《基于虚拟仪器物质记录仪设计》-毕业论文（设计）.doc

1 引言 虚拟仪器是测控仪器经历了模拟仪器、数字仪器和智能仪器后的重要发展方向。它将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破传统仪器的框架，形成一种崭新的仪器模式。虚拟仪器方兴未艾，伴随着计算机及相关技术的不断进步，虚拟仪器必将迅猛发展，不断拓展其应用领域，更加深入人心。 本论文在研究虚拟仪器及相关技术的基础上，运用虚拟仪器于无纸记录仪的研发，最终形成一种基于虚拟仪器的多功能无纸记录仪设计方案。该记录仪具有温度、压力、转速等测量的功能[1]。 1.1 虚拟仪器技术的概念 自1986年美国国家仪器公司（NI）提出虚拟仪器(Virtual Instrument)的概念以来，这种集计算机技术、通讯技术和测量技术于一体的模块化仪器便在世界范围内得到了广泛的认同与应用，逐步体现了仪器仪表技术发展的一种趋势。由于微电子技术、计算机技术、网络通讯技术和软件技术的高度发展，以及它们与各种测量技术在仪器仪表上的应用，使新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断涌现并发展成熟，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，仪器测量的功能和作用也发生了质的变化。虚拟仪器概念的产生正是基于这样一种技术背景[2]。 在虚拟仪器系统中，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成了既有普通仪器的基本功能、又有一般仪器所不具备的特殊功能的新型仪器。虚拟仪器本质上是利用PC机强大的运算能力、图形环境和在线帮助功能，建立具有良好人机交互性能的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示，并通过一组软件和硬件，实现完全由用户自己定义、适合不同应用环境和对象的各种功能。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是解决信号的输入／输出问题的方法和软件赖以生存、运行的物理环境，软件才是整个仪器的核心构件，正如NI公司提出的口号“软件就是仪器”，任何使用者只要通过调整或修改仪器的软件，便可方便地改变和增减仪器的功能和规模，甚至仪器的性质。 虚拟仪器的构成：如果按照构成仪器的三大功能部件来分，所有控制系统、工业计测系统均可归纳至虚拟仪器的框架中来。目前较为常见的虚拟仪器是数据采集系统（SCADA）。可编程仪器的信号处理、定时控制、集成总线、高速缓存、DMA等技术的应用，使这样的SCADA系统能达到仪器级的性能、精度与可靠性。 虚拟仪器的软件开发平台：虚拟仪器的软件开发平台目前主要有两类：第一类是基于传统语言的Turbo C、VB、VC++等，这类语言具有适应面广、开发灵活的特点，但开发人员需有较多的编程经验和较强的调试能力；第二类是基于图形组态和编程的图形组态软件，如HP公司的VEE、IOtech公司的Dasylab、NI公司的LabVIEW、Capital Equipment公司的Testpoint 2.0和HEM公司的Snap-Master等。这类组态软件都通过建立和连接图标来构成虚拟仪器工作程序并定义其功能，而不是用传统的文本编辑形式。它们具有编程效率高、通用性强、交叉平台互换性好的特点，适用于大批量多品种仪器的生产。该类软件缺点是缺少程序流程控制，大都解释执行。 当今的仪器仪表开发技术正与计算机技术日益紧密地结合在一起，利用虚拟仪表技术开发基于PC机的多功能无纸记录仪，可使其硬件结构简单、可靠性高、兼容性好、功能大大增强、使用更为灵活，并且可通过更新软件实现不同的记录要求，真正达到一机多用的目的[3-5]。 1.2 虚拟仪器的组成 虚拟仪器是仪器技术和计算机技术深层次结合的基础上产生的一种新的仪器模式。虚拟仪器是指采用通用计算机和必要的仪器硬件模块，利用计算机强大的数字处理能力代替原来需要硬件才能实现的数据处理功能和人机交互功能，使用户操作虚拟仪器就像操作一台专门为自己设计的传统仪器一样。虚拟仪器不强调每一个功能模块就是一台虚拟仪器，而是强调在同一计算机平台上选配一组带共性的基本仪器硬件和软件模块组成一台多功能的仪器，通过不同的软件模块实现多种功能，而整个测试平台没有多大变化。即虚拟仪器强调多功能，测试硬件标准化通用这一特征[6]。 虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、通讯控制及图形化人机交互界面软件组成的测控系统，是一种以软件为核心，计算机为中心的模块化仪器系统。其功能模块与传统仪器一样包括信号的采集与控制、信号的分析与处理、人机交互。硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是各类计算机。计算机在整个虚拟仪器系统中处于中心的位置，它统领着虚拟仪器的所有硬件资源，是虚拟仪器的硬件基础。虚拟仪器的硬件构成。虚拟仪器通过总线把这些硬件模块组合在仪器，应用虚拟仪器应用软件对硬件模块进行控制实现测试所需的多种