虚拟仪器技术及其发展趋势(2)

北极星电力网技术频道作者:刘　洋 2011/2/17 14:28:07

关键词: 虚拟仪器 USB PXI

　　(3)PXI仪器组成PXI系统。

　　(4)以DAQ和信号调理部分为硬件组成PC-DAQ测试系统。

　　(5)并行总线仪器组成并行总线系统。

　　(6)串行总线仪器组成串行总线系统。

　　(7)现场总线设备组成现场总线系统。

　　一般来说，GPIB、VXI、PXI适合大型高精度集成测试系统；PC-DAQ、并行口式、串行口式(如USB式)系统适合普及型的廉价系统；现场总线系统主要用于大规模的网络测试。有时，可以根据不同需要组建不同规模的自动测试系统，也可以将上述几种方案结合起来组成混合测试系统。

2软件技术

　　软件是虚拟仪器的关键，以下介绍虚拟仪器应用软件的开发平台、仪器驱动程序以及I/O接口软件。

2.1软件开发平台

　　虚拟仪器的开发环境主要有Visual C++，Visual Basic，以及HP公司的VEE和NI公司的LabVIEW、Lab Windows/CVI等。VC、VB、Lab Windows/CVI虽然是可视化的开发工具，但它们对开发人员的编程能力要求很高，而且开发周期较长。HPVEE是一个基于图形的虚拟仪器编程环境，拥有较多的用户，缺点是其生成的应用程序是解释执行的，运行速度较慢。

　　LabVIEW是目前国际上唯一的基于数据流的编译型图形编程环境，它把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用简单或图标提示的方法选择功能(图形)，并用线条把各种图形连接起来的简单图形编程方式，使得不熟悉编程的工程技术人员都可以按照测试要求和任务快速“画”出自己的程序，“画”出仪器面板，这大大提高了工作效率，减轻了科研和工程技术人员的工作量，因此，LabVIEW是一种优秀的虚拟仪器软件开发平台。

2.2仪器驱动程序

　　仪器驱动程序是测试系统中最重要的组成部分之一，用来实现仪器硬件的通信、控制功能。传统的仪器驱动程序由仪器硬件厂商随硬件提供，由于不同厂家仪器硬件的差异，使得在更换仪器硬件的同时不得不修改测试代码。为了能自由互换仪器硬件而无需修改测试程序，即解决仪器的互操作问题，VXI plug&play联盟开发了仪器驱动标准VISA。VISA用G语言(图形语言)或ANSIC语言写成，它可以用于多种虚拟仪器开发环境和多种操作系统。

　　1999年NI公司提出了可互换虚拟仪器标准IVI(Interchangeable Virtual Instruments)，使程序的开发完全独立于硬件。IVI是建立在VXI plug&play驱动程序标准之上的，它解决了仪器的互操作问题。IVI驱动器通过一个通用的类驱动器实现对仪器的控制。类驱动器是仪器的功能和属性集，通过这些功能和属性集实现对一种仪器类(示波器、数字电压表、函数发生器等)中的仪器进行控制。应用程序调用类驱动器，类驱动器再通过专用的驱动器与物理的仪器通信。专用的仪器驱动器(和对应的物理仪器)可以被改变，但应用程序代码保持不变［2］。采用IVI技术，可以降低软件的维护费用，减少系统停运时间，提高测试代码的可重用性，使仪器编程更简单。

2.3I/O接口软件

　　I/O接口软件是虚拟仪器系统软件的基础，用于处理计算机与仪器硬件间连接的低层通信协议。当今优秀的虚拟仪器测试软件都建立在一个标准化I/O接口软件组件的通用内核之上，为用户提供一个一致的、跨计算机平台的应用编程接口(API)，使用户的测试系统能够选择不同的计算机平台和仪器硬件［3］。

3发展趋势

　　随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器将向以下三个方向发展：

　　(1)外挂式虚拟仪器

　　PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI总线的虚拟仪器在插入DAQ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。

　　(2)PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统

　　PXI系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。

　　(3)网络化虚拟仪器

　　尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。现在，有关MCN(Measurement and Control Networks)方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。

参考文献

［1］贾功贤，刘成康等.基于PC的虚拟仪器的发展趋势［J］.电子技术应用，1999，(12).

［2］刘金甫，田同明.可互操作ATS的技术实现途径［J］.测控技术，2002，(2).

［3］金昊，柯冬香.PC自动化测试技术及软件结构［J］.自动化仪表，1999，(4).

［4］王鸿钰：网络化测量和控制［J］.仪表技术，2001，(1).

［5］ NI.Measurement and Automation Catalog 2003［Z］.

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来源：仪表技术

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