了全新的仪器结构概念——虚拟仪器。
它的出现使测试仪器与计算机之间的界限消失,从此开始了测量仪器的新时代。
虚拟仪器强调软件的作用,提出了“软件就是仪器”的概念。
1、虚拟仪器技术随着计算机技术、大规模集成电路技术和通信技术的飞速发展,仪器技术领域发生了巨大的变化,美国国家仪器公司(National Instruments,简称NI)于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器的概念,把虚拟测试技术带入新的发展时期,随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器。
经过十几年的发展,虚拟仪器技术将高速发展的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术结合起来,开创了个人计算机仪器时代,是测量仪器工业发展的一个里程碑。
1.1虚拟仪器概念1.虚拟仪器概念所谓虚拟仪器,就是在以个人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、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
操作者用鼠标或键盘操作虚拟面板,就如同使用一台专用测量仪器,虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界限模糊了。
虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以多种形式表达输出检测结果,利用计算机强大的软件功能实现数据信号的运算、分析和处理,利用I/O 接口设备完成信号的采集、测量和处理,从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。
“虚拟”主要包含以下两方面的含义。
1)新能源强的面板虚拟仪器面板上的各种“控件”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的。
如由各种开关按键显示器等实现仪器电源的“通”、“断”,被测信号“输入通道”、“放大倍数”等参数设置,测量结果“数值显示”、“波形显示”等。
传统仪器面板上的器件都是实物,而且都通过手动和触摸完成操作的,而虚拟仪器面板控件是外形与实物相似的图表,“通”、“断”、“放大”等对应着相应的软件程序,这些软件已经设计好了,用户只需选用代表该种软件程序的图形控件即可,用计算机的鼠标对其进行操作。
虚拟仪器的概念及其系统软硬件结构虚拟仪器是指利用计算机技术与虚拟现实技术相结合,用软件模拟实现各种实验仪器的功能,从而实现具备仪器特点和功能的虚拟环境的系统。
其核心思想是将实际仪器与计算机技术相结合,利用虚拟环境模拟实际的仪器操作和实验过程。
虚拟仪器的系统软件结构主要包括控制软件、数据处理软件、用户界面软件等。
其中,控制软件负责模拟实际仪器的控制和操作,包括仪器的开机、校准、调试、数据采集和数据输出等功能;数据处理软件用于对采集到的数据进行处理、分析和计算,提供更直观的数据结果;用户界面软件用于与用户进行交互,界面通常模拟实际仪器的外观和控制面板,用户通过界面进行操作和监控。
虚拟仪器的系统硬件结构则由多种硬件设备组成。
首先是计算机硬件,包括主机、显示器、鼠标、键盘等,在虚拟仪器系统中主要负责运行和控制虚拟仪器的软件。
其次是数据采集设备,通常包括传感器、数据采集卡等,用于采集实际环境中的物理参数,并将其转换为计算机可以识别的电信号。
另外还包括运动控制设备,如机械臂、执行器等,用于模拟实际仪器的运动和操作。
虚拟仪器的软硬件结构在实现虚拟化过程中互为依赖、相辅相成。
软件通过对硬件设备进行控制和操作,实现了对虚拟仪器的模拟;硬件设备通过传感器、执行器等与实际世界进行交互,为软件提供输入和输出的接口。
软硬件结构的集成和协同工作使得虚拟仪器在模拟实际仪器的功能和操作过程方面更加精细和真实。
虚拟仪器的应用领域非常广泛,涵盖了物理、化学、生物、医学等多个学科领域。
虚拟仪器的优势在于可以提供安全、高效、低成本的实验环境,消除了传统实验仪器的限制,使得学生和研究人员可以在虚拟环境中进行实验和模拟,加深对实验原理和操作过程的理解。
总之,虚拟仪器是一种将计算机技术与虚拟现实技术相结合的系统软硬件结构,通过软件模拟实现各种实验仪器的功能,为用户提供具备仪器特点和功能的虚拟环境。
其软硬件结构互为依赖,通过控制、采集和交互等功能,实现了对实际仪器的模拟和操作。
《虚拟仪器》实验指导书电气与信息工程学院实验中心前言现代化技术的进步以计算机技术的进步为代表。
不断革新的计算机技术,从各个层面上影响着、引导着各行业的技术更新。
基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以不可逆转的力量推动着测控技术的革命。
虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测控系统的改造,同时也影响了以数据采集为主的测控系统的传统构造方法的进化。
过去独立分散、互不相干的许多领域,在虚拟仪器系统的概念之下,正在逐渐靠拢、相互影响,并形成新的技术方法和技术规范。
虚拟仪器系统技术的基础是计算机系统,核心是软件技术。
因此,美国国家仪器公司提出其著名的口号:软件就是仪器。
可以说,组建现代化测控系统的成败很大程度上取决于软件平台和工具以及相关硬件设备的选择。
《虚拟仪器》实验分为软件实验部分和硬件实验部分:实验一至实验三为软件实验部分,主要学习图形化编程软件LabVIEW的原理及编程方法,按照实验内容和要求进行操作,循序渐进地掌握VI 程序及子程序的创建和调用,编辑和调试,各种结构、图表、图形和数组的使用,以及字符串和文件I/O的操作,熟悉LabVIEW的各种函数以及菜单,选项的作用和功能。
实验四至实验十一为硬件实验部分,主要了解NI ELVIS II平台的使用方法,NI ELVIS II与全新驱动软件NI ELVISmx配合使用更佳。
它具有更轻的重量、更好的控制布局、更多的接口、集成数据采集设备、及高速USB连接性。
我们可在NI ELVIS II开发板上创建真实电路,并用与设计调试同样的工具进行测试(软面板[SFP]仪器)。
本指导书可供我校自动化、通信工程及电子信息工程等专业的实验指导书,同时也可作为其他电气信息类和相近专业的实验参考书。
目录实验一LabVIEW软件基本操作(一)(验证性实验) (4)实验二LabVIEW软件基本操作(二)(设计性实验) (9)实验三LabVIEW软件基本操作(三)(设计性实验) (11)实验四NI ELVISII平台工作环境(验证性实验) (14)实验五电子温度计实验(设计性实验) (21)实验六AC电路工具实验(验证性实验) (23)实验七运放滤波器实验(设计性实验) (30)实验八LED营救实验(设计性实验) (35)实验九磁场传感器实验(设计性实验) (37)实验十数字I/O实验(设计性实验) (40)实验十一机械运动实验(综合性实验) (43)实验一LabVIEW软件基本操作(一)(验证性实验)一、实验目的1、了解LabVIEW的编程与运行环境;2、掌握LabVIEW的基本操作方法,并编制简单的程序;3、掌握使用调试工具调试VI程序;4、掌握VI子程序的建立和调用过程。
虚拟仪器虚拟仪器技术是20世纪90年代发展并兴起的一项新技术,主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和资料分析等领域,其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件。
虚拟仪器(VI)的出现是仪器测试测量领域的一个突破,代表着仪器测试测量发展的最新方向和潮流实现了测试测量技术和计算机技术的真正融合,是计算机技术和现代测量技术高速发展共同孕育出的一项新技术。
1.虚拟仪器的概念虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器,是现代计算机系统和仪器系统技术相结合的产物,它推动着传统仪器朝着数字化、模块化、虚拟化、网络化的方向发展。
自1986年美国国家仪器公司(National Instruments,简称NI)提出虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI)的概念以来,虚拟仪器这种计算机操作的模块化仪器系统在世界范围内得到了广泛的认同和应用。
通常使用的测量仪器基本上由三部分组成:数据获取、数据处理与分析、数据的显示。
传统仪器是将这三部分装入在一个仪器仪表机箱内,而虚拟仪器则是一种功能意义上的仪器,是具有仪器功能的软硬件组合它并不强调物理上的实现形式,所以虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合起来,充分利用计算机系统强大的数据处理能力,在基本仪器设备配件的支持下,利用软件完成资料的采集、控制、资料分析和处理以及测试结果显示的测试测量系统。
它大大突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的局限性,使用户可以简单、方便地对仪器进行维护、扩展和升级。
众所周知,电子测试自动化是测量仪器发展的主要方向,随着现代科学技术的不断发展,测试项目日益增多,测量范围越来越大,对测试速度精度的要求也越来越高,这些都需要测量仪器和测试方法不断改进和完善,而虚拟仪器系统的特点正适合了这个时代的潮流。
在虚拟仪器系统中,用户使用相同的硬件系统,而只需将具有一种或多种功能的通用模块相互组合,就能设计出不同的仪器系统;同时通过有好的图形接口来操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样方便,而虚拟仪器的“虚拟”在很大程度上也体现在这种模仿真实仪器操作面板的虚拟面板上。