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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。
虚拟仪器与传统仪器的区别与联系
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。
它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。
无论哪种虚拟仪器系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑，台式
PC 或工作站等各种计算机平台（甚至可以是掌上电脑）加上应用软件而构成的。
虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，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成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。
从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能以摩尔定律（每半年提高一倍）飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。
尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。
虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的硬件软件化的发展趋势，因而常被称作软件仪器。
它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训既可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。
在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压。
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和软件算法的仪器模拟和模型仿真系统，具有与传统仪器相同的功能和性能。
它由计算机硬件、软件以及人机交互界面等组成，充分利用计算机的强大计算能力和灵活性，实现了仪器的功能和性能仿真。
虚拟仪器的结构可以分为三个主要部分：前端接口、数据处理单元和用户界面。
前端接口用于连接真实世界的物理量和虚拟仪器系统，通常通过传感器、电缆或网络等方式与被测对象或其他外部设备进行连接。
数据处理单元是虚拟仪器系统的核心部分，它包括了数据采集、信号处理、数据分析和控制等功能模块，通过这些模块可以对输入的数据进行处理和分析。
用户界面是虚拟仪器系统与用户进行交互的部分，它提供了直观的操作界面和友好的用户体验，使用户可以方便地控制和监测虚拟仪器系统。
虚拟仪器的组成方式主要包括软件虚拟仪器和硬件虚拟仪器两种。
软件虚拟仪器是通过计算机软件来模拟实现仪器的功能和性能，它能够根据用户的需求进行自定义配置和功能扩展。
软件虚拟仪器通常包括了仪器模型、算法库、数据处理算法和用户界面等组件，通过这些组件的协同工作，实现了对被测对象进行测量、控制和分析等功能。
硬件虚拟仪器是通过硬件电路和逻辑器件来实现仪器的功能和性能，它通常由模拟电路、数字电路和控制器等组件构成，通过这些组件的连接和配置，实现了对被测对象进行数据采集、信号处理和控制等功能。
虚拟仪器的结构和组成方式使得它具有了许多传统仪器所不具备的优势。
首先，虚拟仪器具有更高的灵活性和可扩展性，可以根据实际需求进行自定义配置和功能扩展，而传统仪器通常具有固定的功能和性能。
其次，虚拟仪器可以实现多种测量和控制功能的集成，不仅可以满足单一仪器的需求，还可以实现多个仪器的功能集成，提高了仪器的综合性能。
再次，虚拟仪器具有更高的精度和准确性，由于采用了先进的算法和模型，可以提供更为精确的测量结果和控制效果。
最后，虚拟仪器可以实现远程控制和监测，通过网络和互联网等通信技术，可以实现对远程被测对象的测量和控制，提高了仪器的适用范围和便利性。
虚拟仪器系统的设计方案摘要：本文旨在提出一种虚拟仪器系统的设计方案，该方案能够模拟和替代传统实物仪器，在教学和实验环境中具有重要的应用价值。
首先介绍了虚拟仪器系统的背景和意义，然后对系统的整体设计进行了详细阐述，包括硬件部分和软件部分的设计。
接着对系统的功能和特点进行了介绍，以及其在教育、科研和生产实践中的应用前景。
最后，对该方案的实施和进一步研究方向进行了展望。
1. 引言虚拟仪器系统是一种基于计算机技术的模拟和替代实物仪器的系统。
传统实物仪器存在诸多问题，如高昂的成本、占用大量空间、使用和维护麻烦等。
而虚拟仪器系统通过软硬件相结合的方式，可以提供精确的测量和实验环境，具有可重复、可扩展、便携等优点，成为实验室教学、科研和生产实践中不可或缺的工具。
2. 系统设计2.1 硬件部分虚拟仪器系统的硬件部分包括计算机、外围设备和传感器。
计算机是系统的核心，用于运行虚拟仪器的软件，同时也负责数据的处理和存储。
外围设备包括显示器、键盘、鼠标等，用于与用户进行交互。
传感器用于实时采集物理量，并将其转化为数字信号，供计算机进行处理。
2.2 软件部分虚拟仪器系统的软件部分主要包括图形用户界面和测量控制模块。
图形用户界面提供友好的操作界面，使用户能够直观地进行操作和观察实验结果。
测量控制模块负责对外部传感器的数据进行采集和处理，然后通过图形用户界面展示给用户。
3. 功能和特点虚拟仪器系统具有以下功能和特点：3.1 灵活性虚拟仪器系统能够灵活地模拟不同的实物仪器，根据用户需求进行定制。
用户可以根据实际情况选择不同的传感器和测量模块，满足各种实验和测量需求。
一、设计题目：虚拟仪器温度采集系统二、设计要求：1、连续采集温度信号并储存温度上下限报警功能2、上下限可调，华氏摄氏可装换显示三、设计思路：1．虚拟前面板设计虚拟前面板提供与用户交互的图形化界面．是虚拟信号发生器的最上层。
通过面板上的各种按钮、开关等控件可以实现对整个系统的操作或控制．而且实时波形显示窗口能对产生的信号波形进行预览和监视．在使用中直接通过鼠标和键盘即可设定产生信号的相应参数。
还可以通过LabVIEW波形显示器(WaveformGraph1自带的功能对波形进行观察和测量．对稳定的周期信号可以直接准确的读出幅值和频率。
2、流程图编辑每一个程序前面板都对应着一段框图程序框图程序用LabVIEW 图形编程语言编写．可以把它理解成传统程序的源代码。
框图程序由端口、节点、．图框和连线构成。
其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据．节点被用来实现函数和功能调用．图框被用来实现结构化程序控制命令．而连线代表程序执行过程中的数据流．定义了框图内的数据流动方向3、运行检验检验是否能够完成系统的功能．改变相应参数进行进一步验证．以方便根据实际情况修改设计．从而方便实际器件的设计、调试。
4、功能描述创建一个VI程序模拟温度测量：把创建的温度计程、序T(hermometerVI1作为一个子程序用在当前新建程序里．先前的温度计子程序用于采集数据．而当前的程序用于显示温度曲线．并在前面板上设定测量次数和每次测量间隔的延时；再创建一个新VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示：利用新创建的VI程序．再输入新的字符串；据采集过程中。
实时地显示数据；当采集过程结束后，在图表上画出数据波形．并算出最大值、最小值和平均值(此处只使用摄氏温度单位)：修改TemperatureAnalysis．VI DemoReadVohageVI程序以检测温度是否超出范围．当温度超出上限(High Limit) 时，前面板上的LED点亮，并且有一个蜂鸣器发声。
基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言和集成开发环境，广泛应用于虚拟仪器控制系统的设计与开发。
虚拟仪器是指通过软件模拟实际仪器的功能，实现数据采集、信号处理、控制等操作，具有灵活性高、成本低、易于扩展等优点。
本文将介绍基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计的相关内容。
1. LabVIEW简介LabVIEW是一种基于图形化编程的开发环境，主要用于测试、测量和控制应用程序的开发。
用户可以通过拖拽和连接图形化元件来编写程序，而不需要深入了解底层的编程语言。
LabVIEW提供了丰富的函数库和工具包，可以方便地进行数据采集、信号处理、控制算法设计等操作。
2. 虚拟仪器控制系统设计流程2.1 系统需求分析在设计虚拟仪器控制系统之前，首先需要进行系统需求分析。
这包括确定系统的功能模块、硬件接口要求、性能指标等方面的需求。
通过与用户充分沟通，明确系统设计的目标和范围，为后续的设计工作奠定基础。
2.2 系统架构设计在系统架构设计阶段，需要考虑系统整体结构、模块划分、数据流向等问题。
合理的系统架构可以提高系统的可维护性和扩展性，降低系统开发和维护成本。
在LabVIEW中，可以利用虚拟仪器控制面板和图形化编程环境来实现系统架构设计。
2.3 软件模块设计根据系统需求，将整个虚拟仪器控制系统划分为若干个功能模块，并设计每个模块的具体实现方案。
在LabVIEW中，可以通过建立子VI （Virtual Instrument）来实现不同功能模块之间的交互和通信。
每个子VI对应一个特定的功能，通过调用和组合不同的子VI可以完成整个系统的功能。
2.4 界面设计与优化虚拟仪器控制系统的用户界面设计至关重要。
一个直观友好的界面可以提高用户体验，减少操作误差。
在LabVIEW中，可以通过自定义控件、布局调整、颜色搭配等方式来设计界面，并利用LabVIEW提供的图形化工具进行界面优化。
什么是虚拟仪器?一、什么是虚拟仪器?一套虚拟仪器系统就是一台工业标准计算机或工作站配上功能强大的应用软件、低成本的硬件(例如插入式板卡)及驱动软件，他们在一起共同完成传统仪器的功能。
以软件为主的测量系统充分利用了常用台式计算机和工作平台的计算、显示和互联网等诸多用于提高工作效率的强大功能。
软件是在功能强大的硬件基础上创建虚拟仪器系统的真正关键所在。
虚拟仪器可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量测试仪器，即软件系统是虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，因此可以说“软件即仪器”。
虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。
有了虚拟仪器，用户就可以完全根据自己的需求组建测量和自动化系统，而不用再受功能固定(完全由厂家提供)的传统仪器的限制。
二、虚拟仪器和传统仪器的比较独立的传统仪器，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。
另外，开发这些仪器还必须要用专门的技术和高成本的元部件，从而使它们身价颇高且很不容易更新。
基于PC机的虚拟仪器系统，诞生以来就充分利用了现成即用的PC机所带来的最新科技。
这些科技和性能上的优势迅速缩短了独立的传统仪器和PC机之间的距离，包括功能强大的处理器（如Pentium 4)、操作系统及微软Windows XP、NET技术和Apple Mac OS x。
除了融合诸多功能强大的特性，这些平台还为用户提供了简单的联网工具。
此外，传统仪器往往不便随身携带，而虚拟仪器可以在笔记本电脑上运行，充分体现了其便携特性。
需要经常变换应用项目和系统要求的工程师和科学家们需要有非常灵活的开发平台以便创建适合自己的解决方案。
可以使用虚拟仪器以满足特定的需要，因为有安装在PC机上的应用软件和一系列可选的插入式硬件，无需更换整套设备，即能完成新系统的开发。
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。
在计算机辅助教学（CAI）广泛应用的今天，基于计算机技术的虚拟仪器系统也随之出现，它是传统仪器与计算机技术高度的结合，随着计算机集成电路技术的发展。
对测试技术与测试设备的要求也越来越高，虚拟仪器的普及势在必行。
目前虚拟仪器主要有两种，一种是纯软件的虚拟仪器（即仿真技术）；另一种是软件硬件相结合的虚拟仪器VI（Virtual Instruction）1 虚拟仪器的内涵虚拟仪器又称个人计算机仪器，由个人计算机、仪器硬件和应用软件组成。
其基本设计思想是利用当前广泛使用的个人计算机来管理、组织仪器系统，进而逐步代替传统仪器完成某些功能。
如数据的采集、分析、显示、存储及波形产生等，最终达到取代传统电子仪器的目的。
1.1 仿真技术。
在仿真技术中，根据仿真对象的不同，可分为两类，一类是对电子电路的分析仿真工具-EDA技术；另一类是应用于通信、信号处理和控制方面的仿真工具-MATLAB。
①EDA技术。
一套完整的EDA软件是多个设计工具系统集成化的结果，它包含计算机辅助设计CAD、计算机辅助分析CAA和计算机辅助制造CAM等。
市场中的EDA软件主要有Pspice、Mutisim、Wewb和Protel四种。
它们的仿真功能用的是同一个仿真引擎-伯克利分校的Pspice仿真引擎。
②MATLAB软件。
主要工具箱有信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统识别、最优化、分析与综合、模糊逻辑、小波分析、样条、通信和统计等。
这两种仿真技术都只需要一台计算机和相应的软件，而无需任何硬件的支持，也就是说这种虚拟仪器是纯软件性质的，无论电路、系统本身还是分析工具都是由软件实现的。
1.2 虚拟仪器可分为五种类型。
①PC总线-插卡型虚拟仪器。
这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用软件LabVIEW相结合，通过三种编程语言Visual C++、Visual Basic和Labview/cvi构成测试系统。
