虚拟实验室的虚拟仪器开发.doc

虚拟实验室的虚拟仪器开发
　　摘要：虚拟仪器在很多行业中都有广泛的应用，而基于虚拟仪器的虚拟实验室和被越来越多的高校所采用，在很大程度上提高了教学质量，节约了成本，本文以电路过渡过程监测仪的开发为例，揭示了虚拟仪器和虚拟实验室的开发过程中的问题和解决方式。
　　关键词：虚拟仪器；虚拟实验室；LabVIEW；电路过渡过程监测仪
　　
　　虚拟仪器
　　
　　虚拟仪器的出现是测量仪器发展史上的一场革命。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展和在测量与仪器上的应用以及测试的新理论、新方法、新领域的发展导致了一种新型仪器――虚拟仪器(Vir-tual Instrument)的诞生。它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展仪器的功能；用计算机屏幕可以形象、方便地模拟各种仪器的调控面板，以各种需要的形式表达输出检测结果；用计算机软件实现大部分信号的分析和处理，完成各种调控和测试功能。“软件即是仪器”，在虚拟仪器系统中，软件发挥着核心作用，已有这样的一类虚拟仪器及其系统，在其中，硬件仅是为了解决信号的输入输出，而核心功能以软件来完成，基于虚拟仪器，用户可以根据自己的需要定义仪器的功能，通过软件修改的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模。与传统仪器相比，虚拟仪器的优点如表l所示。
　　但是虚拟仪器也并非十全十美，在与其他设备连接时容易受到客观环境和条件的限制，另外由于需要进行大量的软件计算，可能造成较大的时延，此种情况下需要用传统的硬件仪器来代替。
　　虚拟仪器可以用于国防、航空航天、核物理、石油化工等领域，目前开发环境主要有两类：一类是文本语言，如C、C＋＋、LabWindows/CVI等等；另一类是图形语言，如NI公司的LabVIEW和HP公司的VEE等等。由于图形语言开发的方便性，受到了广大工程师的欢迎，一个在计算机语言方面没有很多经验的工程师也可以在较短时间内掌握虚拟仪器开发的技术，并能应用到工程实践当中。
　　
　　虚拟仪器在大学实验室建设中的应用
　　
　　由于虚拟仪器具有以上各种优点，并且随着计算机硬件和信号处理箱等辅助设备价格的下降以及计算能力的提高，虚拟仪器已经可以代替大部分电路电子学实验设备，从而为虚拟实验室的开发提供了可能。随着校园网的普及，网络虚拟实验室可以提供在线实验，一方面节省了大量的实验室、硬件、人员等支出，另一方面也能有效管理实验进程。虚拟仪器也可以用在各种物理学和其他与信号观测和处理相关的领域。
　　美国的斯坦福大学的机械系就要求三、四年级学生在实验时用虚拟仪器进行实验的数据采集和实验控制。国内一些大学如清华大学、西安交通大学、华北电力大学、东南大学、复旦大学、上海交通大学、暨南大学、华中科技大学、四川大学等都成功的开设了虚拟仪器的相关课程并开发了一系列的虚拟仪器用于教学实验。值得注意的是，一些规模较小，条件困难，经费紧张的学校，也开始引进基于虚拟仪器的实验室，很大程度上解决了实验经费短缺的问题。
　　
　　设计实例：电路过渡过程监测仪
　　
　　由于开发过程中实现监测和回放功能的主要控件不同，而两者需要设定的参数也是不同的，所以整个面板上的控件较多，为了使仪器面板更清晰，更易于控制，同时也为了避免一些不必要的误操作，所以将监