虛擬系統(tǒng)在自動化測量技術中的應用

　儀表測量技術是測量學的一個重要分支。儀表測量技術隨著科技的發(fā)展，已邁入一個全新領域，測量儀表和計算機之間的界限正逐步消失。沒有測量就沒有鑒別，科技就不能發(fā)展和前進。測量必須依據(jù)標準和規(guī)范按照正確測試方法進行，并以相關規(guī)定標準極限參數(shù)作為依據(jù)。

　　測量學與測量儀表的發(fā)展大致經(jīng)歷4個階段：模擬式、數(shù)字化、智能型和虛擬型測量儀表。隨著科學技術的發(fā)展，誕生了自動測試系統(tǒng)，它是將計算機、通信和檢測技術有機地結(jié)合的新興技術。它經(jīng)歷了3個時期：

　　(1)組合總裝配化時期：把多種不同功能的程序控制器與多種不同功能的輸入輸出電路組合總裝配成一體的測試系統(tǒng)。這種測試系統(tǒng)的開發(fā)設計制造成本較高，維護困難，測試應用有一定局限性。

　　(2)標準化接口測試時期：這類測試系統(tǒng)應用專門的接口，按需要實施測試功能的改變，它不僅組建方便，且使用靈活，性能優(yōu)越，獲得了廣泛應用。

　　(3)PC微機測試時期：應用微機與通信技術組合而成的“虛擬儀器”測試技術，給測試系統(tǒng)的騰飛上了一個全新臺階，對測試理論、測試方法等諸多方面產(chǎn)生了巨大影響。虛擬儀器系統(tǒng)是自動測試系統(tǒng)發(fā)展的方向和必然趨勢。

　　一、虛擬測量系統(tǒng)軟硬件技術

　　虛擬儀器控制面板是應用PC機顯示器的模擬仿真功能來顯示，它使用PC機軟件功能實現(xiàn)信號運算、分析與處理，通過I/O接口設備(卡)完成信號采集、測量和處理，使得各類測試功能得以完美實現(xiàn)。虛擬儀器系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。

　　1．通用儀器硬件平臺

　　組成虛擬儀器硬件平臺有兩個部分：

　　(1)PC機或工作站，是硬件平臺的核心；

　　(2)I/O接口設備；主要完成被測輸入信號的采集、放大、A/D轉(zhuǎn)換。按實際情況應用不同I/O接口設備(卡)、如數(shù)據(jù)采集板/卡(DAQ)、GPIB通用接口儀器總線、VXI總線儀器模塊和串口模塊等。

　　虛擬儀器面板上各類控制器件：如開關、按鍵、顯示器等器件模擬仿真了真實儀器的通、斷；測量信號的輸入通道、放大倍數(shù)等參數(shù)設置；測量的波形顯示、數(shù)值顯示結(jié)果均在微機顯示器獲得顯示。設計虛擬儀器面板的過程就是在前面板設計窗口中，從控制模板中選取、安排所需圖形控制器件。我們可應用虛擬儀器軟件的開發(fā)工具，應用圖形化編程語言，輕松完成一個實用且美觀的虛擬儀器前面板的設計。

　　2．軟件結(jié)構(gòu)

　　虛擬儀器軟件由兩部分組成：

　　(1)應用程序：包括實現(xiàn)虛擬儀器面板功能的前面板軟件程序和定義測試功能的前面板軟件程序；

　　(2)I/O接口儀器驅(qū)動程序：用來完成特定外部硬件設備擴展、驅(qū)動與通信。

　　開發(fā)虛擬儀器，必須有合適的工具軟件。當前虛擬儀器的軟件工具已有多種，其一是文本式的編程語言軟件，如C、Visual C++、Visual Basic、LabWindows/CVI等；其二是圖形化編程語言軟件，如LabView、Agilent VEE等。在PC機為核心的硬件平臺支持下，通過應用軟件來實現(xiàn)測量功能，并可通過不同測試功能的軟件模塊來實現(xiàn)多種測試功能。

　　二、軟件系統(tǒng)設計要求

　　在組建自動測試系統(tǒng)時，必須采用國際上通用的總線和接口，軟件和硬件也必須采用開放式模塊化結(jié)構(gòu)，使得整個測試系統(tǒng)互換性和互操作性好，系統(tǒng)標準化程度高，以方便與市場眾多的虛擬儀器兼容，且方便修改、更新和升級換代。

　　軟件設計必須達到以下要求：較高可靠性；較高效率；盡可能保持不同平臺和不同操作系統(tǒng)之間可移植性，不同測試接口之間最大兼容性及互換性和不同測試系統(tǒng)之間的通用性。在軟件設計時必須應用如下關鍵技術：

　　(1)為保證不同平臺和不同操作系統(tǒng)之間的可移植性，必須采用符合VPP(VXI PlugPlag)規(guī)范軟件的開發(fā)環(huán)境；

　　(2)采用虛擬儀器軟件VISA軟件的結(jié)構(gòu)技術，保證不同測試接口間最大的兼容性及互換性；

　　(3)采用VPP規(guī)范軟件的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)，保證儀器驅(qū)動程序良好的兼容性及通用性；

　　(4)應用開放數(shù)據(jù)庫ODBC互聯(lián)技術及SQL數(shù)據(jù)庫查詢語言，保證軟件通用性；

　　(5)應用模塊化軟件結(jié)構(gòu)的設計方法，提高系統(tǒng)軟件的靈活性、可移植性和可維護性，降低系統(tǒng)復雜性。