基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟仪器系统

刘国民　王　辉

[摘要]虚拟仪器是在仪器仪表领域中应用计算机技术所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类。基于LabVIEW的虚拟仪器系统是一种实用的虚拟仪器系统，由于它的可行性和优越性，因此基于LabVIEW虚拟仪器系统的虚拟实验室是我国普通高校和远程教学的实验教学中可以推广的模式。

[关键词]虚拟仪器 LabVIEW

中图分类号：P3 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2009）0720015－01

一、虚拟仪器的基本概念、构成及其特点

计算机科学和微电子技术的迅速发展和普及，有力地促进了多年来发展相对缓慢的仪器技术，于是一种新型的仪器——虚拟仪器（VirtualInst

rument，VI）出现了。虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类。从构成上来说，虚拟仪器就是在通用计算机平台上，配上相应的硬件和专用软件，定义和设计仪器的测试功能，形成既有普通仪器的基本测试功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。其中，硬件接口模块可包括插入式数据采集卡（DAQ）、串/并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其它接口卡。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。与传统仪器相比，虚拟仪器除了在智能化程度、处理能力、易用性等方面有更多优点外，它还具有这样的特点：

1．打破了传统仪器的“万能”功能概念，将信号的分析、显示、存储、打印和其它管理集中交由计算机来处理；

2．强调“软件就是仪器”的新概念，软件在仪器中充当了以往由硬件甚至整机实现的角色，从而使系统的测量精度、测量速度和可重复性都大大提高；

3．改变了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，虚拟仪器由用户自己定义，系统的功能、规模等均可通过软件修改、增减，可方便地同外设、网络及其它应用连接，故虚拟仪器可当作许多仪器设备来使用；

4．虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化，使资源的可重复利用率提高，系统组建时间缩短，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发的费用降低，在工程应用和社会经济效益方面具有突出优势。

二、虚拟仪器开发环境——LabVIEW

LabVIEW程序称为“虚拟仪器程序”（简称VI），包括三个部分：前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板用于模拟真实仪器的前面板；框图程序则是利用图形语言对前面板上的控件对象（分为控制量和指示量两种）进行控制；图标/接线端口则用于把LabVIEW程序定义成一个子程序，从而实现模块化编程。采用LabVIEW编程，其主要特点就是将虚拟仪器分解为若干基本的功能模块，模块的引脚代表输入/输出接口。

对于构建虚拟仪器，LabVIEW有许多特点和优势，诸如：仪器控制与数据采集的图形化编程；直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格；内置的编译器可加快执行速度；数据采集DAQ函数库可让用户采集测量信号或发出控制信号，适合应用于快速且直接的控制；650多种仪器驱动程序，可驱动超过一百多家厂商所制造的仪器；内容丰富的高级分析库，可进行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作；利用ActiveX，DDE以及TCP/IP进行网络连接和进程通信。LabVIEW现成的人机界面工具可帮助用户很快地构成所需的图形化人机界面，包括趋势图、按钮、LED指示灯和图表等，完全无需从头开始去设计这些元件。并可更进一步以LabVIEW的PC工具箱或其它绘图软件来订制人机界面元件，藉以呈现仪控符号和系统流程图。LabVIEW的特色还在于拥有功能超强且庞大的分析函数库，足以与专业数学分析套装软件相匹敌。

LabVIEW的最大特点是采用全图形化编程，在计算机屏幕上利用其内含的功能库和开发工具库产生前面板，用来为测试系统提供输入值并接受其输出值。LabVIEW内部集成了大量的生成图形界面的模板，如各种开关、表头、刻度杆、指标灯等，包含了组成一个仪器所需的主要部件，而且用户也可方便地设计库中没有的仪器。除了具备其它语言所提供的常规函数功能和上述的生成图形界面的大量模板外，内部还包括有许多特殊的功能库函数和开发工具库，以及多种硬件设备驱动功能。

目前，LabVIEW的最新版本已问世，新版本使用强大的技术，带来更强劲的功能。LabVIEW7.1跟踪了基于Web的应用程序开发，提高了程序的开发能力。在原来已有的强大环境基础上，LabVIEW7.1改进了与Internet的链接，即借助于内置的Web工具，用户可以不需要编程就可以在几秒钟内在Web上分布VI的面板。它在计算机上的开发灵活性，能够充分提高用户的生产效率，而成为基于计算机的测量和自动化的最佳开发平台。此外利用LabVIEW7.1中新的NIDataSocket技术，用户可以和其它有Internet功能的程序迅速地共享数据，而无需担心网络协议和数据格式。LabVIEW7.1还引入了一系列增强性能的工具以帮助用户提高编制专业用户界面的效率。

人们利用LabVIEW，可以运用几千种设备（包括GPIB，VXI，串口设备，PLC，以及插入式数据采集卡等）进行数据采集，也可以通过网络、交互应用通讯和结构化查询语言（SQL）等方式与其它的数据源相连。数据采集完之后，可以利用LabVIEW中功能强大的数据分析程序，将原始数据转换成有意义的结果。然后，可通过交互式的图形化前面板来控制系统，并显示所得的结果。这样，利用LabVIEW就可以开发一套完整的虚拟仪器系统。LabVIEW因其最简单和易用开发环境和可靠性，以及功能强大、灵活方便，成为开发基于计算机的测量和自动化解决方案和虚拟实验仪器的优秀软件包。全世界有数以千计的工程师、高校教师和科学家们正在使用LabVIEW进行仪器应用开发。作为划时代的图形化编程系统，LabVIEW成为目前国际上应用最广的虚拟仪器开发环境之一，它开创了虚拟仪器的新纪元。

三、结束语

虚拟仪器充分利用计算机的软硬件资源，以软件技术为核心，使计算机成为具有数据信号采集、控制及分析功能的处理中心，用计算机取代了传统的电子仪器。而LabVIEW作为一个具有良好开放性的虚拟仪器开发平台，为面向仪器的编程提供了强有力的支持。

参考文献：

[1]杨乐平等，LabVIEW程序设计与应用，电子工业出版社.

[2]李刚等，LabVIEW-易学易用计算机图形化编程语言，北京航空航天大学.

作者简介：

刘国民，工程师，就职于军械工程学院。