《虚拟仪器技术》PPT幻灯片

数据采集设备要根据测试的条件与测试 目的进行正确的设置才能正常工作。一个数 据采集系统进行调试之前和运行中发生异常 时，需要首先对数据采集设备进行测试，以 排除硬件故障。设置与测试在驱动程序的用 户接口Measurement & Automation Explorer中进行。
1. 数据采集设备安装
绝大部分数据采集卡是即 插即用型的设备，硬件正 确安装后，如果机器里安 装了LabVIEW和NI-DAQ ，则它就会出现在 Measurement & Automation Explorer的 Configuration/My System/Devices and Interfaces列表中
2. 数据采集设备测试
1.模拟输入测试 在测试面板上
选Analog Output标签 页，进行模拟 输入测试。
2.模拟输出测试
在测试面板上选 Analog Output 标签，进行模拟 输出测试。
四、数据采样概念
采样频率的选择 对输入信号的采样率是最重要的参数之
一。采样率决定了模数转换（A/D）的频率 。较高的采样率意味着在给定时间内采集更 多的点，所以可以更好地还原原始信号。而 采样率过低则可能会导致信号畸变。如图614所示，显示了一个信号分别用充分的采样 率和过低的采样率进行采样的结果。采样率 过低的结果是还原信号的频率看上去与原始 信号不同。这种信号畸变叫做混频。极限置 测试系统的选择 采集方式选择
二、模拟量输出
1.测量项目选择设置 模拟量输出主要包 括：电压、电流两 个测量项目可供选 择。
2.测量通道的选 择设置
这里有2个测量通 道可供选择，它 将对应于的硬件 连接
极限设置、测试 系统的选择、采 集方式选择都与 模拟量输入一致

5.1虚拟仪器
虚拟仪器技术:利用高性能的模块化硬件， 结合高效灵活的软件来完成各种测试、测 量和自动化的应用。组成部分:高效的软件、 模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台.优 点:性能高,扩展性强,开发时间少,无缝集成
功能组成图
2020/10/13
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5.3虚拟仪器的多种构成方式
DAQ卡与计算机及软件组成虚拟测 试仪器的一般方式
2020/10/13
2
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汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
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不易与其他设备连接
虚拟仪器 关键是软件 开发与维护费用低 技术更新周期短 价格低，并且可重用性与可配置性强 用户定义仪器功能 系统开放、灵活，与计算机的进步同
容易与其他设备连接
仪器 = A/D + CPU+ 软件 The Software Is Instruments
3. 虚拟仪器的体系结构
• 基于数据采集卡的虚拟仪器 • 基于GPIB总线方式的虚拟仪器 • 基于VXI总线方式的虚拟仪器 • 基于PXI总线方式的虚拟仪器 • 基于LXI总线方式的虚拟仪器
第3 章
虚拟仪器
第3章 虚拟仪器
教学重点 虚拟仪器的基本概念 虚拟仪器的开发工具 虚拟仪器的数据采集 虚拟仪器的信号处理
3.1 概述
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
被测量
A/D 转换器
D/A 转换器
信号 调理
模仿 执行器
键盘
显示
模拟量输入输出
人机接口
3)计数器数据采集与控制程序
前面板
程序框图
3.4 信号产生
信号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任 意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试 信号，其性能方能显示出来。
最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿 波、噪声波及多频波〔由不同频率的正弦波叠加而 形成的波形〕等。
1.数字化频率的概念
LabVIEW8.2菜单
LabVIEW8.2的工具栏
中 止 执 行
单 步 步 入单 步 步 出 文 本 设 置
分 布 对 象 显 示 即 时 帮 助 窗 口
单 步 步 过
对 齐 对 象

0 平台的八通道数据采集系统
件控制下可模拟替代 Shell, Mobil Research
0 平台的八通道数据采集系统
传统仪器。形象地说， 在监控过程中，技术人员可根据计算好的预警值和现场采集的数据采取相应措施，并通过email发送相应的信息。
开放、灵活，计算机技术同步发展 使得开发与维护费用降至最低
电子 – Sony, Siemens
工业自动化
石油化工
– Shell, Mobil Research 纺织
– Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International
制造
– Ericcson, Duracell 食品加工
– Sara Lee, Ben & Jerry, Shiner
催生虚拟仪器的土壤
芯片 硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
Internet
计算机技术的进步
虚拟仪器技术的优点
VI 使得开发与维护费用降至最低
技术更新周期短(1～2年) 关键是软件
价格低、可复用与可重配置性强 用户定义仪器功能
开放、灵活，计算机技术同步发展 与网络及其它周边设备互联
案例2：基于LabWindows/CVI 5.0 平台 的八通道数据采集系统
• 应用该测量系统测试电厂汽轮机开机和停机过 程中的振动情况并诊断汽机是否有故障
软 件 框 图
技术更新周期短(1～2年) 虚拟仪器技术的主要应用厂商 AT&T, Alcatel, Ericsson 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 0 平台的八通道数据采集系统 案例2：基于LabWindows/CVI 5. 案例1：NI为北京奥运加油，护航“鸟巢”，“水立方” 鸟巢的监控系统十分严密的，比如大的风雪以及室内演出吊装等情况造成的结构的细微变化都将受到监控。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。 灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。 计算机＋接口＋软件＝虚拟仪器 建筑物的健康可以通过结构形变、应力、索力，位移，温度等参数来进行实时在线监测。 价格低、可复用与可重配置性强 在监控过程中，技术人员可根据计算好的预警值和现场采集的数据采取相应措施，并通过email发送相应的信息。 使得开发与维护费用降至最低 使得开发与维护费用降至最低

计算机虚拟仪器技术
9、催生虚拟仪器的土壤
芯片
硬件 软件 网络 LANs 总线 AT
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Internet
计算机技术的进步
计算机虚拟仪器技术
10、基于虚拟仪器的新型工业测控系统架构
数据采集
自动化 软件
串行口 PLC
公司 Intranet or Internet
个人计算机或 工作站
过程
现场总线
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2020/12/8
计算机虚拟仪器技术
80 0
计算机虚拟仪器技术
设计样例：
-50
50
数字电压表
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x=120 y=70 Fillbar x,y,140,120,10904646 Arc x+70,y+100-15,80,45,135,14 Fillcircle x+70,y+90,4,14 Line x+70,y+100-10,x+14,y+27,14 Line x+70,y+100-10,x+127,y+27,14 Line x+70,y+5,x+70,y+15,14 Textout x+30,y+70,15,"-50" Textout x+90,y+70,15,"50" Textout x+35,y+100,15,"数字电压表" Line x,y,x+140,y,15 Line x,y,x,y+120,15 Line x+140,y,x+140,y+120,8 Line x,y+120,x+140,y+120,8 Line x+70,y+100-10,x+100,y+20,12 Line x+71,y+100-10,x+100,y+20,12 Line x+69,y+100-10,x+100,y+20,12

人才培养
随着技术的不断发展，需要培养更多的专业人才 来推动虚拟仪器技术的发展和应用。
THANKS
感谢观看
05
虚拟仪器技术展望
虚拟仪器技术的未来发展方向
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智能化
利用人工智能和机器学习技术 ，实现虚拟仪器的智能化，提
高测试和测量精度。
云端化
将虚拟仪器技术与云计算技术 结合，实现远程控制和数据共
享，提高测试效率。
集成化
通过模块化和标准化设计，实 现虚拟仪器的集成化，降低测
试成本。
移动化
利用移动设备终端，实现虚拟 仪器的移动化，方便现场测试
动画图形控件的实现通常需要使用时 间线和关键帧等技术。开发者需要掌 握相关的动画原理和制作技巧，以便 能够实现流畅、自然的动画效果。同 时，为了提高性能和效率，开发者还 需要对多线程技术和GPU加速进行深 入了解和应用。
可视化图表控件
可视化图表控件概述
可视化图表控件是一种用于呈现数据 可视化的控件。通过可视化图表控件 ，开发者可以将数据以直观、易理解 的方式呈现给用户，帮助用户更好地 理解和分析数据。
图形图像控件可以用于创建各种 形状、线条、图标、按钮、背景
等视觉元素。
图形图像控件的分类
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基于功能分类
可以分为静态图形图像控 件和动态图形图像控件。
基于形状分类
可以分为圆形、方形、椭 圆形等不同形状的图形图 像控件。
基于使用场景分类
可以分为用于数据可视化 的图表控件、用于游戏开 发的角色和场景控件等。
3D图形控件的实现
3D图形控件的实现通常需要使用专 业的图形库和引擎，如OpenGL、 DirectX等。开发者需要掌握相关的 图形编程技术和算法，以便能够实现 高质量的三维渲染和交互功能。同时 ，为了提高性能和效率，开发者还需 要对硬件加速技术和并行计算进行深 入了解和应用。

概述
三. 虚拟仪器的发展前景
第一阶段称为初级虚拟仪器。它是利用计算机来增强传统仪器的功能。 随着GPIB总线标准的确立，人们把传统仪器通过GPIB和RS-232C同计算机连 接，从而可以用计算机来控制仪器。随着计算机的普及，传统仪器的功能 通过这种方式得以较大扩展。
第二阶段称为开放式虚拟仪器。随着插入式数据处理卡的出现，如基于 台式计算机PCI总线的数据采集卡(DAQ)、基于笔记本计算机PCMCIA总线的 数据采集卡，特别是VXI及PXI总线的确立，使得虚拟仪器进入了开放式时 代。目前比较流行的开放式虚拟仪器的开发系统是NI公司的LabVIEW图形编 程系统。
无
8TTL触发线 2ECL触发线
扩展能力 结构规模
多接口卡 大
由系统或扩展机箱 可用插槽决定
使用MⅪ接口
小
中
使用MXI接口 中
虚拟仪器的结构
三. 虚拟仪器的软件结构
根据VPP系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构包括仪器I/O接口 软件、仪器驱动程序和应用软件三部分。
1.I/O接口软件
I/O接口软件存在于仪器(即I/O接口设备)与仪器驱动程序之间，是一 个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作，并为仪器与仪器驱动程序 提供信息传递的底层软件，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础 与核心。在VPP系统规范中，详细规定了虚拟仪器的I/O接口软件的特点、 组成、内部结构与实现规范，并将符合VPP规范的虚拟仪器I/O接口软件 定义为虚拟仪器软件结构 (VISA)软件。
虚拟仪器的结构
一.虚拟仪器的结构
虚拟仪器除了测控对象、信号调理器外，其内部主要由三大功能模块构 成：信号的采集与控制、信号分析与处理、结果的表达与输出。虚拟仪 器的结构图如图7.1所示。

• 虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式
①通用编程软件：主要有Microsoft公司的Visual Basic与 Visual C++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；
②专业图形化编程软件：如HP公司的VEE、 NI公司的 LabVIEW 和Lab windows/CVI等。
带来的灵活性，而无需忍受传统开发环境的复杂编程 工作。
1.虚拟仪器
1.4虚拟仪器的开发介绍
前面板
后面板
1.虚拟仪器
• 虚拟仪器一词中“虚拟”有以
下两方面的含义：
• （1）虚拟仪器面板；
• （2）由软件编程来实现仪器
的功能。
1.虚拟仪器
1.4虚拟仪器的系统结构
• 由计算机硬件资源、模块化仪器硬
件和用于资料分析、过程通信及图 形用户接口的软件组成。
• 由三大功能块构成：信号的采集与
控制、信号的分析与处理、数据结 果的表达与输出。
用 户
被测对象
1.虚拟仪器
1.4虚拟仪器的系统结构
• 硬件（虚拟仪器工作的基础）
通用计算机： 笔记本电脑、台式计算 机或工作站等。
外围硬件设备：可以选择GPIB系统、 VXI系统、PXI系统、数据采集或其 它标准体系结构。也可以选择两种 或两种以上构成混合系统。
• 软件（虚拟仪器最核心的思想）
输入/输出接口软件：底层的信息传 递软件
美国国家仪器公司（National Instruments Corp.简称NI）于1986年 提出。
概念：
虚拟仪器是指在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己 设计定义，具有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的 一种计算机仪器系统。