虚拟仪器设计

《虚拟仪器设计》小结
一、课程学习内容
作为一门全新且内容颇多的学科来说，为期八周的课程学习真的很短暂，老师仍然讲解许多内容和提供许多非常有用的视频内容。

例如老师介绍了虚拟仪器的定义组成（虚拟仪器又称为计算机个人仪器，是一种以计算机为平台、利用测试软件来实现测试功能的系统，主要由计算机硬件、测试软件和虚拟面板组成）和发展历史，虚拟仪器与传统仪器的对比，还有一些学生运用虚拟仪器设计的作品和比赛内容。

因为labview在国内推广力度更大，使用范围更大，所以老师给我们课程的是关于labview相关内容，其中包括了：
bview循环结构中的for循环结构和while循环结构
2.移位寄存器和反馈节点的应用
3.case结构和Sequence 结构的相关内容
4.如何应用Formula Node 结构和Event structure
5.运用数组对相同的数据进行分组处理
6.利用簇对不相同的数据进行分组处
7.通过图表和图形可以很好地将一段时间内的数据逐点显示
8.如何使用labview函数进行编程
9.数据采集和数字I/O端口
10.数据分析与处理
尽管上述提到的内容很多，但老师都是在讲比较初级的内容，很多时候都是点到为止，并没有太过深入探讨。

如果想学好这门课程还需要去寻找相关书籍，逛逛相关论坛，多多向别人请教和上机实践。

二、虚拟仪器的应用
经过多年的发展，虚拟仪器的概念已经被更多的科学家和工程师及院校的师生所熟知。

虚拟仪器已经广泛的应用在数据采集、仪器控制、工业过程监控和实验室自动化测量等领域。

下面将列举一些虚拟仪器的应用列子。

1.水利测量
随着近年来科技水平的日益提高，电子测量技术的创新也比较明显。

因虚拟仪器特点，使其广泛应用于水利测量领域中。

更高的灵活性在配置功能方面得到了充分表现，使传统仪器存在单一测量的不足之处得到彻底改变，将多种仪器功能集成到一起，使仪器的发展呈现出多功能集成化趋势。

在虚拟仪器中软件是最核心的一种技术，可使其功能化特点得到有发挥，使系统降低成本达到最大化，系统功能性及灵活性进一步提高。

visa库、应用程序及驱动是虚拟软件技术的三个主要层次，用户在水利测量工作中，可
与测量任务及目标相结合，在测量软件上进行有针对性地编制，使复杂的测量目标得以顺利完成。

因虚拟软件技术的一个重要特点就是灵活性，在应用过程中可对部分传统仪器中的硬件进行替代，并基于此使其自身功能得到最大程度地发挥，特别是采用计算机对产生及分析测试信号的过程直接进行参与，使软件结合硬件过程中产生的积极作用得到充分发挥。

但是水利测量是在水利管理中的一项综合性工作，对水利数据精度具有较高的要求。

所以，有难度的是对用户需求与软件之间的相应关系进行协调是有难度的。

如何在具体工作实践中，将用户与仪器采用面板控制软件进行连接，使信息之间实现沟通交流，将数据信息提供给所需用户，进而对水利测量工作进行协调，从而有序开展水利测量工作，这将是下一步工作开展的关键因素。

2.智能家居监控系统
智能家居的概念起源于上世纪70年代的美国，随后传播到欧洲、日本等国家并得到很好的发展。

在我国，对智能家居的推广要晚一些，但是发展速度惊人。

智能家居是以家庭住宅为平台，利用计算机、网络通信、自动控制等技术来综合管理、实时控制家居的系统。

随着生活水平的不断提高，人们对住宅的功能要求也越来越高，智能家居随之应运而生。

使用NI公司的ELVIS II硬件平台和labview图形化编程语言作为开发工具，可以设计出智能家居监控系统。

对室内的温度、光照强度、天然气浓度、烟雾浓度、安防等环境参数进行检测，当检测值超过（或者低于）设定的阈值时，系统自动控制执行终端进行相应的操作。

采用虚拟仪器技术开发的智能家居监控系统，具有界面友好、便于功能扩展、操作方便等特点。

随着网络技术的发展，可以将设备接入互联网将展开远程监控研究，使系统更加人性化、智能化。

虚拟仪器在使用过程中需要连接网络，这就需要工作人员重视来自网络的风险。

当代互联网上安全隐患的增加，如计算机病毒、黑客等也是影响智能家居监控系统的因素。

网络风险可能会导致虚拟仪器的关键数据遭到破坏，严重干扰监控系统工作的正常进行，造成严重的后果。

缺少相应的法制管理是当下网络风险难以彻底避免的主要原因。

政府相关部门应加快制定法律法规的进度，保障虚拟数据与虚拟仪器硬件设施的安全性。

虚拟仪器软件管理工作者应利用实时监督管理系统，强化对数据库的保护力度，防止数据与记录被恶意更改，也应加强对软件的维护工作，及时更新病毒库，避免网络病毒侵染软件。

3.虚拟仪器在教学系统中的应用
随着教育行业的发展，传统的实验室设备已不能完全满足需求。

故在日常实验教学中，需要引入虚拟仪器这种高性价比的系统。

电工电子类的实验课程可引入基于虚拟仪器的实时仿真系统，该系统可代替实际的物理设备进行实验，并不受时间、空间和资源的限制，能极大地解决因学时、设备不足致使学生不能更好地进行实验的问题。

虚拟仪器实验室可节省实验室资金投入，其开放式管理也有利于扩大教学规模，其教学演示还
能增强教学效果；在远程教学中，远端学员借助网络可在任意时间与任意地点进行虚拟仪器的实验和教学，同时中心实验室的虚拟仪器系统与远端学员计算机虚拟仪器系统通过Internet连接，只需要发送少量的数据就可以建立网络虚拟仪器系统。

不过通过虚拟仪器完成的实验没有真实感，学生没有看到真实的元器件，学生在实际操作过程中，也会出现一定的问题。

传统的计量测试中，计量工作的每一个步骤都是相互独立的，如对计量结果产生疑问，则只需要重复一次检定周期，就能够发现出现问题的环节，便于工作人员进行针对性地修改。

但在虚拟仪器的应用环境下，虚拟仪器自身测量系统集成化程度很高，这就造成了计量测试结果的不确定性较大的情况。

计算机测试软件是虚拟仪器运行的核心，而程序自身有很强的一体化特点，在软件程序编写过程中如存在偏差，则可能会导致整个计量测试的结果与真实值产生极大的差距。

编程过程中的错误，在检定过程中被查找到的几率微乎其微，这也是造成虚拟仪器测量结果不确定性较大的原因。

考虑到这些问题，应该让学生先利用虚拟仪器完成基础实验，对实验的过程有一定的基础，进而再进行真实实验，这样更有助于提高学生的实验效果，加深对理论知识的更深一层的了解，达到了理论与实践相结合的要求，也符合现代高校发展的需要，也有利于高校的进一步发展。

或者将虚拟仪器与标准仪器进行连接后，虚拟仪器自检。

后者在实际测量过程中，可使用虚拟仪器自身的自检系统，也可用性能更高的虚拟仪器来进行对比检测，或将前两者方法结合，双重保障虚拟仪器的测量精度。

三、发展前景
虚拟仪器是实实在在的电子测量仪器，虚拟的含义主要体现在将仪器的部分硬件功能及数据分析处理功能以软件的形式被虚拟化。

这与网络世界中虚拟的概念是完全不同的，网络世界中的虚拟表现出的是一种不存在的虚幻。

随着计算机、通信和电子技术的发展，越来越多的企业看好虚拟仪器这一市场。

虚拟仪器的高性能、高扩展性、完美集成及价格低廉的特性将会使其替代一部分传统仪器，并将在企业的产品研发与测试中起着更重要的作用，也将成为促进各行业技术发展的重要因素。

虚拟仪器的应用领域比较广泛，现在很多企业都在发展虚拟仪器，很多企业都在使用虚拟仪器。

虚拟仪器主要应用在监控、远程教育、工业控制、电力系统、航空航天等领域。

另外，虚拟仪器在自动化系统、石油化工等领域的应用，促使了虚拟仪器的快速发展，虚拟仪器自动化生产将成为重点研究领域，能为更多的企业进行服务，提高企业工作效率，减少企业投资成本。

由此，虚拟仪器技术的发展与应用势在必行。

参考文献
【1】刘建庆（江西省计量测试研究院）. 虚拟仪器在计量测试中的应用[J]. 魅力中国, 2019, (24):351-352.
【2】宋立明（五常市水政水资源办公室）. 水利测量中虚拟仪器技术的应用[J]. 科学技术创新, 2020, (10):145-146.
【3】郝张红, 韩彬彬, 段羽浩（天津天狮学院信息科学与工程学院）. 基于虚拟仪器的智能家居监控系统设计[J]. 电子设计工程, 2020, (2):95-98，103.
【4】刘炳杰, 苏娜（内蒙古电子信息职业技术学院）. 虚拟仪器平台在高等职业技术教育中的应用研究[J]. 教育教学论坛, 2020, (18):363-364.。