一种普适虚拟仪器设计方法的研究

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1、一种普适虚拟仪器设计法研究第一章绪论第一章绪论帚一早瑁y匕1．1课题提出的背景虚拟仪器(XrmualInstrument，VI)是充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能，“软件即仪器”的概念实现了对传统的仪器概念的重大突破。近几年，虚拟仪器的技术发展很快【I】，特别是以特定硬件为支撑的软件平台开发，这些技术一般依赖于各大公司的硬件产品。由于缺少系统的硬件环境，目前国内的研究都是针对开放的硬件系统进行，取得一些成果，由于开放的硬件品种繁多、接口不规范统一、技术标准不一致，虚拟仪器

2、设计方法的研究更具有挑战性，必须重点解决以下问题：【1】资源不透明性，设计人员必须熟悉从传感器(执行机构)的选择、连接电路、I／O通道到数据的格式每一个细节；【2】设计人员往往竞争熟悉和常用的资源，这些资源并不是解决问题的最好的选择，难以设计最有效的虚拟仪器；【3】单一的代码式人机交互繁琐和低效，分散了设计人员太多的精力或注意力。对此，本文基于普适计算中两个最重要的概念：透明性和觉察上下文计算，提出了一种普适虚拟仪器设计的方法，对主要资源分类并建立资源集(如传感器集、执行机构集、连接电路集、通信方式集、I／O通道集等)，通过资源选择透明、物

3、理连接透明和数据交换透明，屏蔽了物理的驱动和使用细节。使用觉察上下文计算，可以在用户不完整或不精确的(显式)输入下根据用户上下文、任务上下文、产品上下文等信息(隐式输入)完成测试流程设计，简化虚拟仪器软件的设计过程。1．1．1虚拟仪器的概念虚拟仪器(VirtualInstrument，VI)是目前测试与控制领域中最流行的技术之一，它是随着计算机技术、现代测量技术发展起来的，它可以具体描述为“利用现有的PC机，加上特殊设计的仪器硬件和软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器”。虚拟仪器概念是对传统仪器概念的重大

4、突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物，“软件即仪器”(SoftwareisInstrument)是虚拟仪器概念最简单也是最本质的表达【2】，13]。第一章绪论一种普适虚拟仪器设计法研究ⅢII{^口4☆州，J工，'Jjl，～L1GPm接口仪器信号现场串行调理图像总线VⅪ口仪采集仪器器卡设备数据DSPPLCGPIB接口卡采集卡上工业自动化软件测量与分析软件传统编程语言·BridgeVIEW·LabVIEW(VEE)·VisualC++·Lockout·LabWindows／CVI·VisualBasic·ComponentWorks·C

5、omponentWorksHiQ·C++BUiider·VirtualBenchIVI·Delphi等等一1)r、．扪，—r』y}^brL彬I‘，上。lF舶l图1．1虚拟仪器的构成虚拟仪器实质上是一种创新的仪器设计思想，而非一种具体的仪器。换言之，虚拟仪器可以有各种各样的形式，完全取决于实际的物理系统和一起构成数据采集单元的硬件类型，但虚拟仪器离不开计算机控制，计算机是虚拟仪器的核心，而软件是虚拟仪器设计中最重要、最复杂的部分【4】(如图1．1所示)。虚拟仪器中硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号、执行计算机发出的各种动作，而软件的作用

6、是控制整个虚拟仪器的动作流程，实现数据采集、融合、分析、处理、显示等功能【51。1．1．1．1虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台是各种类型的计算机，如PC机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。计算机管理着虚拟仪器的软硬件资源，是虚拟仪器的硬件支撑。计算机技术在显示、存储能力、处理性能、网络、总线标准等方面的发展，推动着虚拟仪器系统的发展。按照测控功能硬件的不同，虚拟仪器可分为GPIB、VXI和PXI几种标准体系结构【6】。1．GPIB通用接口总线GPIB(GeneralPurpose

7、InterfaceBus)接口总线是计算机和仪器间的标准通信协议，它的硬件规格和软件协议已经纳入国际工业标准IEE488．1和IEE488．2。典型的GPIB测试系统包括一台计算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器。每台GPIB仪器有单独的地址，由计算机控制操作。系统中的仪器可以增加、减少或2一种普适虚拟仪器设计法研究第一章绪论更换，只需对计算机的控制软件作相应改动。GPIB的数据传输速率较低，一般低于500KB／s。2．VXI总线系统VXI(VMEbusExtensionforInstrumentation)总线系统是VME总线在仪

8、器领域的扩展，它是在VME总线、Eurocard标准(机械结构标准)和IEEE488标准的基础上，由主要仪器制造商共同制定的开放性仪器总线标准。VXI系统可包含256个装置，由主