虚拟仪器及LABVIEW及compactRIO
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虚拟仪器作为传统仪器的替代产品，市场容量 大。据专家预测，到本世纪中叶我国将有50%的 大。据专家预测，到本世纪中叶我国将有50%的 仪器为虚拟仪器。 从上世纪90年代开始，国内的一些大学相继开展 从上世纪90年代开始，国内的一些大学相继开展 了虚拟仪器系统的研究与开发工作，如: 了虚拟仪器系统的研究与开发工作，如:哈尔滨工 业大学、重庆大学、国防大学、电子科技大学、 国防科技大学等。
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1.4 虚拟仪器技术应用领域
一、工业测控 二、时序分析 三、系统仿真 四、远程测量
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化工生产流量测控
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滤波器频响分析
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汽车引擎 震动分析
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马路路灯照度模拟
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1.5虚拟仪器的应用现状 1.5虚拟仪器的应用现状
国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面市，当 国际上从1988年开始陆续有虚拟仪器产品面市，当 时有五家制造商推出30种产品，此后，虚拟仪器产品 时有五家制造商推出30种产品，此后，虚拟仪器产品 成倍增加，到2004年底，虚拟仪器制造厂已达几百家， 成倍增加，到2004年底，虚拟仪器制造厂已达几百家， 共生产几千种虚拟仪器产品，销售额达几十亿美元， 占整个仪器销售额20%以上。 占整个仪器销售额20%以上。 美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大虚拟仪器制 造国。生产虚拟仪器的主要厂家有NI公司、HP公司、 造国。生产虚拟仪器的主要厂家有NI公司、HP公司、 Tektronix公司。这些厂家的产品在国际市场有较强的 Tektronix公司。这些厂家的产品在国际市场有较强的 竞争力，目前已批量进人中国市场。
7
虚拟含义两方面 一方面：虚拟仪器的面板是虚拟的 一方面：虚拟仪器的面板是虚拟的; 另一方面： 另一方面：虚拟仪器测量功能由软件编程来实现的。
计算机就是仪器， 计算机就是仪器，软件就是仪器
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虚拟仪器工作原理
利用PC显示器（CRT）的显示功能模拟传统仪器的控制面板 利用 显示器（ ） 显示器 以各种形式输出检测结果 由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理 接口设备完成信号的采集、 接口设备完成信号的采集 用软件实现信号数据的运算、分析、处理 用软件实现信号数据的运算、分析、
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图×：示波器流程图
图×：示波器流程图
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下面介绍工具条上常用按钮的功能（其他按钮功能见附录）
：运行（Run），如果VI有编译错误，此按钮将变成 ：运行（Run），如果VI有编译错误，此按钮将变成
。
：连续运行（Run Continuously）。 连续运行（ ）。 ：异常中止执行（Abort Execution）。 异常中止执行（ ）。 。 加亮执行（ Execution）， ），只 :加亮执行（Hightlight Execution），只 有流程图中有。进入加亮执行时， 有流程图中有。进入加亮执行时，变成 此时，流程图中的数据变亮，同时显示VI执 此时，流程图中的数据变亮，同时显示VI执 VI 行中的一些中间数据。 行中的一些中间数据。 提示： 会使LEBVIEW占用大量CPU LEBVIEW占用大量CPU， 提示：使用了 会使LEBVIEW占用大量CPU，
1.2 虚拟仪器的形成和发展
电子测量仪器(Electronic Instruments)及自动测试系 电子测量仪器(Electronic Instruments)及自动测试系 统(Automatic Test System, ATS)的发展 ATS)的发展
第一代电子仪器 第二代电子仪器 第三代电子仪器 模块化 智能仪器 计算机嵌入到 仪器中 模拟式自动测试系统 第一代测试系统 第二代测试系统 模块化 GPIB 仪器系统 台式仪器积木型 模块化 仪器系统 模块仪器集成型 软件仪器自定义 型 个人仪器 第四代仪器系统 仪器模块嵌入 计算机中 第三代测试系统 虚拟仪器 及系统 第四代电子仪器
3
如：虚拟示波器
Vi
输入电路
A/D
RAM
控制系统
PC机
4
虚拟数字电压表 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
5
虚拟仪器的概念1 虚拟仪器的概念1 ：
用软件构造的， 看得见、摸不着、断电即逝” 用软件构造的，“看得见、摸不着、断电即逝”，既是 PC机又是仪器的“仪器”又称为“虚拟仪器”。 机又是仪器的“ 机又是仪器的 仪器”又称为“虚拟仪器” 包含实际仪器使用、操作信息的软件与PC机结合构成的仪 包含实际仪器使用、操作信息的软件与PC机结合构成的仪 PC 就称之为虚拟仪器。 器，就称之为虚拟仪器。 或者说，虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的PC机仪器， 或者说，虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的PC机仪器，它 PC机仪器 PC机 一系列功能化硬件模块和控制软件组成。 由PC机、一系列功能化硬件模块和控制软件组成。
虚拟仪器技术,LabVIEW compactRIO简 虚拟仪器技术,LabVIEW 及compactRIO简 介
1
1.虚拟仪器介绍 1.虚拟仪器介绍 bview介绍 bview介绍 3.cRIO介绍 3.cRIO介绍
2
1.1 虚拟仪器的基本概念
1. 虚拟仪器的定义 传统仪器：特定功能和仪器外观（机箱，操作面板，信号输入输出 传统仪器：特定功能和仪器外观（机箱，操作面板，信号输入输出 端，开关、旋钮）。 端，开关、旋钮）。
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流程图窗口
流程图窗口提供VI的图形化源程序，相当于实际仪器箱内的东 西，在流程图中程序员用图形语言编写LabVIEW程序源代码， 以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出控件。如图所示的 示波器流程图，上面包括前面板上的控件的连线端子，还有一 些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连 线等。
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1.2 什么是LabVIEW? 什么是LabVIEW?
LabVIEW（Laboratory LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本 orkbench）是一种用图标代替文本 行创建应用程序的图形化编程语言。具有强大的 数据采集、仪器控制功能的软件。 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决 传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决 定程序执行顺序，而LabVIEW 则采用数据流编 定程序执行顺序，而LabVIEW 则采用数据流编 程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了 程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表 示数据流向。
数字化 模拟仪器 数字仪器
计算机化
数字化 扫描 测试系统 专用
1.3 虚拟仪器的系统结构
1. 虚拟仪器系统组成及各部分基本功能
（1）虚拟仪器的系统构成
硬件和软件两大部分构成。 硬件是基础，软件是核心。
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（2）各部分基本功能
虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与 处理、结果表示与输出三大功能模块。 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用硬件平台，并配合仪器驱 动程序共同完成，而数据分析与处理、结果表达与输出则主要 由用户应用软件完成。
传统仪器 专用硬件系统 开发时间长、技术要求 开发时间长、 高、系统功能较专一 开发与维修开销高 长（5~10年） 5~10年 价格昂贵 厂商定义仪器功能，刚 厂商定义仪器功能， 性 封闭、固定 封闭、 功能单一的独立设备 有限的显示选项
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构成复杂系统能 易与网络及其他周边设备互连 力 人机交互 无限的显示选项、 无限的显示选项、界面友好
虚拟仪器（VI， 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以计算机和测试模 Instrumentation）：是一种以计算机和测试模 块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显 块的硬件为基础、以计算机软件为核心所构成的，并且在计算机显 示屏幕上显示虚拟的仪器面板，以及由计算机所完成的仪器功能， 都可由用户软件来定义的计算机仪器。
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LabVIEW的发展历程 LabVIEW的发展历程
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LabVIEW基础知识学习 LabVIEW基础知识学习
LabVIEW程序构成 LabVIEW程序构成 控制选项板功能介绍 函数选项板功能介绍 工具选项板功能介绍 数据线、数据流和数据类型 控制量与显示量
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bVIEW程序构成： bVIEW程序构成：
9
3. 虚拟仪器的特点
从虚拟仪器的组成结构上来看： （1）虚拟仪器的硬件是通用的（包括通用计算机硬件平 台和通用的测量功能硬件）；
软 件 采集 被测 对象 信号 调理、采集 硬件 激励信号 采集和产生 控制参数 控制和处理 测量 数据 计算机 输出 数据 仪器面板、 鼠标、键盘 数据命令 显示和输出 键入命令 用户
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与传统仪器相比，虚拟仪器技术特点： （1）功能强、性价比高、开放性（可扩充性） 好；
充分利用计算机丰富的软硬资源。 仪器功能可通过软件灵活设计（基于相同的硬件，通 过软件设计可实现不同的虚拟仪器）。 仪器升级方便，性价比高（一机多用）。 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器” 基于计算机网络技术，可实现“网络化虚拟仪器”。
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虚拟仪器经过十余年的发展，发展方向： 总线与驱动程序的标准化 硬/软件的模块化 编程平台的图形化 硬件模块的即插即用化 现在，虚拟仪器技术在发达国家的应用已比较普 及，而我国基本上还处于传统测试仪器与计算机 相互分离的状态。
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LabVIEW 介绍
软件技术是虚拟仪器的核心技术。常用 的仪器用开发软件有LabVIEW、 的仪器用开发软件有LabVIEW、 LabWindows/CVI、 LabWindows/CVI、VEE(惠普公司开发的一种用于 系统仿真与设备仪表优化控制的可视化图形编程开发环境 )等 等，其中以LabVIEW应用最为广泛。 等，其中以LabVIEW应用最为广泛。
双击LabVIEW快捷图标，出现启动画面，单击其中的New VI， 打开一个新的LabVIEW程序，可以看到它由前面板（panel） 和流程图（diagram）组成。
使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和模拟
使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和模拟虚拟仪器设计和模拟是一项重要的技术，能够帮助工程师和科学家们开发和测试各种设备和系统。
LabVIEW是一种功能强大的虚拟仪器平台，广泛应用于各个领域。
本文将介绍如何使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和模拟。
一、LabVIEW简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一种图形化编程环境，专门用于虚拟仪器设计和模拟。
LabVIEW以图形化的方式呈现代码，使用户可以通过拖拽和连接图标来进行程序设计，而无需编写传统的文本代码。
二、LabVIEW的优势1. 图形化编程界面：LabVIEW使用图形化的编程语言G语言，使用户能够直观地设计系统。
2. 可视化开发环境：LabVIEW提供丰富的工具箱和控件，使用户可以快速建立所需的虚拟仪器界面。
3. 支持多种硬件接口：LabVIEW可以与各种仪器、传感器和设备进行连接，实现数据的采集和控制。
4. 高度可扩展：LabVIEW通过模块化的方式，用户可以轻松添加新的功能和模块，满足不同应用的需求。
三、LabVIEW在虚拟仪器设计中的应用1. 信号采集和处理：LabVIEW可以通过各种数据采集卡和传感器，实时采集和处理信号数据。
用户可以通过图形化的界面配置采集参数，并进行实时的数据分析和处理。
2. 控制系统设计：LabVIEW提供丰富的控制算法和控制器模块，可以帮助用户设计和实现各种控制系统。
用户可以通过图形化界面配置控制参数，并实时监测系统的运行状态。
3. 通信系统仿真：LabVIEW可以模拟各种通信信号的产生、传输和接收过程，帮助用户分析和设计通信系统。
用户可以通过图形化界面配置信道参数、调制解调器和误码率等参数，实现通信系统的仿真和验证。
4. 仪器仪表控制和测试：LabVIEW可以与各种仪器和设备进行连接，并实现对其的控制和测试。
如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真
如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种集数据采集、信号处理、仪器控制和虚拟仪器设计于一身的集成开发环境，广泛应用于各个领域的工程实验和测试中。
本文将介绍如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真，并提供一些实际案例来说明其应用价值。
一、LabVIEW介绍LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments, NI）于1986年推出的一种图形化编程语言。
与传统的文本编程语言相比，LabVIEW通过将函数块拖拽到界面上并进行连接来组成程序，使得程序的开发更加直观、易于理解。
LabVIEW提供了丰富的工具箱和函数库，可用于数据采集、信号处理、仪器控制和用户界面设计等方面。
二、虚拟仪器设计虚拟仪器是指利用计算机软件和硬件模拟真实仪器的功能。
利用LabVIEW可以轻松地设计各种虚拟仪器，如示波器、信号发生器、频谱分析仪等，用于实现数据采集和信号处理等功能。
LabVIEW提供了众多的仪器模拟器和控件，用户只需简单地拖拽和配置这些组件，即可实现一个功能完备的虚拟仪器。
三、虚拟仪器仿真利用LabVIEW进行虚拟仪器仿真可以帮助用户在设计阶段快速验证算法和性能，并且可以方便地进行多种参数的调整和测试。
LabVIEW提供了灵活且强大的仿真工具，用户可以根据需要配置仿真场景、定义仿真信号和操作流程，并通过动态调整参数和监测仿真结果来完成虚拟仪器的性能评估。
四、LabVIEW在工程实践中的应用1. 数据采集和处理利用LabVIEW可以方便地搭建数据采集系统，并通过各种传感器和硬件设备获取实时数据。
同时，LabVIEW提供了丰富的信号处理函数和算法，可以对采集的数据进行滤波、降噪、频谱分析等处理，从而提取出有效信息。
2. 仪器控制和自动化LabVIEW支持与各类仪器设备的通讯和控制，可以通过GPIB、USB、Ethernet等接口与仪器进行连接，并通过LabVIEW编写程序来实现仪器的自动化控制。
虚拟仪器LabVIEW
04
LabVIEW的高级应用
LabVIEW的子VI与自定义函数
子VI
SubVI是LabVIEW中的子程序，可以完成复杂的功能，可以被其他VI调用。 SubVI可以使程序模块化，提高代码的可重用性和可维护性。
自定义函数
自定义函数是LabVIEW中创建可重用代码的一种方法。通过创建自定义函数， 可以将通用的代码块封装成一个独立的函数，方便在其他程序中调用。
LabVIEW的仪器控制与信号处理
仪器控制
LabVIEW可以通过仪器控制模块与各种仪器进行通信，包括数据采集设备、电子显微镜、光谱仪等。 通过LabVIEW的仪器控制功能，可以实现对仪器的远程控制和数据采集。
信号处理
LabVIEW提供了丰富的信号处理工具，可以对采集到的数据进行预处理、分析和处理。例如，可以应 用滤波器、傅里叶变换、曲线拟合等信号处理方法。
LabVIEW在信号处理中的应用
信号处理
01
LabVIEW可以对采集到的信号进行各种处理，如滤波、傅里叶
变换、频谱分析等，实现信号处理功能。
数字信号处理
02
LabVIEW可以实现数字信号处理算法，如FFT、DFT、数字滤波
器等，对信号进行更高级的处理和分析。
信号识别
03
LabVIEW可以通过对信号的特征提取和模式识别技术，实现对
LabVIEW的起源
LabVIEW起源于1986年，由美国NI公司开发， 最初是为了解决实验仪器的自动化和数据处理问 题。
发展阶段
自1986年以来，LabVIEW不断发展和完善，经 历了多个版本升级，功能逐渐丰富和强大。
3
广泛应用
目前，LabVIEW已经广泛应用于科学研究、工程 应用、教育等领域，成为虚拟仪器开发的主流工 具之一。
第1章 虚拟仪器与LabVIEW概述
1-1-6应用软件开发环境--LabVIEW
LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是美 国国家仪器公司（National Instruments，NI）开发的一种 图形化的编程语言，又称为“Ｇ”语言。 LabVIEW程序称为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器。 LabVIEW尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟 悉的术语、图标和概念，使编程简单直观。 使用LabVIEW编程，基本上不写程序代码，取而代之的 是流程图。使用者采用图标与连线的方式，像画电路板 一样编写程序，非常直观，便于修改和移植。
串口系统
6
GPIB产品示例
GPIB系统：以GPIB标准 总线仪器与计算机为仪器 硬件平台组成的虚拟仪器 测试系统。典型的GPIB 测试系统由一台计算机、 一块GPIB接口板和几台
GPIB仪器组成。GPIB接
口板插入计算机的插槽中， 建立起计算机与具有
GPIB接口的仪器设备之
间的通信桥梁。
VXI产品示例
14
LabVIEW包含了大量的工具与函数用于数据采集、分 析、显示与存储等，大大提高了开发效率。 LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优 势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据 采集、分析、显示和存储。 用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数 据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。 它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子 设计生产、过程控制和生物医学等各个领域。
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2）程序框图
程序框图用图形编 程语言编写，可以把它 理解成传统程序的源代 码。在程序框图中对VI 编程，以控制和操纵定 义在前面板上的输入和 输出功能。程序框图中 包括前面板上的控件的 连线端子，还有一些前 面板上没有，但编程必 须有的东西，例如函数、 结构和连线等。
基于LabVIEW和CompactRIO平台的结构多通道测试系统的开发
具 有极 其重 大 的意 义 ， 结 构 健 康监 测技 术 已经 成
ห้องสมุดไป่ตู้
１ 引 言
重大土木工程 结构 （ 如桥梁 、 电厂 、 水坝、 军 事 设施 、 高 层建 筑 等 ） 在 遭 受 自然 或人 为 灾 害后 ， 对 它们 的健 康 状 况 及 时做 出评 估 是 非 常必 要 的 。 结 构健 康监 测技 术 可 以实 时地监 测 和预 报结 构 的 健康 状 态 ， 及 时 地发 现结 构损 伤 的位 置 和程度 ， 预 测结 构 的性 能变 化 和剩 余 寿 命 ， 并 为结 构 的维 修 维护 决策 提 供依 据 。这对 保 障人 民生 命财 产 安全
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌａ ｂ ＶＩ ＥＷ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ＲＩ Ｏ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ，ａ ｍｕ ｈｉ — ｃ ｈａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｓ ｅ ｓ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｕｌ ｅ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ．Ｉ ｔ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｔｓ ｒ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ｙ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ，ｐｏ ｒ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ，ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐａ ｎｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｄａ ｐ ｔ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ．
虚拟仪器与Labview
应用领域的拓展
智能制造
生物医疗
虚拟仪器在智能制造领域的应用将进 一步拓展，如设备监测、生产过程控 制等。
虚拟仪器在生物医疗领域的应用将更 加广泛，如医学影像处理、生理信号 监测等。
新能源与环保
在新能源和环保领域，虚拟仪器可用 于测试和监测各种环境参数，如温度、 湿度、压力等。
面临的挑战与机遇
技术标准与互操作性
和实现传统仪器的各种功能。
用户通过软件界面与虚拟仪器进 行交互，可以完成各种测试和测
量任务。
虚拟仪器的应用领域
01
02
03
04
工业自动化
在生产线上的质量检测、控制 和监测等。
电子测量
信号发生器、示波器、频谱分 析仪等。
通信测试
无线通信、光纤通信、卫星通 信等测试。
汽车电子
发动机控制、排放控制、底盘 控制等。
LabVIEW使用图形化的编程语言G，通过数据流编程模型，使得编程 更加直观和易于理解。
丰富的库和工具
LabVIEW提供了大量的库和工具，包括信号处理、数据分析、机器视 觉、运动控制等，使得用户能够快速构建各种应用。
跨平台兼容性
LabVIEW可以在多个操作系统上运行，如Windows、Linux和Mac OS等，这使得用户可以在不同的平台上开发和部署应用。
强大的社区支持
LabVIEW拥有庞大的用户社区和丰富的在线资源，这使得用户可以轻 松找到解决方案、交流经验和共享代码。
LabVIEW的基本操作
创建VI（Virtual Instrument）： 在LabVIEW中，一个VI代表一个 独立的程序单元，它包括前面板
和图标/连接器。
前面板设计：前面板是用户与 VI交互的界面，可以通过拖放
虚拟仪器LabVIEW开发环境简介
虚拟仪器LabVIEW开发环境简介1.1虚拟仪器概述20多年前，美国国家仪器公司NI (National Instruments)提出。
“软件即是仪器”的虚拟仪器(Virtual Instruments，又称VI)概念，引发T传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。
虚拟仪器开发是当前自动化仪表领域研究的热点。
虚拟仪器主要被用于构建计算机测试分析系统和自动控制系统。
它以软件取代传统的电子仪器，充分发挥了新一代计算机大容量、高速度的潜能，是CAT (Computer Aided Testing), CAE(Computer Aided Engineering)中一个重要的信号采集及分析手段。
虚拟仪器是以特定的软件支持取代相应功能的电子线路，充分利用计算机的软硬件资源，用计算机完成传统仪器硬件的部分乃至全部功能，以具备控制、处理、分析能力的软件为核心的软仪器。
它是传统仪器功能与外形的模块化和软件化。
在虚拟仪器中，传统电子仪器的绝大多数功能，甚至全部功能都由软件来实现。
同时，由于虚拟仪器是以软件为核心的仪器，它不能脱离计算机硬件平台而独立实现其功能。
就VI所支持的操作系统而言，包括DOS, Win3X及Win9X系列、Macintosh和UNIX。
据此，虚拟仪器可分为基于PC机和工作站两类。
其中绝大部分VI运行在个人计算机上，操作系统为Windows。
借助于软件实现了传统仪器相应功能的虚拟仪器，是计算机化的仪器。
也可以认为，VI是“硬”仪器的虚拟化、软件化和图形化计算机表达[11]。
1.2 虚拟仪器硬件结构虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。
其中通用仪器硬件平台又由计算机和I/O接口设备两部分组成。
计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如PC计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机、工控机等。
安装NI_LabVIEW、LabVIEWReal-Time与FPGA模块、NI-RIO驱动
安装NI_LabVIEW、LabVIEWReal-Time与FPGA模块、NI-RIO驱动安装NI LabVIEW、LabVIEW Real‐Time与FPGA模块、NI‐RIO驱动NI CompactRIO嵌⼊式测控平台是⼀款⾼级的嵌⼊式控制和数据采集系统，包含：实时处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和可热插拔C系列模块。
CompactRIO通过NILabVIEW图形化编程环境，接受编程。
由于CompactRIO属于分布式实时系统，它还使⽤LabVIEW Real-Time模块和可选的LabVIEW FPGA模块。
CompactRIO还须要NI-RIO驱动安装在开发PC上，从⽽⽀持各类CompactRIO实时控制器、可重新配置机箱和C系列模块。
下⽅是对CompactRIO编程时必需的软件：NI LabVIEW开发系统NI LabVIEW Real-Time模块NI LabVIEW FPGA模块(推荐)NI-RIO驱动虽然您能分别安装所有这些软件组件，最简单的安装⽅式却是使⽤LabVIEW DVD。
如果您不使⽤LabVIEW DVD，就应按照上⽅罗列的顺序安装软件。
借助LabVIEW DVD, 安装软件1. 将DVD安放在系统的DVD驱动内并且等待弹出⾃动运⾏屏幕。
然后选择“安装LabVIEW、模块和⼯具包(Install LabVIEW, Modules, and Toolkits)”选项。
如果您收到Windows的警告，询问是否希望继续，请单击“是”(Yes)。
2. 选择是希望输⼊序列号以便安装购买的产品，还是希望在试⽤模式下安装软件。
如果您选择输⼊序列号，安装程序能够选择适当的软件帮助您安装。
如果您选择评估产品，请推进到第5步。
3. 输⼊您购买的LabVIEW开发系统的序列号。
如果您拥有LabVIEW附加⼯具的序列号（如：模块和⼯具包），还可以⽴即输⼊这些内容。
4. 核查获得特许的产品列表(Licensed Product List)，其中包括：LabVIEW环境、模块和⼯具包以及带有效许可证的设备驱动。
从编程基础到进阶应用——CompactRIO动手课程
从编程基础到进阶应用——CompactRIO 动手课程 7
13. 完成这些“绘制”之后，我们现在就得到了连续随机数发生系统的LabVIEW 程序。点击Run按钮。观察在Waveform Chart上显示的变化数据。在后面的练 习中，我们可以对VI进行修改，运行在NI CompactRIO的实时控制器上，从加 速度计中获取真实的振动数据替换仿真的随机数据。
9. 第一个步骤是生成仿真数据，这里使用随机数生成器。右键单击程序框图，您 可以看到所有可以用于LabVIEW编程的函数。基本的函数一般在编程这个子集 当中。在Numeric子面板中，找出Random Number(0-1)函数，单击并将其拖入 程序框图中。
从编程基础到进阶应用——CompactRIO 动手课程 5
从编程基础到进阶应用——CompactRIO 动手课程 12
配置 CompactRIO 上的硬件 I/O 通道(AI0) ，设置 IEPE 激励 7. 第二步，需要将仿真的随机信号改为实际信号。利用连接到NI 9234 AI0接口的 IEPE加速度计（B&W 13200/14200）来检测实时振动信号。NI 9234的任何通 道都可以配置是否开启IEPE。为了正确激励传感器，需要配置AI0通道开启 IEPE激励。右键单击项目中的Mod1 (Slot 1, NI 9234) ，选择属性。在Channels 配置中，将AI0的Input Configuration修改为IEPE AC Coupled，点击OK。
在 CompactRIO 实时系统上创建实时程序 6. 使用LabVIEW Real-Time模块在实时操作系统中进行编程与在Windows中使用 LabVIEW进行编程几乎是相同的。第一步，我们可以简单的将运行在Windows 下的My Computer目标中的程序LabVIEW Simple Demo.vi，以拖拽的方式移动 到CompactRIO目标下的实时操作系统上。然后，在VI上点击右键，选择 Rename，将VI改名为cRIO Vibration Monitoring with Scan Mode.vi并打开文件。
基于NI CompactRIO和LabVIEW的控制自动化平台案例
基于NI CompactRIO和LabVIEW的控制自动化平
台案例
在类似实验室的环境中驾驶汽车，同时仿真路面阻力，这种方式提供了对车辆设计的功率、燃料和排放效率进行测量的可能性。
被测车辆的前轮和后轮放置在动力计上。
在操作员驾驶车辆时，控制系统测量车辆速度、加速度和扭矩，并且同时控制两个直流功率吸收系统（电机和发电机），控制车辆的转动和力。
主动吸收器用于控制精确仿真路面阻力和空气动力阻力，如同车辆驾驶在道路上一样。
我们使用高级采样和分析设备，可以对车辆排放进行特征采集，并且进行包括替代燃料效率在内的其他研究。
四轮驱动车辆的出现给动力计控制系统带来了复杂性。
除了实时、低延迟和任务紧迫之外，控制硬件必须在管理多变量系统的同时，保持前轮和后轮处于同一速度和加速度下。
开发这样的系统通常需要大量的开发时间和成本。
我们的客户Environment Canada帮助我们解决自动化四轮动力计问题，我们使用CompactRIO作为数据采集和应用的控制平台。
背板的现场可编程门
阵列（FPGA）和高性能实时控制器的CompactRIO提供了成本有效、技术先进的控制自动化平台。
LabVIEW的强大分析和控制功能与NI工具结合将技术风险和开发时间降到了最小。