虛擬儀器(虛擬儀器的介紹)

1.虛擬儀器的介紹

虛擬儀器技術(shù)（Virtual instrument）就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。

2.零基礎(chǔ)學(xué)labview

如果你學(xué)過(guò)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，那學(xué)習(xí)LabVIEW是相當(dāng)容易。

簡(jiǎn)單的說(shuō) 無(wú)非是把C語(yǔ)言語(yǔ)句用可視化顯示，再加上數(shù)據(jù)流處理模式首先你要下一個(gè)LabVIEW在電腦上，建議下2009，至于注冊(cè)方法，網(wǎng)上有，注冊(cè)機(jī)CSDN上也有下至于參考書(shū)，其實(shí)都一樣，中國(guó)的書(shū)無(wú)非你抄我我抄你，找一本看看前幾張，就是數(shù)組啦 簇啦等基本概念和控件使用，以及子函數(shù)的使用方法等基礎(chǔ)知識(shí)，做幾個(gè)小例子，有一個(gè)禮拜就能完成。之后就用去編實(shí)際的程序，一邊練習(xí)一邊學(xué)。

比如你自己可以用LabVIEW編連連看的小外掛啦（就是分割圖像，求像素平均值比較），串口控制單片機(jī)啦，按鍵精靈啦 之類的 在應(yīng)用中去學(xué)習(xí) 估計(jì)有個(gè)1個(gè)月，你就可以游刃有余了至于參考書(shū)，CSDN上有，你找一找，前面的基礎(chǔ)知識(shí)都是一樣的。

3.簡(jiǎn)述虛擬儀器技術(shù)及LabVIEW編程課程的認(rèn)識(shí)和理解

虛擬儀器--軟件就是儀器 虛擬儀器， 虛擬示波器， 虛擬儀器技術(shù)， 虛擬儀器軟件， 虛擬儀器開(kāi)發(fā)， 虛擬儀器組成一、引言當(dāng)前多媒體計(jì)算機(jī)、信息高速公路和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)信息科學(xué)的三個(gè)重要發(fā)展方向。

它們相互聯(lián)系、相互促進(jìn)、共同發(fā)展，已經(jīng)滲透到人們?nèi)粘９ぷ?、生活、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)的各個(gè)方面，逐步地由辦公室、實(shí)驗(yàn)室走向家庭。虛擬現(xiàn)實(shí)是多媒體計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，多媒體技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是利用多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一個(gè)具有逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)及嗅覺(jué)的模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。用戶可以用人的自然技能對(duì)這一虛擬的現(xiàn)實(shí)進(jìn)行交互體驗(yàn)，而用戶體驗(yàn)到的結(jié)果--該虛擬現(xiàn)實(shí)的反應(yīng)與用戶在相應(yīng)的真實(shí)現(xiàn)實(shí)中的體驗(yàn)結(jié)果相似或完全相同。

虛擬現(xiàn)實(shí)的概念包括如下三個(gè)層次的含義：1、虛擬現(xiàn)實(shí)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)而生成的逼真的實(shí)體，人們對(duì)該實(shí)體具有真實(shí)的三維視覺(jué)、立體聽(tīng)覺(jué)、質(zhì)感的觸覺(jué)和嗅覺(jué)。2、人們可以通過(guò)自然技能與虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行對(duì)話，即人的頭、眼、四肢等的各種動(dòng)作在虛擬現(xiàn)實(shí)中的反應(yīng)具有真實(shí)感。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)往往要借助一些三維傳感設(shè)備來(lái)完成交互動(dòng)作，如頭盔式立體顯示器、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣服、三維操縱器等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然現(xiàn)在還處于初級(jí)階段，但已在科學(xué)可視化、CAD、飛行器/汽車/外科手術(shù)、虛擬儀器等的操作模擬等方面得到了應(yīng)用。

已經(jīng)在航空航天、國(guó)防軍事、生物醫(yī)學(xué)、教育培訓(xùn)、娛樂(lè)游戲、旅游等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。虛擬儀器（Virtual Instrument--VI）是虛擬現(xiàn)實(shí)在儀器儀表領(lǐng)域中的一個(gè)重要應(yīng)用，目前已在國(guó)際上悄然興起。

虛擬儀器是以多媒體計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，使用圖形界面編程技術(shù)，模擬實(shí)際儀器的面板、功能和操作，從而生成完成各種任務(wù)的專用儀器。由于科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，導(dǎo)致了各種功能強(qiáng)大、越來(lái)越復(fù)雜的儀器不斷涌現(xiàn)，其中很多儀器都以計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了儀器計(jì)算機(jī)化的趨勢(shì)，其主要表現(xiàn)為：1、硬件與計(jì)算機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn)化2、硬件軟件化3、軟件模塊化4、模塊控件化5、系統(tǒng)集成化6、程序設(shè)計(jì)圖形化7、科學(xué)計(jì)算可視化8、硬件接口軟件驅(qū)動(dòng)化由于計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，加之實(shí)際應(yīng)用的需要，使人們對(duì)虛擬儀器的興趣越來(lái)越濃厚，研制虛擬儀器也成為了現(xiàn)實(shí)的可能。

研制虛擬儀器主要源于以下目的：1、節(jié)省儀器開(kāi)發(fā)的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)2、充分利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和分析的功能3、統(tǒng)一儀器的用戶界面4、增強(qiáng)儀器的功能和適用范圍5、集成儀器的需要6、使儀器容易擴(kuò)展虛擬儀器主要由以下幾部分組成：1、界面控件庫(kù)2、數(shù)據(jù)輸入、輸出3、數(shù)據(jù)處理方法庫(kù)4、數(shù)據(jù)表示庫(kù)5、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理6、任意信號(hào)發(fā)生7、圖形界面編程環(huán)境界面控件庫(kù)中包括一些常用儀器的面板部件，如指示器、計(jì)量表、發(fā)光二極管、按鈕、轉(zhuǎn)盤(pán)、刻度盤(pán)、滑動(dòng)條等，每個(gè)控件都帶有可編程的函數(shù)與屬性。數(shù)據(jù)輸入與輸出是指從外部設(shè)備獲取數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)或從計(jì)算機(jī)輸出數(shù)據(jù)去控制外部設(shè)備，需要建立與數(shù)據(jù)采集板、串并口、以及其他標(biāo)準(zhǔn)化接口（IEEE-488、GPIB、RS-232、RS-422、SCSI、VXI等）通信的驅(qū)動(dòng)軟件，從而擴(kuò)展儀器的適用范圍與應(yīng)用領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)處理方法庫(kù)中集中了許多數(shù)據(jù)處理方法，如FFT計(jì)算、濾波、建模、參數(shù)估計(jì)等，并提供這些處理方法的編程接口，只需把這些方法簡(jiǎn)單的組合即可完成各種復(fù)雜的任務(wù)。數(shù)據(jù)表示是指用一定的方式來(lái)顯示數(shù)據(jù)和處理結(jié)果，其中包括數(shù)字顯示、曲線顯示、直方圖、散點(diǎn)圖、二維圖形、三維網(wǎng)格圖形、三維填充圖形、四維圖形、圖象乃至動(dòng)態(tài)圖形或圖象等，使得數(shù)據(jù)表示十分直觀，易于理解。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理主要是指提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的格式、數(shù)據(jù)查詢方法、數(shù)據(jù)瀏覽方法等。信號(hào)產(chǎn)生是指根據(jù)需要產(chǎn)生任意信號(hào)，其中一些標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可以用于儀器測(cè)試和自檢之用。

圖形編程環(huán)境是指用戶可以任意組合控件與方法，將其聯(lián)接成一個(gè)整體，形成專用儀器的工具。利用虛擬儀器用戶可以象搭積木一樣很快生成所需要的各種儀器。

二、現(xiàn)有虛擬儀器與集成環(huán)境舉例1、MATLAB：高性能數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)分析軟件MATLAB是由美國(guó)Mathworks公司研制的高性能數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)分析軟件。它已經(jīng)成為工程和科學(xué)研究的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它具有獨(dú)特的用戶交互界面、復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、靈活的科學(xué)圖形、快速的計(jì)算、方便的擴(kuò)展等特點(diǎn)，是高產(chǎn)和創(chuàng)造性科學(xué)研究的首選軟件。

MATLAB的基本功能有：※ 矩陣運(yùn)算※ 矩陣分解※ 矩陣特征值與特征向量計(jì)算※ 信號(hào)卷積※ 譜估計(jì)※ 復(fù)數(shù)運(yùn)算※ 一維和二維FFT※ 濾波器設(shè)計(jì)與濾波※ 曲線擬合※ 三次樣條擬合※ 貝賽爾函數(shù)※ 非線性優(yōu)化※ 線性方程組求解※ 微分方程MATLAB包括的工具箱有：※ 數(shù)字信號(hào)處理工具箱※ 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具箱※ 系統(tǒng)辨識(shí)工具箱※ 自擴(kuò)展工具箱MATLAB包括的繪圖函數(shù)：※ 直方圖※ 散點(diǎn)圖※ 曲線圖※ 三維網(wǎng)格圖※ 三維填充圖※ 等值線圖※ 極坐標(biāo)圖形※ X-Y繪圖※ 圖象顯示2、DADiSP：科學(xué)家和工程師的數(shù)據(jù)分析與圖形軟件DADiSP軟件由美國(guó)DSP Development Corporation公司研制，主要作為科學(xué)家和工程師用于數(shù)據(jù)分析和圖形。

4.什么是虛擬儀器

第一章 虛擬儀器及LabVIEW入門(mén)

1.1 虛擬儀器概述

虛擬儀器（virtual instrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，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。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。

虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：

? 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。

? 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。

? 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。

虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。

虛擬儀器的起源可以追朔到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開(kāi)發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。

普通的PC有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了VXI標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒(méi)有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的VXI機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。VXI儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器。

虛擬儀器研究的另一個(gè)問(wèn)題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接。目前使用較多的是IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來(lái)的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。

1.2 LabVIEW是什么？

LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。

圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。

1.3 LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制

1. 3.1 LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成

所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器（icon/connector）三部分。

5.測(cè)控技術(shù)與儀器的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)是什么

測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)以光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)一體化為特色，培養(yǎng)具有現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)、知識(shí)面寬、基礎(chǔ)理論扎實(shí)、計(jì)算機(jī)和外語(yǔ)能力強(qiáng)，可從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子信息、智能儀器、虛擬儀器、測(cè)量與控制等多領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、科技開(kāi)發(fā)、應(yīng)用研究、企業(yè)管理等多方面的高級(jí)工程技術(shù)及經(jīng)營(yíng)管理人才。同時(shí)因?yàn)樗麄儗I(yè)知識(shí)面寬廣，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和廣泛的發(fā)展空間，也可從事計(jì)量、測(cè)試、控制工程、智能儀器儀表、計(jì)算機(jī)軟件和硬件等高新技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、制造、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用等工作，轉(zhuǎn)行比較容易。

畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力：

1. 具有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)，較好的人文、藝術(shù)和社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ)及正確運(yùn)用本國(guó)語(yǔ)言、文字的表達(dá)能力；

2. 較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括機(jī)械學(xué)、電工電子學(xué)、光學(xué)、傳感器技術(shù)、測(cè)量與控制、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)及企業(yè)管理等基礎(chǔ)知識(shí)；

3. 掌握光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)相結(jié)合的當(dāng)代測(cè)控技術(shù)和實(shí)驗(yàn)研究能力，具有現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)與儀器的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)能力；

4. 具有較強(qiáng)的外語(yǔ)應(yīng)用能力；

5. 具有較強(qiáng)的自學(xué)能力、創(chuàng)新意識(shí)和較高的綜合素質(zhì)。

主干學(xué)科

儀器科學(xué)與技術(shù)。

主要課程

電工學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器原理及應(yīng)用、微機(jī)原理及應(yīng)用、控制工程基礎(chǔ)、信號(hào)與測(cè)試系統(tǒng)、智能機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)字化測(cè)控技術(shù)、精密儀器設(shè)計(jì)、測(cè)控電路設(shè)計(jì)、智能儀器設(shè)計(jì)、微機(jī)電系統(tǒng)。

實(shí)踐教學(xué)

包括軍訓(xùn)、金工、電工、電子實(shí)習(xí)，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)，社會(huì)實(shí)踐，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等，一般應(yīng)安排40周以上。