虚拟仪器系统的软硬件结构

53科技资讯科技资讯S I N &T N OLOGY I N FORM TI ON 2008N O.01SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N FO RM A TI ON 工程技术1概述虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体,从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起,大大缩小了仪器硬件的体积,降低了成本并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

2虚拟仪器技术的应用虚拟仪器技术的优势在于用户自定义仪器功能、结构等,且构建容易,转换灵活,因此在科研开发、教学、计检、测控、工业自动化等领域得到了广泛的应用。

3虚拟仪器系统的构造分析虚拟仪器技术的本质是一个集成的软硬件概念。

虚拟仪器技术就是利用模块化硬件,结合灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

虚拟仪器技术这种软硬件结合且以软为主的技术,将会极大地解决目前远程教育中实验教学的问题。

作为虚拟仪器技术基础的软硬件平台,在现有的远程教育中已经得到广泛应用,这就是PC 平台。

只要利用I nt er net 资源和技术,如A SP (A ct i ve se r ver page s,动态服务器主页)、So c k e t (套接字)等,将I nt er net 与虚拟仪器结合起来,为PC 机装上适当的插卡和虚拟软件,就可以毫不困难地解决远程教育中实验教学这一公认的难题。

任何一台仪器从功能上来说无非由以下三大功能模块组成:信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出。

虚拟仪器就是将这三大模块的功能尽可能用计算机来实现,虚拟仪器系统构成,如图1。

3.1虚拟仪器系统的硬件平台虚拟仪器的硬件系统一般可以分为计算机硬件平台和测控功能硬件。

计算机硬件平台可以是各种类型的计算机,如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。

计算机管理虚拟仪器的硬、软件资源,是虚拟仪器的硬件基础。

第八章虚拟仪器设计8.1 虚拟仪器技术随着计算机技术的高度发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。

虚拟仪器是20世纪90年代提出的概念，是现代计算机技术、仪器技术及其它新技术完美结合的产物。

虚拟仪器的提出与发展，标志着21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。

8.1.1 虚拟仪器的概念传统仪器一般是一台独立的装置，从外观上看，它一般由操作面板、信号输入端口、检测结果输出这几个部分组成。

操作面板上一般有一些开关、按钮、旋钮等。

检测结果的输出方式有数字显示、指针式表头显示、图形显示及打印输出等。

从功能方面分析，传统仪器可分为信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这几个部分。

传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。

传统仪器大都是一个封闭的系统，与其它设备的连接受到限制。

另外，传统仪器价格昂贵，技术更新慢（周期为5至10年），开发费用高。

随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的发展，出现了数字化仪器和智能仪器。

尽管如此，传统仪器还是没有摆脱独立使用和手动操作的模式，在较为复杂的应用场合或测试参数较多的情况下，使用起来就不太方便。

由于以上这些原因，使传统仪器很难适应信息时代对仪器的需求。

那么如何解决这个问题呢？可以设想，在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件来实现仪器的部分或全部功能，这就是设计虚拟仪器的核心思想。

所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。

虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。

随着计算机技术的快速发展、CPU处理能力的增强、总线吞吐能力的提高以及显示技术的进步，人们逐渐意识到，可以把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能转移给计算机来完成。

虚拟仪器的结构和组成方式虚拟仪器是一种基于计算机技术的仪器系统，它通过软件模拟实际仪器的功能和性能，提供了一种更加灵活、便捷、可扩展的测试和测量解决方案。

虚拟仪器的结构和组成方式可以分为硬件和软件两个方面。

在硬件方面，虚拟仪器通常由计算机、数据采集卡和外部传感器等组成。

计算机是虚拟仪器的核心部件，它负责处理数据、控制仪器和显示测量结果。

数据采集卡是连接计算机和外部传感器的接口，它负责将传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，并传输给计算机进行处理。

外部传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器等，它们负责将被测量物理量转换成电信号，并通过数据采集卡传输给计算机。

在软件方面，虚拟仪器通常由测量和控制软件组成。

测量软件用于采集、处理和显示测量数据，它可以提供多种测量方式和数据处理算法，同时支持数据的保存和导出。

控制软件用于控制外部设备和执行测量操作，它可以实现自动化测试、远程控制和仪器校准等功能。

虚拟仪器的软件通常具有友好的用户界面，使操作简单直观，并提供了丰富的测量和分析工具，满足不同应用领域的需求。

虚拟仪器的优势在于其灵活性和可扩展性。

由于虚拟仪器的核心是计算机和软件，因此可以根据实际需求选择适合的硬件配置和软件功能。

同时，虚拟仪器的软件可以进行升级和更新，以适应新的测量要求和技术发展。

此外，虚拟仪器还可以与其他仪器和设备进行联网，实现数据共享和远程控制，提高工作效率和数据的可靠性。

虚拟仪器的应用领域非常广泛。

它可以用于科学研究、工业过程控制、医疗诊断、环境监测等领域。

在科学研究中，虚拟仪器可以提供高精度的测量和分析工具，帮助科学家进行实验和数据处理。

在工业过程控制中，虚拟仪器可以实现自动化生产和质量控制，提高生产效率和产品质量。

在医疗诊断中，虚拟仪器可以进行生物信号的采集和分析，帮助医生进行疾病诊断和治疗。

在环境监测中，虚拟仪器可以实时监测环境参数，并生成相应的报告和预警，保护环境安全和人民健康。