劉晶 張燕

山西電建檢修工程科技有限公司 山西太原 030006

近年來我國(guó)科技發(fā)展迅速，尤其機(jī)械和電子行業(yè)取得了巨大的成就，實(shí)現(xiàn)機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化和電子工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展[1]。如今機(jī)電工業(yè)加強(qiáng)控制理論、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、為電子技術(shù)等集合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用。為獲得機(jī)電產(chǎn)品最高性能和簡(jiǎn)單的開發(fā)過程，可采用虛擬儀器技術(shù)快速創(chuàng)建測(cè)試系統(tǒng)，以滿足不同設(shè)備的獨(dú)立性及統(tǒng)一性，即可依據(jù)需求變化進(jìn)行系統(tǒng)更改。虛擬儀器技術(shù)具有靈活性輕特征，且隨著技術(shù)發(fā)展體現(xiàn)出更加經(jīng)濟(jì)、功能更加強(qiáng)大特征，實(shí)現(xiàn)更加廣泛的測(cè)控領(lǐng)域。

1 虛擬儀器技術(shù)概念及特征

隨著我國(guó)科技的快速發(fā)展，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展較快，從傳統(tǒng)專門設(shè)計(jì)制造的專用系統(tǒng)到積木概念自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，發(fā)展到如今的虛擬儀器技術(shù)。計(jì)算機(jī)作為當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的核心，在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究中占據(jù)主要地位，促使虛擬儀器軟件集成虛擬儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)構(gòu)輸出及用戶界面等功能，確保傳統(tǒng)需利用硬件完成的功能，如今直接可利用軟件取代，減少成本，提高效率。雖然如今計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為人們生活工作中最常見的設(shè)備，但對(duì)其的研發(fā)和應(yīng)用仍具有較大的空間，如其在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用，可充分融合硬件資源、數(shù)據(jù)分析、過程通訊及用戶界面的軟件結(jié)合等，獲得功能強(qiáng)大且富有生命力的儀器種類[2]。虛擬儀器技術(shù)借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，利用軟件取代硬件，確保在進(jìn)通過修改軟件操作下進(jìn)行儀器功能的改變，具有自主性特征。虛擬儀器技術(shù)具有集中化特征，即將信號(hào)分析、顯示、存儲(chǔ)及其他相關(guān)功能集中化，并由軟件承擔(dān)測(cè)試功能，且能夠滿足傳統(tǒng)硬件無法滿足的功能，同時(shí)較少受到時(shí)間影響，無需定期校準(zhǔn)，提高測(cè)量精度和測(cè)量速度，尤其可實(shí)現(xiàn)重復(fù)性測(cè)量。而且虛擬儀器技術(shù)能夠隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)更新而更新[3]。

2 虛擬儀器技術(shù)硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)

2.1 虛擬儀器技術(shù)硬件結(jié)構(gòu)

虛擬儀器系統(tǒng)中多采用插入式數(shù)據(jù)采集卡，主要應(yīng)用在意PC機(jī)為基礎(chǔ)虛擬儀器中，通過采集數(shù)據(jù)匯總至計(jì)算機(jī)或輸出數(shù)據(jù)給受控對(duì)象。隨著技術(shù)的進(jìn)步，采樣速度明顯增快，不斷提升儀器的性能和精度，以實(shí)現(xiàn)高采樣速率和直接控制?？偩€為連接PC機(jī)與儀器、設(shè)備的通道，可實(shí)現(xiàn)命令、數(shù)據(jù)的傳輸與交換，而依據(jù)總線類型可將虛擬儀器分為不同類型，如PCI總線、GPIB總線、VXI總線、PXI總線和串行總線等。I/O接口設(shè)備包含機(jī)械接插件、插槽、電纜等，起到被測(cè)信號(hào)的采集、放大及A/D轉(zhuǎn)換等作用。不同類型具有相應(yīng)的特征，VXI總線具有多功能、多參數(shù)的自動(dòng)測(cè)試特征，GPIB總線則具有靈活方便、易于升級(jí)和嵌入式方案等特征[4]。

2.2 虛擬儀器技術(shù)軟件結(jié)構(gòu)

利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)硬件進(jìn)行虛擬儀器構(gòu)造后，需利用不同的軟件滿足實(shí)際功能，一般虛擬儀器技術(shù)可利用軟件完成集成的開發(fā)環(huán)境、與儀器硬件的高級(jí)接口和虛擬儀器的用戶界面等目的。通過人為編輯應(yīng)用軟件符合不同目的，而為提高計(jì)算機(jī)軟件編程效率可選擇適宜的編程方式。此外虛擬儀器技術(shù)軟件還具有可重用性特征，即結(jié)合PC機(jī)和工作站促使圖形開發(fā)軟件包和圖形開發(fā)環(huán)境的迅速普及[5]。圖形開放方式可通過提供可重用的代碼模塊，可不經(jīng)過任何修改直接應(yīng)用到其他程序中，如函數(shù)庫、過程程序包、類庫等，利用接口組裝在一起，確保不同部分發(fā)揮相應(yīng)功能。

2.3 圖形軟件開發(fā)平臺(tái)

LabVIEW和HPVEE為常見圖形軟件開發(fā)平臺(tái)，具有簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)等特征，能夠?qū)?fù)雜的文本編程簡(jiǎn)化，明顯節(jié)省程序開發(fā)時(shí)間70%-80%。操作中，用戶僅需利用鼠標(biāo)將各個(gè)功能圖標(biāo)按照順序連接起來便可簡(jiǎn)單完成程序的編寫，且同時(shí)滿足多種總線接口系統(tǒng)的通信連接。

3 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用及展望

虛擬儀器技術(shù)具有構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活等特征，可應(yīng)用在開發(fā)、教學(xué)、測(cè)控等領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外很多行業(yè)加強(qiáng)了對(duì)虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和嬰童，如美國(guó)斯坦福大學(xué)的虛擬儀器教學(xué)、仿真系統(tǒng)，清華大學(xué)構(gòu)建檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的出場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。隨著科技的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)將持續(xù)發(fā)展，總線作為連接計(jì)算機(jī)與儀器的紐帶，總線技術(shù)的升級(jí)換代直接影響虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展。如將USB通用串行總線和IEEE1394串行總線集成到PC機(jī)主板上，以提高傳輸速度。此外網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器具有廣泛的應(yīng)用前景，甚至提出“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的概念。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然近年來我國(guó)機(jī)電工業(yè)自動(dòng)化水平發(fā)展較快，但仍有較大的進(jìn)步空間，而機(jī)電工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程中虛擬儀器技術(shù)受到重視，其體現(xiàn)出自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，從設(shè)計(jì)開發(fā)到用戶使用均得以簡(jiǎn)化和優(yōu)化，因此需重視其作用。