虛擬儀器技術的現狀及發展前景

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點擊量: 178582 來源: 上海御盈電子科技有限公司

  隨著計算機技術、大規模集成電路技術和通訊技術的飛速發展,儀器技術領域發生了巨大的變化,美商國家儀器公司(National Instruments)于八十年代中期首先提出基于計算機技術的虛擬儀器的概念,把虛擬測試技術帶入新的發展時期,隨后研制和推出了基于多種總線系統的虛擬儀器。

  虛擬儀器就是在通用計算機上加上軟件和(或)硬件,使得使用者在操作這臺計算機時,就象是在操作一臺他自己設計的專用的傳統電子儀器。在虛擬儀器系統中,硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出,軟件才是整個儀器系統的關鍵,任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法,很方便地改變、增減儀器系統的功能與規模,所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器技術的出現,徹底打破了傳統儀器由廠家定義,用戶無法改變的模式,虛擬儀器技術給用戶一個充分發揮自己的才能、想象力的空間。用戶(而不是廠家)可以隨心所欲地根據自己的需求,設計自己的儀器系統,滿足多種多樣的應用需求。

  虛擬儀器系統概念是對傳統儀器概念的重大突破,是計算機系統與儀器系統技術相結合的產物。它利用計算機系統的強大功能,結合相應的硬件,大大突破傳統儀器在數據處理、顯示、傳送、處理等方面的限制,使用戶可以方便地對其進行維護、擴展、升級等。

  虛擬儀器系統可以廣泛地應用在通訊、自動化、半導體、航空、電子、電力、生化制藥、和工業生產等各種領域。

  現有的虛擬儀器系統按硬件工作平臺主要可分為基于PC總線的虛擬儀器、基于VXI的虛擬儀器、基于PXI的虛擬儀器,所應用場合不同各有其特點。

  虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件,結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助您創建完全自定義的用戶界面,模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成,標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。這也正是NI近30年來始終引領測試測量行業發展趨勢的原因所在。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分,才能充分發揮虛擬儀器技術性能高、擴展性強、開發時間少,以及出色的集成這四大優勢。

  虛擬儀器技術的三大組成部分,首先是高效的軟件,軟件是虛擬儀器技術中*重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設計或調用特定的程序模塊,工程師和科學家們可以高效地創建自己的應用以及友好的人機交互界面。NI公司提供的行業標準圖形化編程軟件——LabVIEW,不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接,更能提供強大的后續數據處理能力,設置數據處理、轉換、存儲的方式,并將結果顯示給用戶。此外,NI 提供了更多交互式的測量工具和更高層的系統管理軟件工具,例如連接設計與測試的交互式軟件SignalExpress、用于傳統C語言的LabWindows/CVI、針對微軟Visual Studio的Measurement Studio等等,均可滿足客戶對高性能應用的需求。有了功能強大的軟件,您就可以在儀器中創建智能性和決策功能,從而發揮虛擬儀器技術在測試應用中的強大優勢。其次是模塊化的I/O硬件,面對如今日益復雜的測試測量應用,NI提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是1394總線,NI都能提供相應的模塊化的硬件產品,產品種類從數據采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業通訊,應有盡有。NI高性能的硬件產品結合靈活的開發軟件,可以為負責測試和設計工作的工程師們創建完全自定義的測量系統,滿足各種獨特的應用要求。目前,NI已經達到了每2個工作日推出一款硬件產品的速度,大大拓寬了用戶的選擇面:例如NI新近推出的新一代數據采集設備——先期推出的20款M系列DAQ卡,就為數據采集領域設定了全新的標準。*后是用于集成的軟硬件平臺。NI首先提出的專為測試任務設計的PXI硬件平臺,已經成為當今測試、測量和自動化應用的標準平臺,它的開放式構架、靈活性和PC技術的成本優勢為測量和自動化行業帶來了一場翻天覆地的改革。由NI發起的PXI系統聯盟現已吸引了68家廠商,聯盟屬下的產品數量也已激增至近千種。PXI作為一種專為工業數據采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺,內建有**的定時和觸發總線,再配以各類模塊化的I/O硬件和相應的測試測量開發軟件 ,您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數據采集應用,還是**的混合信號同步采集,借助PXI高性能的硬件平臺,您都能應付自如。這就是虛擬儀器技術帶給您的無可比擬的優勢。

  同時,虛擬儀器技術的四大優勢

  一、性能高

  虛擬儀器技術是在PC技術的基礎上發展起來的,所以完全“繼承”了以現成即用的PC技術為主導的*新商業技術的優點,包括功能超卓的處理器和文件I/O,使您在數據高速導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。此外,不斷發展的因特網和越來越快的計算機網絡使得虛擬儀器技術展現其更強大的優勢。

  二、擴展性強

  NI的軟硬件工具使得工程師和科學家們不再圈囿于當前的技術中。得益于NI軟件的靈活性,只需更新您的計算機或測量硬件,就能以*少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進您的整個系統。在利用*新科技的時候,您可以把它們集成到現有的測量設備,*終以較少的成本加速產品上市的時間。

  三、開發時間少

  在驅動和應用兩個層面上,NI高效的軟件構架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的*新技術結合在一起。NI設計這一軟件構架的初衷就是為了方便用戶的操作,同時還提供了靈活性和強大的功能,使您輕松地配置、創建、發布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。

  四、無縫集成

  虛擬儀器技術從本質上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產品在功能上不斷地趨于復雜,工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求,而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間。NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口,幫助用戶輕松地將多個測量設備集成到單個系統,減少了任務的復雜性。

  虛擬儀器技術不斷地擴展其功能及應用范圍。現在LabVIEW不僅能在PC上開發測試程序,而且可以在嵌入式處理器和FPGA上設計硬件。這一技術也將*終提供這樣的一個獨立環境,使用戶可以從設計測試系統到定義硬件的功能,如圖3所示。測試工程師將能使用合適的功能來進行系統級的設計。當他們需要定義專門的測量功能時,他們也將可以用同樣的軟件工具來“細化”到合適的級別以定義測量的功能。例如,工程師可以開發LabVIEW程序來使用模塊化儀器進行某些測量,如DC電壓和上升時間。當工程師需要開發專門的測量時,他們也可以使用LabVIEW對原始的測量數據進行分析,從而開發出專門的測量,比如峰值檢測。如果在某些情況下他們需要使用一些新的硬件功能來實現測量,如定制的觸發,那么他們可以用LabVIEW定義一個觸發和濾波方案,并嵌入到儀器卡上的FPGA中。

  虛擬儀器技術已成為測試、工業I/O和控制和產品設計的主流技術,隨著虛擬儀器技術的功能和性能已被不斷地提高,如今在許多應用中它已成為傳統儀器的主要替代方式。隨著PC、半導體和軟件功能的進一步更新,未來虛擬儀器技術的發展將為測試系統的設計提供一個**的模式,并且使工程師們在測量和控制方面得到強大功能和靈活性。

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