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1、1.5 虚拟仪器技术 通过前面的介绍，相信对虚拟仪器已经有了基本的了解，可能也很想在实际工程中应用一番。但是如何才能得到虚拟仪器呢？要想获得虚拟仪器的使用通常有两种途径： 一是，由专业的虚拟仪器系统集成商提供，他们具有丰富的、专业的虚拟仪器开发技能和经验。他们会按照你的要求为你专门设计开发虚拟仪器，并可提供专业级的维护和升级。这种方式特别适合仪器综合技术性能要求高，而应用面又比较窄的情况下。 二是，采用虚拟仪器技术由自己设计实现，通过学习和实践将自己塑造成为具有专业虚拟仪器开发技能和经验的开发者。只要掌握了一定的虚拟仪器技术，就可以按项目要求自行设计虚拟仪器。如果条件成熟，甚至你也可以发展成为
2、专业级的虚拟仪器系统集成商。 什么是虚拟仪器技术？本节将介绍什么是虚拟仪器技术以及虚拟仪器技术和虚拟仪器之间的关系。 1.5.1 虚拟仪器技技术概述述 首先要说明明的是：我们们之前所谈到到的“虚拟仪仪器”概念和和这里所要介介绍的“虚拟拟仪器技术”概概念是两个完完全不同的概概念。虚拟仪仪器指虚虚拟仪器技术术的具体应用用实例。通俗俗地讲：“虚虚拟仪器”是是“虚拟仪器器技术”的产产物或结果。虚拟仪器技术指设计实现虚拟仪器的设计方法和高效的开发环境和硬件体系架构，包括软、硬件之间的有效连接，是一整套很复杂的现代技术集合。 事实上，美国NI公司不仅是虚拟仪器概念的创建和提出者，同时还创造、发明了一整套虚
3、拟仪器设计、制造方法被我们称之为：虚拟仪器技术。这其中包括一个开放的、灵活的虚拟仪器软件开发环境以及与软件平台相适应的硬件体系架构和管理体系。 NI公司良好愿景是：提供完整的与现代科学技术同步发展的虚拟仪器技术，让所有科学家和工程师都能够通过虚拟仪器技术来轻松地参与并主宰工业自动化测量和应用。简单的讲，采用虚拟仪器技术将降低科学家和工程师在工业自动化测量和应用方面的门槛。现在，世界上众多的科学家和工程师借助于NI公司的图形化系统设计平台，彻底改变了测试、测量与控制应用程序的设计开发。无论是否有相关的经验，工程师和科学家都能够迅速、高效地连接测量与控制硬件、分析数据、共享结果并发布最新的应用系统
4、。 20多年来NI公司始终保持着这样的愿景，从来未发生过动摇和改变。目前，NI公司也是全球唯一一个即可提供图形化系统设计开发平台，又可提供各种硬件模块支持的虚拟仪器技术专业制造、开发商。这种软、硬件都来自同一个公司的好处是：软件和硬件之间是无缝链接的，可以充分发挥和利用软、硬件的全部技术特性。当然，最大的受益者应该还是它的使用者。 虚拟仪器技术发展到今天，NI公司的宗旨就是结合现代科学技术不断的改进和提高虚拟仪器技术，并充分利用各种方式宣传、指导和推广虚拟仪器技术的应用。比如：利用网络资源无偿的提供视频技术讲座、技术文档（技术白皮书）、实例代码、开办社区论坛等。广大工程师和科学家充分利用这些资
5、源深入探讨、交流虚拟仪器技术实例代码和应用案例，从而更加促进了虚拟仪器技术的不断发展。 NI公司的商业运作模式是为系统集成商及科学家和工程师提供完整的虚拟仪器技术，并为虚拟仪器技术的应用提供全方位的技术支持。当然，这其中包括一些收费的技术培训和开发资质认证工作。换句话说，NI公司在提供虚拟仪器技术的同时，并不参与虚拟仪器系统集成的具体业务。这完全符合虚拟仪器的基本特点，由用户来定义或设计虚拟仪器的测量功能。唯一的例外出现在模块化仪器方面，为展示虚拟仪器特点提供一些应用程序实例。 几年来，我们通过在图形化系统设计平台上不断进行虚拟仪器设计和开发的实践，已经明显感觉到自身技术实力得到稳定地提升。其
6、实，除了努力学习之外，找到一个理想的、适合的工具图形化系统设计平台无疑是十分重要的一个因素。 实事求是的讲，虚拟仪器技术是一门综合性很强的工程设计、应用开发技术，是多种现代科学技术的完美融合。正是有了NI公司所提供的完整的虚拟仪器技术作为全面的支撑，虚拟仪器才有了今天的广泛应用。 为什么总是在强调NI公司所提供的虚拟仪器技术呢？我们先看看虚拟仪器技术的基本构成。虚拟仪器技术可以简单的分解为以下几个主要部分：虚拟仪器软件开发环境虚拟仪器硬件体系架构虚拟仪器管理体系架构 世界上有许多公司也在开发虚拟仪器技术，比如：各种硬件模块、分析处理软件等，但是在这三方面作的性能最好的、连接最有效的、系统级的只
7、有NI公司。 NI公司的虚拟仪器技术体系架构请参见图1.5.1-1。图中从上至下分别是系统管理软件、三种不同的开发语言环境、众多的硬件平台。 图1.5.1-1 下下面就这几部部分内容做以以介绍，以期期大家能够对对虚拟仪器技技术有一个更更加深入的了了解。 1.5.2 虚拟仪器技技术之一虚拟仪器软软件开发环境境 软件在虚拟拟仪器中的重重要性无须再再多说了。软软件指为计算算机编写的程程序集合，说说到程序也必必将涉及到计计算机的编程程语言。虚拟拟仪器技术中中的软件开发发环境应指针针对某种计算算机语言的程程序设计、调调试、发布等等一系列编程程环境。 其实，虚拟拟仪器程序设设计，并非一一定要局限在在使用那
8、种特特定的计算机机语言上，现现有的许多种种计算机编程程语言，比如如：象C+、C、C#、Javaa、VB、VVC 等都可可以实现虚拟拟仪器的程序序设计。但是是纵观虚拟仪仪器的发展历历史，可以说说用于虚拟仪仪器程序设计计的最方便、最最好的编程环环境还得说是是NI LabVIIEW。这早早已经获得业业界的一致公公认。1.55.2.1 NI LLabVIEEW NII LabVVIEW是NI公司司20多年前前推出的一个个虚拟仪器软软件开发环境境，现已发展展现已成为一一个符合工业业标准的多平平台、多语言言、多用途、一一体化的系统统级虚拟仪器器技术软、硬硬件开发环境境。 这其其中包括了LLabVIEEW
9、图形化化编程语言在在内的虚拟仪仪器应用项目目管理、调试试、运行、发发布等等一整整套环节。 在虚拟仪器器软件开发环环境中，NII Deveeloperr Suitte（NI 开发者套件件）应该是一一个最有效的的、开放的、灵灵活的、适应应多种需求的的虚拟仪器软软件开发平台台。其中包括括三种不同的的计算机语言言环境：LabVIIEW，LaabVIEWW是NI公司司的旗舰产品品。是强大、开开放、图形化化的虚拟仪器器软件开发环环境（也是本本书要介绍的的主要内容）。由由于LabVVIEW采用用的是图形化化的编程方法法，所以无论论是否有过编编程经验的工工程师或科学学家使用它时时都可以快速速、高效地与与测量和
10、控制制硬件通信，并并进行数据分分析及处理。LabWindows/CVI，它是一种久经验证的ANSIC集成开发环境，专为习惯使用C语言的工程师和科学家提供用于创建测试和控制应用的全套编程工具。NI LabWindows/CVI兼有ANSIC的耐用性、复用性和特定的工程性能，并适用于于仪器控制、数据采集、分析和用户界面的开发。Measurement Studio，是一个专为Visual Studio 2005、Visual Studio .NET 2003和Visual Studio 6.0使用者设计的集成式套件，它包括用于测试、测量和自动化等应用的大量函数类和控件。Measurement Stu
11、dio提供专为工程师们所设计的.NET和ActiveX用户界面控件、先进的科学分析和为测试应用而优化的数据采集(DAQ)和仪器控制类库等，从而大大缩短了应用程序的开发时间。 Developer Suite中还包括其它核心组件和一些可定制的专业工具包以及相应的驱动软件，这部分的内容可以通过NI公司的网站获得，这里就不多谈了。 尽管NI公司为不同的虚拟仪器爱好者提供了不同的虚拟仪器编程环境LabVIEW，LabWindows/CVI， Measurement Studio，但受于本书的内容所限，我们还是以图形化化编程语言LabVIEW为表述主体。 1.5.2.22 LabbVIEW LabVVIE
12、W是NNI公司的旗旗舰产品，是是一种图形化化的计算机编编程语言，这这种创新式的的编程语言目目前已经发展展成为图形化化系统设计平平台。数百万万工程师和科科学家们使用用 LabVVIEW图形形化编程环境境，借助于直直观的图标和和连线方法来来开发复杂且且类似流程图图的测量、测测试和控制系系统。LabbVIEW既既能无可比拟拟地集成了数数千款硬件设设备驱动，也也能通过上百百个内置库实实现高级分析析和数据的可可视化。LaabVIEWW平台可在多多个目标平台台和操作系统统中扩展，所所以自19886年推出后后便成为行业业领袖。 从最简单的的温度测量到到对全球最大大粒子加速器器的高速控制制，工程师和和科学家们
13、使使用LabVVIEW图形形化系统设计计平台已解决决诸多应用难难题。此外，用用户还可将新新的LabVVIEW项目目整合于现有有系统，因为为LabVIIEW几乎能能连接任何测测量设备与设设计工具。 图1.5.2.2-1在LabVIEEW中，还包包括了以下工工具包：NII LabVVIEW SSignall ExprressDaatabasse Connnectiivity 工具包Innterneet 工具包包Reporrt Genneratiion foor MS Officce 工具具包Advaanced Signaal Proocessiing 工具具包Digiital FFilterr D
14、esiign 工具具包PID and FFuzzy Logicc 工具包DDataFiinder 工具包 在实际接触触LabVIIEW之前，我我们通常将计计算机应用划划分为软件设设计和硬件设设计两个体系系，即便是在在工程设计应应用中也基本本上是这样划划分的。虚拟拟仪器的出现现淡化了这两两部分间的界界限，因为我我们似乎无须须再关注如何何进行硬件设设计，设计的的重点已经转转向了软件设设计方面。这这对过去一直直从事硬件电电路设计的工工程师而言是是一个难以接接受的事实，因因为他们十分分惧怕程序设设计工作。可可是基于图形形化的编程语语言LaabVIEWW的发明帮助助我们解决了了这个问题。这这种图形化的的
15、编程方法很很适合我们，很很适合我们的的工程应用工工作。特别是是它在与硬件件模块（NII的硬件模块块）进行有效效连接方面给给于了更有力力的支持。 在这样一一个平台下，他他们所缺乏的的应该只有高高效实现测量量任务的“想想像力”。换换句话说，现现在他们将关关心的重点放放在了测量任任务的本身，而而不是如何实实现测量的问问题。 1.5.3 虚拟仪器技技术之二虚拟仪器硬硬件体系架构构 在虚拟仪器器设计中我们们似乎已经回回避了硬件设设计的问题，这这是因为NII公司已经把把这些工作全全部承担起来来了。NI作作为全球DAAQ技术与市市场的领先者者，提供了基基于各种总线线的产品系列列（USB, PCI, PCI
16、Expreess, PPXI, PPXI Exxpresss, wirrelesss, andd Etheernet等等），并不断断融合最前沿沿的商业技术术，打造一个个“数据采集集超市”，让让工程师们根根据自身应用用需求选择最最适合的一款款，实现工程程创新！ 图1.5.3-1图1.5.3-2 实际上，NNI提供的硬硬件产品几乎乎涵盖了所有有工业应用领领域。 1.5.4 虚拟仪器技技术之三虚拟仪器管管理体系架构构NI TesttStandd NI TeestStaand是一个个简单易用的的测试管理环环境，用于组组织、控制以以及运行您的的自动化原型型开发、验证证以及制造测测试系统。 使用用NI T
17、eestStaand，整合合使用您擅长长的编程语言言开发的测试试程序，快速速构建测试序序列。NI TestSStan基于于一个高速的的多线程执行行引擎构建，其其强大的性能能可以满足您您最苛刻的测测试吞吐量需需求。同时该该软件它是可可完全自定义义的，因此您您可以对它进进行 修改与与增强，以满满足各种特殊殊需求， 包包括自定义操操作员界面、生生成自定义报报告以及修改改序列执行需需求。使用NNI TesstStannd，您可以以将精力集中中在测试一种种特定的产品品上，其他诸诸如序列化、执执行以及报告告等任务将由由NI TeestStaand为您进进行管理。 序列开开发环境 调试 多线程并并行测试 用户管理 可自定定义的报告 可自定定义的操作界界面 源源代码控制整整合 数数据库记录图1.5.4-1NI DIAddem NI DIIAdem提提供基于配置置的技术数据据管理、分析析以及报告生生成工具，交交互式地帮助助您对数据进进行挖掘和分分析。 快速进行数数据搜索和挖挖掘，寻找趋趋势和相关性性 载入入并分析包含含超过10000亿个数据据点的数据集集 使用用交互式可视视化工具研究究数据、比较较测试运行、寻寻找异常 创建可重重用的专业报报表，共享您您的结果图1.5.4-2