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现代虚拟仪器技术与应用

2004/5/18    来源:投稿    特约撰稿人:朱全敏      
关键字:系统集成  其它  
本文介绍了现代虚拟仪器技术的概念,说明了LabVIEW有哪些新的性能,叙述作为一种坚固模块化仪器平台的PXI,并给出了一应用实例。

    一、什么是虚拟仪器?为什么选择虚拟仪器技术?

    虚拟仪器技术就是用户自定义的基于PC技术的测试和测量解决方案,其4大优势在于:性能高、扩展性强、开发时间少,以及出色的集成功能。

    1.1 性能高

    虚拟仪器是在PC技术的基础上发展起来的,所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点,包括功能超卓的处理器和文件I/O,使您在数据导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。随着数据传输到硬驱功能的不断加强,以及与PC总线的结合,高速数据记录已经较少依赖大容量的本地内存。以一台60G的示波器为例,在采用虚拟仪器技术的情况下,构建这样一台示波器是相当简单的,只要将一台基于PC的数字转换器放置在PC机中,就能以高达每秒100MB的速度将数据导入磁盘。

    虚拟仪器技术的另一突出优势就是不断提高的网络带宽。因特网和越来越快的计算机网络时的数据分享进入了一个全新的阶段,将因特网和NI的软硬件产品相结合,您就能够轻松地与地球另一端的同事共享测量结果,分享“天涯若比邻”的便捷。

图1 虚拟仪器技术基础的发展历程

    1.2 扩展性强
    NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再局限于当前的技术中。得益于NI软件的灵活性,只需更新您的计算机或测量硬件,就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。在利用最新科技的时候,您可以把它们集成到现有的测量设备,最终以较少的成本加速产品上市的时间。

    1.3 开发时间少
    在驱动和应用两个层面上,NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作,同时还提供了灵活性和强大的功能,使您轻松地配置、创建、部署、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

    1.4 完美的集成
    虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂,工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求,但是这些不同设备间的连接和集成总是耗费大量时间,不是轻易可以完成的。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口,例如数据采集、视觉、运动和分布式I/O等等,帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统,减少了任务的复杂性。为了获得最高的性能、简单的开发过程和系统层面上的协调,这些不同的设备必须保持其独立性,同时还要紧密地集成在一起。NI的结构可以使开发者们快速创建测试系统,并随着要求的改变轻松地完成对系统的修改。得益于这一集成式的构架带来的好处,您的系统可以更具竞争性,因为您可以更高效地设计和测试高质量的产品,并将它们更快速地投入市场。

图2 虚拟仪器的应用场合

    此外,NI产品的其他独特之处:

    1、多种产品供选择:
    面对目前市场上的所有测量软硬件工具,工程师们要花很多时间去学习如何使用它们,所以花时间选择合适的工具这一点至关重要。NI为您提供了种类齐全的测试测量硬件产品,从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯应有尽有。无论您要进行一个新的项目或进入一个新的领域,简单易用、界面友好的虚拟仪器软件都能为您带来与硬件设备无缝的集成,结合NI的测试测量工具,帮助您解决应用中的实际需求。因为时间就是金钱,NI的工具能够维护您的在时间上的投资,帮助您成为一名更高效的工程师。

    2、行业标准和长期的兼容性
    根据行业标准创建的测量和自动化系统能使您在现在甚至是将来都可以节省开发和维护的成本。NI深知这一点对用户来说至关重要,我们也在积极地参与和推动开放式的行业标准的开发。

    NI在致力于提供最先进的技术的同时保证了系统对之前版本的兼容性,所以工程师和科学家们可以在相当长的一段时间内一直使用同一个解决方案。为了获得这种长期的解决方案,NI提供了一个软件构架,它包括标准的应用程序接口(application programming interfaces,简称 API)以便在计算机、网络和操作系统不断改进的同时确保兼容性和可扩展性。

    3、全球服务和技术支持
    NI在40多个国家设有分支机构,为分布在全球的用户提供服务和技术支持。NI中国和系统联盟商所组成的专业服务队伍竭诚与您合作,为您的独特的应用需求设计出最佳的解决方案。NI的应用工程师也可以通过电话、Email和访问公司的中文网站提供完善的售后技术支持。

图3 基于LabVIEW的分布式测量与控制系统

    二、LabVIEW有哪些新的性能?

    在LabVIEW 7 Express的成功基础上, LabVIEW 7.1使用NI-DAQmx将Express技术进一步扩展到了Real-Time(实时)、TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)、模块化仪器、Express VI(快速VI)、用于数字信号分析仪(DSA)的DAQ Assistant(数据采集助手),以及PDA DMM等方面。同时,LabVIEW 7.1还是LabVIEW RT模块的最重要的一次升级,它发布了Execution Trace Toolkit(执行跟踪工具包)和精确的定时循环,以及台式PC上的LabVIEW RT模块。此外,LabVIEW FPGA与PDA模块的7.1版本为您各种各样的特性及功能,帮您以前所未有的速度完成应用系统的开发。

    使用Express技术,可以有更多的I/O选择,更好的运行性能

    1、很容易与各种范围的I/O信号连接,包括NI模块化仪器,支持TEDS的传感器,以及DSA(动态信号分析仪)

    2、使用比以往快两倍的数学算法及新的开发工具,快速创建专业的应用程序

    因为有了基于LAPACK/BLAS的数学算法以及诸如导航窗口等许多新的工具,您可以发现开发快速的显著变化

    三、什么是PXI?

    PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准结构——PCI。PXI规范是CompactPCI规范的扩展。CompactPCI定义了封装坚固的工业版PCI总线架构,在硬件模块易于装卸的前提下提供优秀的机械整合性。

    因此,PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标,符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。PXI在CompactPCI的机械规范上强制增加了环境性能测试与主动冷却装置,以简化系统集成并确保不同厂商产品之间的互用性。此外,PXI还在高速PCI总线的基础上补充了测量与自动化系统专用的定时与触发特性。

    总的来说,PXI是一种坚固的模块化仪器平台,它提出了基于计算机的高性能标准化测量与自动化方案。以合理的价位提供比原有系统架构出色得多的性能。PXI用户自然地享有很多便利,如廉价、易用、灵活的PC技术;开放的工业标准以及与CompactPCI产品的完全互用性。

    四、应用实例

    阿尔卡特美国公司是全球领先的世界上电信设备制造商领导者之一。位于加州佩塔卢马的接入部,开发Litespan接入平台一种光纤数字环路载波(DLC)。DLC能够将电话公司中心机房普通铜线上的电话业务传递到更远的地方。通过LabVIEW,在相对短的时间内开发了一个全面测试方案。同时测试对每个信道单元的16个ANSI要求的环路和4条ISDN线路的一个信道单元进行测试时,每项测试所花费的时间为12分钟。由于一些信道单元需要测试某个温度范围内的状况,因而整个测试需要几天的时间。

    Allen Klein美国阿尔卡特公司Litespan硬件质量部的一位工程师,在程序中增加了一项功能,使得测试可以全天进行,甚至在周末也行。这项功能极大地扩展丰富了测试平台,提高了测试效率。

责任编辑:林卿
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