虚拟仪器技术在测控领域中的应用

董建勋

摘 要：本文首先从国内外虚拟仪器技术的发展趋势作为突破点进行详细的介绍，并结合现在社会发展的需要，对其在测控领域的发展前景以及应用的必要性进行展望，并从技术层面对其主要的几个问题进行讨论。然后再以具体的实验作为了解的出发点，对软硬件的结构框架进行深入的探究，找到网络化虚拟仪器成为测控领域发展的必然趋势的原因所在。

关键词：虚拟仪器技术；网络化；数据控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.093

由于历史的原因，自建国以来的我国与西方国家科技之间的差距与日俱增，随着改革开放的进行，世界各大产品商家在自身利益的驱使下，纷纷向中国市场进军。在商品进来的同时，国外虚拟仪器方面的上产科技也被引进。本文就结合目前我国在虚拟仪器方面的发展状况，对其应用方面进行深入探讨。

1 国内虚拟仪器技术的发展趋势

对于虚拟仪器的科学定义，指的是将传统的仪器与计算机进行科学的结合，开发实用仪器的其他。一般上来说，这种结合主要有两者方式，是根据结合的主体不同进行分类的，一种是将仪器作为主体，在嵌入式的支持下，将计算机嵌入其中，现在大多数的智能化仪器都是以这种方式结合的。第二种是以计算机为主题，借助计算机的硬件和操作系统，将各种仪器的功能附加到计算机上。随着计算机技术的快速发展，这种仪器的功能也水涨船高，慢慢的走向高高端。

自虚拟仪器进入中国来的十几年间，虚拟技术对于各种软硬件的要求也渐渐的区域规范化，对于开发平台的更高级硬件模块、I/O接口总线等等渐渐的有了统一的规格，而且目前还在努力突破三个技术难关，其一是将I/O的标准化程度进一步提高，减少杜宇硬件的依赖， 能够适用于任何语言环境；其二是规范仪器的驱动程序，将用户对于仪器功能的使用提高到源代码一级。其三是实现在软面板上对系统操作的目标，并且将安装程序进一步规范化，实现安装程序的简单、易用。

虚拟仪器技术发展成熟的一个方向就是实现图形化的编程平台。这不仅能够降低仪器的使用难度，实现用户进行少量学习甚至在不用学习的前提下就能够使用这种仪器。除此之外，对于复杂测试的执行速度、质量以及对测试结果的分析也是虚拟技术发展的一个方向。

2 虚拟仪器技术在测控领域应用中的技术关键

2.1 硬件系统方案的选择

正确的硬件系统是组建一个测控系统的前提和基础。一般情况下，为了使得测控系统能够满足使用者的需求，需要具备以下几个特点，一是组件测试系统的难易程度要适中，尽量的简化；二是升级的难度要小，越容易升级越好；三是传输数据的能力要强；其次还有体积空间小而紧凑、灵活性强、功能强且能够高度符合实际的需求以及成本低廉等。而且以实际的需要作为前提，所选择的硬件系统必须能够与星载、机载、生产线以及自己量等大规模自动检测控制系统进行匹配合作。

2.2 组件技术的应用

软件的质量决定着虚拟仪器技术的水平，所以虚拟仪器技术的使用对于软件的依赖性是很大的。近年来，在人们需求的推动下，计算机技术进入了发展的黄金季节，所以在这种形式下，人们对于软件的发展速度提出更高的要求。但是我国的软件开发能力却与要求相矛盾，从我国的研发能力来看，我国只能研发一些功能单一、结构简单以及无法处于核心地位的软件。但是随着改革开放的深入，我国在这方面的技术水平逐渐升高，尤其是“基于组件的开发技术”的出现，不仅降低了研发的费用，而且缩短了软件的开发周期，降低了维护成本。利用组件技术对软件进行分割，将其制成一个个可以独立多次使用的组件，不仅提高了开发的质量与水平，而且减少了认为的误差。对于升级，组件具有很高的封装程度，所以需要对软件进行升级的时候，可以在不大规模改变原有组件的情况下，通过增加接口的方法来对软件的功能进行进一步的扩展，所以由此可见，组件技术具有良好的开放性和易扩展性。

2.3 大型测控系统的数据控制

测控系统中的一个重要环节是数据控制，数据控制室一个统称，其中包含着数据的处理以及分析等部分。随着计算机技术的发展，软件在这种趋势的推动下不断的向着复杂化与规模化发展，在这个过程中，数据的真实性与准确性就成为要突破的一个难题，并且逐渐的越来越难以实现。

2.4 程序的出错处理

在程序运行的过程中，有可能会出现崩溃的情况产生，程序的出错处理就可以降低这种情况发生的几率，能够在一定程度上增强该软件的功能。

3 试验的软硬件框架结构

3.1 硬件的选择

工控机：工控机的质量要求较高，要求能够适应各种恶劣环境，且为了具备高超的工作效率，所以数据的传输能力要强，而且总线类型是要求是CPCI/PXI。

通讯接口板：包括ARINC429（自制），4收4发；RS422，2收2发；RS232，2收2发；

其次还需要高精度DA板，多功能ADC板、高压I/O板、总线通讯板、告诉AD板以及开关矩阵等元器件。

3.2 软件功能及实现方案

3.2.1 软件功能

对于软件的要求，如下所示：最主要的是能够满足测控的需求，其次在操作上要具备以下特点，一是使用难度小、容易学习，二是人机界面具有人性化，容易理解和操作。最后是功能上要具有先进性，既要测控速度快，还要减少人工操作的程度，争取实现高度的自动化。

3.2.2 软件的实现方案

要想制作一个比较合格的软件，需要处理好三个程序的制作问题，分别是主控程序、模块程序和通讯模块，这三个程序分工不同，共同为软件的使用鉴定基础。其中主控程序具有通讯功能，能够提供统一的数据交换环境和程序编写环境。模块程序具有信息交换的借口，能够实现信息的驱动。通讯模块提供通讯功能接口函数，保证分布式主控程序间的数据正确交换。

3.2.3 测控系统要求

根据实际的需要，测控系统的兼容性要好，这样才能够适用于各种硬件。而且要有良好的人机界面，提高实用性。除此之外，还要求网络具有透明性，模块具有积木化的特点。

4 虚拟仪器的网络化

随着科技的发展，计算机自动控制技术与网络通信技术有了很大的发展，并且已经达成了运用于实践的成熟程度。网络化智能虚拟仪器系统就是将这三种技术进行联合使用的结果，不仅在开发与维护上较以前有了很大的进步，而且由于其优越的功能，被广泛的应用到航空、航天、教学、核工、军工以及通信、铁路等领域。本实验通过实

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验将虚拟仪器在测控系统的应用的优势表明了出来，体现了测控系统在智能化、网络化的虚拟仪器技术的支持下，具有了更强的开放性、稳定性、可靠性以及远程控制等特点，在一定程度上推动了测控技术的发展，提高了侧控数据结果的精确度，简化了测控工作的工作量，为社会的进步与发展做出来积极的贡献。

5 结语

在经济全球化的推动下，计算机技术的发展速度十分迅猛， 这直接推动着软件的发展。无论是从技术角度还是从经济角度考虑，实现测控字元的网络化大有裨益，这不仅是因为在极大程度上降低了成本，而且提高了工作的效率，增加了经济效益。从乐观角度来分析，随着计算机技术以及各种硬件技术的发展，虚拟仪器的网络化将会对经济的发展起到巨大的推动能力。

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