基于Python的虛擬儀器技術(shù)研究及實現(xiàn)
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先用QtDesigner生成整體GUI框架，保存為Form．ui文件。Windows下運行cmd，在C根目錄調(diào)用pyuic4命令：pyuic4 Form．ui>Form．py，將PYQT生成的UI文件轉(zhuǎn)成py文件，然后自定義start．py直接調(diào)用生成的py文件，運行start．py就可以顯示創(chuàng)建的GUI界面。然后對GUI的每一個控件編輯其對應(yīng)的信號與槽，比如在文中實例中的“關(guān)閉”按鈕，調(diào)用connect()方法綁定點擊按鈕的“clicked()”信號與槽函數(shù)close()”，這樣當(dāng)我們鼠標(biāo)點擊“關(guān)閉”按鈕的時候程序就會退出。與此類似，綁定其余按鈕的功能。這里還可以調(diào)用：
PyQt4．QtCore．pyqtSignal(types[，name])
創(chuàng)建一個或多個重載綁定信號作為類屬性。其中type確定信號的C++識別標(biāo)志，類型可以是Python類型或C++類型名稱的字符串，也可以是類型的一組列表，在列表情況下，每一項定義了不同重載方法，第一項為默認(rèn)值。Name是信號的名稱，如果省略則使用屬性的類的名稱，這只能作為一個關(guān)鍵字參數(shù)。
槽函數(shù)(slots)的設(shè)置是整個GUI的核心，基于Python面向?qū)ο蟮膬?yōu)勢，我們可以調(diào)用各種父類，父類方法，自定義類，自定義方法等等作為槽函數(shù)與相應(yīng)的信號相綁定，實現(xiàn)程序的重復(fù)利用，并且可以在后期較容易的擴展程序的功能，通過這種代碼復(fù)用可以大大縮短虛擬儀器開發(fā)周期。
1．3 NumPy的數(shù)據(jù)處理
虛擬儀器一般都會帶有顯示屏幕，有的儀表顯示數(shù)字，有的儀表則顯示圖形。通過軟件的形式顯示測量結(jié)果，一般需要對采集數(shù)據(jù)進行大量的數(shù)學(xué)運算，比如信號調(diào)幅、調(diào)頻、濾波、數(shù)字信號處理等等，數(shù)據(jù)處理是虛擬儀器不可或缺的一部分，而且數(shù)據(jù)處理一般要求高效準(zhǔn)確。NumPy相當(dāng)于Matlab的Python版本，繼承了Matlab的強大數(shù)據(jù)處理能力。NumPy提供兩種基本的對象ndarray (N-dimensional arrayobie ct)和ufunc(universal function object)。ndarray是存儲單一數(shù)據(jù)類型的多維數(shù)組，而ufunc則是能夠?qū)?shù)組進行處理的函數(shù)。NumPy的核心是ndarray對象，它是一個封裝好的，只能存儲同個類型數(shù)據(jù)的多維數(shù)組。NumPy里，數(shù)組元素對數(shù)組元素的操作是用C寫的，并預(yù)先編譯好了以提高操作速度。NumPy不僅能保證足夠快速的計算處理，還繼承了Python語言代碼簡潔的特性。比如需要對一個給定的多維數(shù)組x進行FFT變換，只需調(diào)用np.fft.fft(x)就可以得到變換的結(jié)果。
2 方案設(shè)計與驗證
基于上述的討論，設(shè)計完成了一個虛擬頻譜分析儀，該儀器的工作原理是通過設(shè)置儀器相關(guān)的參數(shù)對采集信號進行實時顯示，而后通過濾波加窗等處理進行頻域分析，得到幅值譜、相位譜、自相關(guān)函數(shù)、相干函數(shù)等的過程。儀器系統(tǒng)的處理流程如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/193036.htm
在儀器的波形顯示部分，這里調(diào)用了Tabwidget控件，通過控制Tabchange()信號實現(xiàn)時域波形和頻域波形的顯示及切換。Tabwidget本身無法充當(dāng)畫布功能，也就是說不能直接在上面顯示波形。因此，在Tabwidget的2個tab標(biāo)簽中分別嵌入一個QwtPlot控件，它可以提供一個二維的坐標(biāo)圖，讓我們在上面繪制曲線、刻度值等我們想要表達的圖形數(shù)據(jù)信息。調(diào)用setAxisTitlle(xBottom，String)方法和setAxisTitlle(vLeft，Str4ng)方法可以改變坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)的名稱。同時還需要創(chuàng)建一個QwtPlotCurve用來控制QwtPlot上的曲線類型，它可以設(shè)定線的樣式(實線或虛線)、線寬、顏色等。取得需要顯示的波形數(shù)據(jù)后，通過setData()方法，先將數(shù)據(jù)給予QwtPlotCurve，然后由QwtPlot Curve通過調(diào)用attach()方法將波形繪制到QwtPlot上，最后通過QwtPlot類的repoh()方法將波形顯示在GUI界面的Tabwidget控件中。
輸入信號后，調(diào)用combobox控件的GetWindowText()方法取得采樣頻率，采樣點數(shù)等參數(shù)信息，通過綁定“開始采樣”的“clicked()”信號觸發(fā)相關(guān)槽函數(shù)將波形顯示在窗口上。這里放置了3個RadioButton，并把他們嵌入到Gmup Box里作為一個整體，通過他們的Checked屬性，獲取相應(yīng)窗函數(shù)信息對信號進行加窗處理，分析。
儀器界面的效果圖如圖3所示。
3 結(jié)束語
Python是一門年輕、開源、充滿活力的腳本編程語言。文中以Python為核心，結(jié)合PYQT把面向?qū)ο笏枷霊?yīng)用于虛擬儀器開發(fā)，使用戶可以根據(jù)自身需求方便地修改程序以增減儀器的系統(tǒng)功能或規(guī)模，而且可以充分實現(xiàn)程序的重復(fù)利用。用Python開發(fā)虛擬儀器層次清晰，周期短，代碼易修改。在一定程度上比LabvIEW具有更大的優(yōu)勢，具有廣泛的研究前景。
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