何欣

摘 要：儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器控制與通信的程序， 是虛擬儀器系統(tǒng)的核心。應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的目的是最終將儀器驅(qū)動(dòng)程序和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)分析顯示功能一體化，為使用者自行開(kāi)發(fā)虛擬儀器給出了基本的軟件基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù)；汽車(chē)工程測(cè)試；發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成方法

典型的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)由四大部分組成。

由于可編程儀器放大器技術(shù)、即插即用技術(shù)、告訴數(shù)據(jù)采集技術(shù)、多層電路板技術(shù)等最新技術(shù)的運(yùn)用，讓我們的數(shù)據(jù)采集卡很好的保證了和儀器一樣的性能（精度、可靠性），該解決方案的使用讓用戶(hù)可以建立功能更加靈活，性能高但成本并不高的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。

（一）基于GPIB 接口的虛擬儀器

GPIB （ General Purpose Interface Bus） 是一種8位并行數(shù)據(jù)通訊接口， 傳輸率達(dá)每秒鐘1MB以上， 有IEEE488 1 1987 和IEEE48821992 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。如圖所示，GPIB 構(gòu)成的虛擬儀器系統(tǒng)由GPIB 接口卡和一臺(tái)計(jì)算機(jī)以及若干臺(tái)GPIB 儀器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的GPIB電纜相互連接而成。利用VXI 總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)虛擬儀器VXI是虛擬儀器比較具有代表性的硬件實(shí)施平臺(tái)，它的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送性能高，支持共享存儲(chǔ)器，擁有多處理器結(jié)構(gòu)，在實(shí)際運(yùn)用中可以同時(shí)操作和測(cè)量數(shù)個(gè)已獲得的數(shù)據(jù)通道，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)個(gè)參數(shù)的高精度測(cè)量。一個(gè)基本的VXI 儀器系統(tǒng)可以有三種不同的配置方法。

1） GPIB 控制解決方案；

2） 嵌入式計(jì)算機(jī)控制方案；

3） MXI 總線(xiàn)控制方案；

從目前業(yè)界來(lái)說(shuō)，比較主流的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要有2種：基于圖形編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)的虛擬儀器，比如labview，另一種為編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)的虛擬儀器，例如CVI等。其中l(wèi)abview是世界上首次使用圖形編程技術(shù)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其本質(zhì)是32位編譯型程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

（二）虛擬儀器技術(shù)的關(guān)鍵以及發(fā)展

虛擬儀器的最關(guān)鍵最基本的技術(shù)為總線(xiàn)技術(shù)。

我們要用到電腦的幾種插槽（如PCI插槽、ISA以及各種擴(kuò)展槽），在開(kāi)發(fā)虛擬儀器之前，我們必須先確定用何種總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，PCI總線(xiàn)就是近年來(lái)一種比較先進(jìn)和主流的總線(xiàn)規(guī)范。這種總線(xiàn)規(guī)范具有極好的兼容性，且功能全，傳輸效率也相對(duì)較高。在1998年，NT公司公開(kāi)發(fā)布了PXI總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)可以看做是PCI在該領(lǐng)域的一次突破性擴(kuò)展，有了這種新的標(biāo)準(zhǔn)，讓我們的硬件功能可以更加強(qiáng)勁，在處理虛擬儀器的數(shù)據(jù)時(shí)處理速度大幅度提升。

二、虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

在開(kāi)發(fā)和推廣圖形化編程技術(shù)這方面，我們首先要提到的是總部位于美國(guó)的NI。該公司作為業(yè)界的領(lǐng)軍者，可以提供一個(gè)完成度非常高的虛擬儀器系統(tǒng)所需的所有硬件產(chǎn)品 （ 包括各種性能優(yōu)良的的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品， 各種GPIB 儀器控制產(chǎn)品以及各種不同配置方案的VXI 儀器控制產(chǎn)品等） 。NI 的虛擬儀器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW 作為目前最常見(jiàn)的編譯型圖形化編程語(yǔ)言，將以往非常復(fù)雜且程序繁瑣的編程簡(jiǎn)化為直觀、簡(jiǎn)單的圖標(biāo)或菜單，并運(yùn)用線(xiàn)條將各個(gè)圖像相互連接起來(lái)的簡(jiǎn)單編程方式。Labview中的源程序，非常類(lèi)似于程序流程圖。因此，我們只需要將程序流程框圖做好，程序的編譯也大體完成。在查錯(cuò)時(shí)也不必先編譯，而是找出語(yǔ)法的錯(cuò)誤即可。在實(shí)際操作中，我們只需要簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵三次，立即可以找出錯(cuò)誤的類(lèi)別，和具體的位置。該特性使用起來(lái)非常方便也極大的降低了工作人員的工作量。

三、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)

我國(guó)的清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)建立的汽車(chē)引擎檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)如功率特性、負(fù)荷等特性進(jìn)行檢測(cè)。以前我們都是在DOS下開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)程序，往往需要很多年才開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)在實(shí)際的使用中都不理想，現(xiàn)在將系統(tǒng)移植到labview下，不但開(kāi)發(fā)時(shí)間大大縮短，開(kāi)發(fā)出的檢測(cè)系統(tǒng)其功能性、控制性能、擴(kuò)展性能都大大的提高。

四、虛擬儀器技術(shù)在汽車(chē)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

現(xiàn)在我們使用labview所提供的基本模塊來(lái)制作簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，便能夠相對(duì)比較形象的展示出實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的搭建，并且可以對(duì)相關(guān)的控件進(jìn)行操作，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。

下面本文將以汽車(chē)熱敏電阻傳感器作為例子來(lái)介紹如何使用該系統(tǒng)編制程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

名稱(chēng)： 熱敏電阻特性曲線(xiàn)測(cè)定

要求： 實(shí)測(cè)PTC＼NTC 2種熱敏電阻的溫度曲線(xiàn)

工具： 一般配置的計(jì)算機(jī)（win7操作系統(tǒng)）、labview軟件

用公式節(jié)點(diǎn)給出隨溫度變化2種熱敏電阻阻值的變化關(guān)系

我們將溫度區(qū)間設(shè)定為20-120攝氏度，其中每5攝氏度為一個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)，每個(gè)溫度測(cè)量的時(shí)間間隔是1000ms用功能面板里的write to spread sheet file函數(shù)，將電阻值和溫度值保存成文本格式（.txt）。具體的文件名和保存路徑有用戶(hù)自己來(lái)設(shè)置。

具體順序如下，當(dāng)程序啟動(dòng)，先選擇類(lèi)型為熱敏電阻，點(diǎn)擊電吹風(fēng)加熱鍵，隨著溫度的持續(xù)增加，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻阻值直線(xiàn)降低，最終當(dāng)溫度上升至120度時(shí)，畫(huà)出溫度特性曲線(xiàn)，這是計(jì)算機(jī)自動(dòng)彈出保存按鍵，鍵入自定義的文件名予以保存。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式比較

優(yōu)點(diǎn)總結(jié)

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，所需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常多，具體有數(shù)熱敏電阻、萬(wàn)用表、烤槍、溫度計(jì)等等，而在虛擬設(shè)備中，我們僅僅要用到的硬件是裝有l(wèi)abview軟件的計(jì)算機(jī)。相對(duì)來(lái)說(shuō)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)投入大大減少，且極大的降低了實(shí)驗(yàn)室日常維護(hù)保養(yǎng)得難度。

從實(shí)驗(yàn)室的工作人員數(shù)量來(lái)講，一臺(tái)計(jì)算機(jī)一個(gè)操作人員便可以單獨(dú)操作而傳統(tǒng)的儀器則至少需要兩到三人同時(shí)配合實(shí)驗(yàn)方可進(jìn)行。