【正文】 算機(jī)的儀器，既具有高檔儀器的測(cè)量品質(zhì) ， 又能滿足測(cè)量需求的多樣性 。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的 DAQ 卡功能模塊供用戶選擇 ， 如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀 、 任意波形發(fā)生器等 。其中 USB 是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性 ； 利用 DAQ卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型 [9]，如圖 所示。 虛擬儀器 I/O 接口設(shè)備 I/O 接口設(shè)備主要用來(lái) 完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。 通常虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信 號(hào)調(diào)理及信號(hào)采集部件 （ 如外置或內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡、圖形圖像采集卡及攝像機(jī)及其用于輔助測(cè)量并能與計(jì)算機(jī)通訊 11 的常規(guī)儀器等 ）、 通用計(jì)算機(jī) 、 打印機(jī)等構(gòu)成 。 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 據(jù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2 儀 器數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號(hào) 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計(jì) 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡(luò) 通 信硬 盤(pán) 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 接 口 圖 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分 對(duì)于傳統(tǒng)儀器 ， 這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成 ； 對(duì)于虛擬儀器 ， 前一部分由硬件構(gòu)成 ， 后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣， 主要由 數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算 機(jī)。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的組成 虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。這是一種新型的基于Web 技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測(cè) 試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理。 8） 虛擬儀器在高性價(jià)比的 條件下，降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用，縮短技術(shù)更新周期。 6） 由于其以 PC 為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過(guò)程不必像過(guò)去那樣由測(cè)試儀器本身來(lái)完成，而是在軟件的支持下，利用 PC 機(jī) CPU 的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來(lái)完成，使得基于虛擬儀器的測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、多任務(wù)測(cè)量。 4） 儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，不需購(gòu)買新儀器。 2） 在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡(jiǎn)潔化，從而提高操作的正確性和便捷性。由此導(dǎo)致許 9 多識(shí)讀和操作錯(cuò)誤。在中低檔測(cè)試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨(dú)立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動(dòng)化測(cè)試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨(dú)立儀器難以勝任的，甚 至不可思議的工作。 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)（如表 11 所示）。虛擬儀器技術(shù)十分符合 國(guó)際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢(shì)，因而常被稱作“軟件儀器” 。這樣，當(dāng)用戶從一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向另一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，就能簡(jiǎn)單地構(gòu)造出新的 VI 系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。 源代碼 庫(kù)函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（ VI）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點(diǎn)之一，有了這一點(diǎn)，儀器的開(kāi)發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。 虛擬儀器以通用計(jì)算機(jī)和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測(cè)量?jī)x器（包括GPIB、 RS232 等傳統(tǒng)儀器以及新型的 VXI 模塊化儀器）為基礎(chǔ)，將儀器硬件連接到各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，直接利用計(jì)算機(jī)豐富的軟硬件資源，將計(jì)算機(jī)硬件（處理器、存儲(chǔ)器、顯示器）和測(cè)量?jī)x器（頻率計(jì)、示波器、信號(hào)源）等硬件資源與計(jì)算機(jī)軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達(dá)、過(guò)程通訊以及圖形用戶界面）有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。 虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器 ” 。所謂虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等 ； 可集成于自動(dòng)控制 、 工業(yè)控制系統(tǒng)之中 ； 可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用 Apache＋ PHP＋ MySQL 服務(wù)器套件來(lái)實(shí)現(xiàn) 了 采集數(shù)據(jù) 的 遠(yuǎn)程訪問(wèn)。 本設(shè)計(jì)所做的工作 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)以 3 個(gè) 通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，從傳感器來(lái)的模擬輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后，輸入到 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過(guò) PCI 總線送入 PC 機(jī)，由軟件進(jìn)行 數(shù)據(jù) 處理，包括數(shù)據(jù)的平均值濾波，采樣波形的實(shí)時(shí)顯示，并以一定的時(shí)間間隔插入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存 ，然后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的檢索 。本文正是在虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的采集，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、分析處理。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器在此方面受到很大的限制。 當(dāng)今社會(huì) 正處于一個(gè)正在高速發(fā)展的 狀態(tài)中 ，要在有限的時(shí)空內(nèi)實(shí)現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來(lái)的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過(guò)程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)信息的處理速度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實(shí) 5 際需求。相對(duì) VXI 儀器，按 PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)制成的 PXI 儀器具有成本低、便 于組成便攜式測(cè)試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn) [2]。 1997 年美國(guó) NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo)準(zhǔn) PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，用戶自然會(huì)提出標(biāo)準(zhǔn)化的要求。插卡總線機(jī)箱與 PC 機(jī)間的通信，可利用 RS23 GPIB 接口總線或以太網(wǎng)電纜等進(jìn)行。卡式儀器是虛擬儀器的雛形 ， 是將傳統(tǒng)獨(dú)立式儀器的測(cè)量電路部分與接口部分集合在一起制成儀器功能卡，將其插入微機(jī)的內(nèi)部插槽或外部插件 箱中形成的儀器。 1982 年美國(guó)西北儀器公司總裁德為解決這樣的問(wèn)題，總線式儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷 提高。智能儀器是將微機(jī)置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)操作等智能特點(diǎn)，并在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用能力及解決測(cè)量技術(shù)問(wèn)題 的 深度和廣度等方面都有明顯的進(jìn) 4 步。七十年代初第一片微處理器問(wèn)世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。從二十世紀(jì)初到五十年代左右，測(cè)量?jī)x器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時(shí)測(cè)量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展 將 數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測(cè)量?jī)x器。 模 擬 儀 器 虛 擬 儀 器智 能 儀 器數(shù) 字 儀 器電 子 儀 器1 9 世 紀(jì) 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀(jì)五 十 年 代圖 測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 從十九世紀(jì)初到二十世紀(jì)末 ， 測(cè)量 儀器經(jīng)歷了模擬儀器 、 電子儀器 、 數(shù)字儀器 、 智能儀器等階段 ， 發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。自從 1785 年庫(kù)侖發(fā)明靜電扭秤， 1834 年哈里斯提出靜電電表結(jié)構(gòu)以來(lái)，電測(cè)儀表和電子儀器隨相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測(cè)量理論方法的改進(jìn)得到飛速發(fā)展。許多 3 部門(mén)或大型企業(yè)迫切要求構(gòu)建基于 Inter 或大型局域網(wǎng) 的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)，即通常所說(shuō)的分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展的成熟階段。 第三階段 ： 隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)帶動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) (FCS)的迅速發(fā)展，使得可以在一個(gè)工廠范圍內(nèi)通過(guò)總線將成千上萬(wàn)個(gè)智能傳感器 /變送器等智能化的儀表組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控儀器系統(tǒng)，此階段是網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的快速發(fā)展階段。 第二階段 ： 起始于 20 世紀(jì) 80 年代 VXI 標(biāo)準(zhǔn)化儀器總線的出現(xiàn)， VXI 系統(tǒng)可以將大型計(jì)算機(jī)昂貴的外設(shè)、 VXI 設(shè)備、通信線路等硬件資源以及大型數(shù)據(jù)庫(kù)程序等軟件資源納入網(wǎng)絡(luò)，使得這些寶貴的資源得以共享。 第一階段 ： 起始于 20 世紀(jì) 70 年代通用儀器總線 (GPIB)的出現(xiàn)， GPIB 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與測(cè)控系統(tǒng)的首次結(jié)合，使得測(cè)量?jī)x器從獨(dú)立的手工操作單臺(tái)儀器開(kāi)始走向計(jì)算機(jī)控制的多臺(tái)儀器的測(cè)控系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)控技術(shù)興起于國(guó)外，是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)高速發(fā)展，以及對(duì)大容量分布式測(cè)控的大量需求背景下發(fā)展起來(lái)。同時(shí)測(cè)控對(duì)象的空間位置日益分散，測(cè)控任務(wù)日益復(fù)雜，測(cè)控系統(tǒng)日益龐大，因此，提出了測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)化、遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化的要求。由于通信協(xié)議不開(kāi)放，因此這種測(cè)控系統(tǒng)是一個(gè)自封閉系統(tǒng)，一般只能完成單一的 2 測(cè)控功能，一般通過(guò)接口，如 RS232 或 GPIB 接口可與本地計(jì)算機(jī)或其他儀器設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單互連 [1]。 課題背景 測(cè)控技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 早期的測(cè)控系統(tǒng)采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)操作盤(pán)進(jìn)行集中式操作；而計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被控對(duì)象 (生產(chǎn)過(guò)程 )共同構(gòu)成的整體。傳輸介質(zhì)組成的通信網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)的通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的主體，是完成測(cè)控任務(wù)的主力。 近年來(lái)，以計(jì)算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天等國(guó)防科技領(lǐng)域。 LabVIEW IV 目 錄 摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract....................................................................................................................................... II 目錄 .......................................................................................................................................... IV 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 引言 ............................................................................................................................. 1 課題背景 ..................................................................................................................... 1 測(cè)控技術(shù)的國(guó)內(nèi) 外發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................... 1 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) .................................................................................. 3 本設(shè)計(jì)所做的工作 ..................................................................................................... 5 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................................................... 5 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)檢索的設(shè)計(jì) ...................................................................................... 6 第二章 虛擬儀器 ...................................................................................................................... 7 虛擬儀器技術(shù)概述 ..................................................................................................... 7 虛擬儀器的概念 .............................................................................................. 7 虛擬儀器的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) ......................................