2虛擬儀器概念

　　虛擬儀器是借助于強大的計算機軟件和硬件環境的支持，建立虛擬的測控儀器面板，完成儀器的控制、數據分析和結果輸出。使用鼠標或鍵盤操作計算機上的前面板，就如同操作一臺自己定義，自己設計的專用測控儀器一樣。虛擬儀器是利用計算機的I O設備來實現數據采集及調理；利用功能強大的計算機軟件來實現對數據的運算、處理和分析；利用計算機的顯示功能來構造虛擬儀器的控制面板并以多種功能實現檢測結果的輸出，從而在計算機上構建了一臺虛擬的儀器。虛擬儀器的功能構成如1所示。

　　2 1虛擬儀器的特點

　　2 1 1經濟實惠

　　首先，虛擬儀器的前面板上的控件都是與實物相象的圖標，而不是傳統儀器上的實物，用戶可用計算機的鼠標或鍵盤來對其進行操作；另一方面，虛擬儀器的測試功能是在以計算機為核心的硬件平臺上，通過軟件編程設計來實現儀器的測試功能，而且用戶可以根據自己的測試需要，通過軟件模塊的組合來實現各種不同的測試功能。

　　2 1 2方便適用

　　首先，虛擬儀器的功能不是事先由廠家決定，而是用戶根據自己的需要用軟件來定義的，從而使得整個儀器的功能以及操作面板就更具個性化。另外，由于減少了大量儀器硬件的制作，就使得儀器的研制周期大為縮短，同時整個測試過程也簡便化。

　　2 1 3提高測試效果

　　虛擬儀器的這種利用計算機及軟件將多種測試集于一體的方法不僅縮短了測試時間，而且也提高了測試的精度。嵌入式數據處理器建立的一些功能性數學模型，使測試數據不會隨時間發生變化，這樣就保證了測量精度和可重復性，而不需要定期進行校正。

　　2 1 4開放且靈活

　　因為虛擬儀器本身就是以計算機為載體，軟件為核心，加上統一的I O接口，所以它可隨計算機同步發展，還可以與網絡及其它接口設備互聯。

　　3虛擬儀器的代表語言LabVIEW

　　NI公司推出的LabVIEW已經成了虛擬儀器的標志性語言，由于虛擬儀器的延伸和發展，才使得LabVIEW的應用更加廣泛；反過來，也是因為LabVIEW的成功，才使得虛擬儀器的概念在學術界和工程界被廣泛接受。LabVIEW作為一種軟件工具語言，具有以下特點。

　　3 1 LabVIEW軟件的編程包括前面板的設計和后面的程序設計

　　前面板的設計就是設計一臺儀器的操作面板，它被用來實現儀器的控制和信號的表達功能；后面的程序設計是用來實現儀器的內部功能，即對信號的采集，處理等一系列的操作。

　　3 2靈活的菜單編輯功能

　　LabVIEW提供的菜單編輯功能不僅能使菜單個性化，適合自己的習慣，而且還可以緩解LabVIEW前面板控件擁擠的現象。

　　3 3方便的圖形編程方式

　　LabVIEW編程是基于圖形方式的，采用的是數據流（ DataStream） ，而不像傳統的文本方式編程語言強調信號處理的實際流程。這樣就有利于簡化編程，縮短開發時間和難度。LabVIEW提供了豐富的數據采集、分析及存儲的庫函數，為用戶編程提供了極大的方便。

　　3 4便捷的程序調試功能

　　LabVIEW不僅提供了傳統的程序調試手段，如設置斷點，單步運行，還提供了高亮度執行工具，使程序動畫式運行，有利于設計者觀察程序運行的具體細節，這樣就使得程序的調試更為便捷。

　　4虛擬儀器在遠程測控中的應用

　　在網絡化不斷發展的今天，遠程測控已成為了一種新趨勢。在LabVIEW中，提供了非常簡潔的網絡傳輸方式，用DataSocket可以進行數據傳輸；使用Web可以在網上發布LabVIEW程序面板以及前面板，也可以發布HTML文件。下面以DataSocket對測控前面板數據鏈接和程序中的數據傳輸為例進行具體說明。

　　對于遠程實時監控，前面板數據鏈接比較方便。

　　建立前面板鏈接的方法是在準備鏈接的控件上彈出快捷菜單，選擇Data Operations DataSocet Connection，在彈出的對話框中，用戶就可以選擇自己所要鏈接的IP地址進行鏈接。LabVIEW前面板的控制件和顯示件都既可以發布數據，也可以接受數據，并且發送或接收數據并不影響它們原來的行為能力，它們的實際值只取決于對它的*后操作。用戶可以在測試現場的計算機上安裝一個測控程序，在遠程控制室里的計算機上安裝相同的前面板，顯示件由現場計算機向控制室的計算機進行鏈接，向控制方向傳送現場測試數據；控制件從遠程控制室的計算機向現場計算機進行鏈接，向現場方向傳輸操作者的控制信息。這樣用戶就既可以在現場進行監控，也可以在遠程控制室里很方便地了解現場情況，并對其實時監控。

　　下面舉例說明在虛擬儀器中如何運用DataSocket進行前面板數據傳輸，實現遠程監控。假設從現場采集到一個正弦波，通過現場計算機網絡向遠程控制室傳送數據。首先，在現場計算機上建立一個數據采集程序，如為程序面板，如為前面板。

　　然后在控制室里的計算機上建立一個和一樣的前面板（值得特別注意的是：控制室里的計算機上只需要有前面板，不必進行后面板的程序連接）。

　　使用DataSocket進行數據連接時，在前面板需要鏈接的對象上點擊右鍵，選擇Data Operation DataSocket Connection，此時桌面上就會出現如下選項：

　　Connect To鏈接位置。a里填寫要鏈接的IP地址及鏈接對象名，如填寫的dstp：192 168 0 251幅值。值得注意的是：不論是發布數據還是接收數據，a都填寫發送數據方的地址。

　　Connections Type鏈接類型。發布數據選Publish，接收數據選Subscribe.對于例子中現場計算機前面板上的控件頻率和幅值選擇Subscribe，而顯示件波顯示則選擇Publish；對于遠程控制室計算機前面板上的控件頻率和幅值選擇Publish，顯示件波顯示選擇Subscribe.然后再選中Enabled項。

　　在兩個前面板鏈接設置完以后，在程序運行之前兩處計算機都必須打開DataSocket Server.如果運行后鏈接正常，兩處計算機上的前面板鏈接對象右上角的鏈接指示燈（也就是右上角的小方塊）都會變成綠色，否則都呈紅色。

　　鏈接成功后，操作人員在遠程控制室里就可以直接看到現場測試的結果顯示，如例子中的波形圖，經過對顯示結果的分析研究，可以根據需要對現場計算機上的參量控件進行遠程控制，比如在例子中就是可以遠程控制現場的參量頻率和幅值的大小。

　　另外，也可以在程序中使用DataSocket傳輸數據。具體方法是：首先在現場測試計算機上編制一個向a指定的地點寫數據的程序，如所示（仿照上面的例子） ，然后在遠程控制室計算機上編寫一個從指定的a地址中讀數據的程序如所示。

　　這樣就實現了現場顯示件的數據向控制室方向傳送。同理也可以實現遠程控制室控件的數據向現場傳輸。

　　為了避免因讀寫速度的不一致造成數據丟失，一般在DataSocket程序傳輸數據時，要使用緩沖器方式傳輸數據。

　　使用DataSocket進行數據傳輸可以給生產、生活帶來很大的方便。比如再加上一個攝像頭，手術專家不用到現場，就可以通過DataSocket傳輸攝像頭采集的圖像數據，了解現場病人精神面貌等外部狀況；通過對他的身體測試顯示件顯示出的數據了解病人的身體情況，如心電圖，腦電圖等；*后通過控件操作機器手就可以對遠方的病人動手術。

　　5結束

　　虛擬儀器對傳統儀器的很多方面都進行了擴展和**。然而，它也還有很多方面有待進一步完善，比如虛擬儀器與傳統儀器在應用上還有一定的距離，對于一個不太了解LabVIEW的操作人員來說，操作起來還有一定的難度。如果能使各儀器的功能在虛擬儀器上模塊化，儀器模塊的相互銜接更接近傳統儀器，用戶使用虛擬儀器和使用傳統儀器沒什么差別，虛擬儀器的運用會更廣泛。在計算機軟、硬件發展的帶動下，虛擬儀器將會不斷地得到改善和發展，各行業的測控儀器也將會是一次飛躍性的進步。