基于虚拟仪器概念的多功能无纸记录仪的设计开发

摘 要： 从虚拟仪器的概念出发，采用低成本自动化系统的研究方法，提出了一种在硬件上基于PC/104嵌入式工控模板、软件上基于通用编程语言的多功能无纸记录仪，并着重从硬件设计和软件开发等方面进行了分析与论述
关键词： 虚拟仪器 嵌入式系统 无纸记录仪

１ 虚拟仪器技术的概念及其应用前景

自1986年美国国家仪器公司（NI）提出虚拟仪器(Virtual Instrument)的概念以来，这种集计算机技术、通讯技术和测量技术于一体的模块化仪器便在世界范围内得到了广泛的认同与应用，逐步体现了仪器仪表技术发展的一种趋势由于微电子技术、计算机技术、网络通讯技术和软件技术的高度发展，以及它们与各种测量技术在仪器仪表上的应用，使新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断涌现并发展成熟，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，仪器测量的功能和作用也发生了质的变化虚拟仪器概念的产生正是基于这样一种技术背景

仪器仪表技术的发展大致经历了以下两条发展主线：从测量的技术和方法上划分，经历了从机械仪表、模拟电子仪表、数字化电子仪表到智能仪表的发展过程；从仪表结构上划分，经历了单机仪表、叠架式仪器系统到虚拟仪器系统的发展过程传统仪器一般均为一个独立的装置，有机箱、操作面板、信号I/O端子、信号处理机构或电路等，检测结果输出方式有数字、指针或图形窗口等，有的还有打印输出口传统仪表的功能可概括描述为：信号采集与控制、信号分析与处理、结果的表达与输出，这些功能均以硬件或固化软件的形式存在这种架构形式决定了传统仪器只能由仪器的生产厂来定义制造，而用户无法改变传统仪器基本上未能摆脱独立使用、手动操作、功能相对固定、使用具有局限性的模式计算机技术的发展，给传统仪表技术注入了强大的活力，在微电子技术和LSIC技术推动下，有力地促进了数字化仪器、智能仪器的快速发展

在虚拟仪器系统中，用计算机灵活强大的软件代替传统仪器的某些部件，用人的智力资源代替许多物质资源，通过一组软件和硬件，形成了既有普通仪器的基本功能、又有一般仪器所不具备的特殊功能的新型仪器虚拟仪器本质上是利用PC机强大的运算能力、图形环境和在线帮助功能，建立具有良好人机交互性能的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示，并通过一组软件和硬件，实现完全由用户自己定义、适合不同应用环境和对象的各种功能在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是解决信号的输入／输出问题的方法和软件赖以生存、运行的物理环境，软件才是整个仪器的核心构件，正如NI公司提出的口号“软件就是仪器”，任何使用者只要通过调整或修改仪器的软件，便可方便地改变和增减仪器的功能和规模，甚至仪器的性质

虚拟仪器的构成：如果按照构成仪器的三大功能部件来分，所有控制系统、工业计测系统均可归纳至虚拟仪器的框架中来目前较为常见的虚拟仪器是数据采集系统（SCADA），见图１可编程仪器的信号处理、定时控制、集成总线、高速缓存、DMA等技术的应用，使这样的SCADA系统能达到仪器级的性能、精度与可靠性

虚拟仪器的软件开发平台：虚拟仪器的软件开发平台目前主要有两类：第一类是基于传统语言的Turbo C、VB、VC++等，这类语言具有适应面广、开发灵活的特点，但开发人员需有较多的编程经验和较强的调试能力；第二类是基于图形组态和编程的图形组态软件，如HP公司的VEE、IOtech公司的Dasylab、NI公司的LabVIEW、Capital Equipment公司的Testpoint 2.0和HEM公司的Snap-Master等这类组态软件都通过建立和连接图标来构成虚拟仪器工作程序并定义其功能，而不是用传统的文本编辑形式它们具有编程效率高、通用性强、交叉平台互换性好的特点，适用于大批量多品种仪器的生产该类软件缺点是缺少程序流程控制，大都解释执行

当今的仪器仪表开发技术正与计算机技术日益紧密地结合在一起，利用虚拟仪表技术开发基于PC机的多功能无纸记录仪，可使其硬件结构简单、可靠性高、兼容性好、功能大大增强、使用更为灵活，并且可通过更新软件实现不同的记录要求，真正达到一机多用的目的