第1讲-虚拟仪器的技术背景与基本概念.pptVIP

PXI Express PXI Express带宽(x8): 2Gbytes/s PXI Express带宽分布: 每插槽专用 传输延迟: 1μs, 最好 将PCIe技术引入PXI 进一步提高带宽 扩展了同步和触发功能 增加100 MHz 差分时钟和差分式触发 软件与PCI/PXI完全兼容 混合插槽设计 兼容PXI设备 LAN/LXI 在PC上的通用性 远程功能 低成本接口 LXI为独立的LAN仪器增加可选的触发功能 需要为1588和有线的触发总线同步配备专用硬件 适用于: 分布式系统 远程监控 标准化 100BASE-T最高带宽: 12.5 Mbytes/s (快速以太网) 1000BASE-T最高带宽: 125 Mbytes/s (Gigabit以太网) 带宽分布: 网络间共享 传输延迟典型值: 1ms 6. 虚拟化 基于通用硬件平台，充分利用软件定义的仪器设备，例如用软件实现的软面板代替传统的仪器操作面板. 提高硬资源重用性和结构灵活性，降低成本、功耗、故障率等 虚拟化 回顾: 传统仪器系统 Frost and Sullivan 2006 World Synthetic Instrumentation Test Equipment Report 固定的硬件配置 由仪器厂商定义好的测量功能 固定的用户界面 部分仪器可连接PC, 基于通信包的形式将结果传给PC 虚拟化 对比: 新一代的仪器系统 虚拟化 Frost and Sullivan 2006 World Synthetic Instrumentation Test Equipment Report 用户可自定义测量功能 自定义用户界面 模块化硬件 与基于PC的控制器连接 (多通过高速内部总线) 实时数据传输 软件在新一代仪器系统中的重要作用 对系统中的模块化仪器/分立仪器进行配置(通过驱动程序完成) 对通过总线获取的原始数据进行信号处理等计算操作 用户界面、数据存储等 PC处理器 软件 模块化仪器 /分立仪器 信号 总线 原始数据 用户自定义功能 配置 虚拟化 “虚拟仪器” 的概念 1986年由NI公司提出，它是基于通用硬件平台，充分利用软件定义的仪器. 软件通过平台实现仪器功能，用户可以通过友好的图形界面与仪器进行交互作用 狭义的虚拟仪器概念主要是在测量与测试系统的范畴内, 通过软件定义通用硬件的功能, 从而实现不同的自定义功能 广义的虚拟仪器概念可进一步扩展到自动控制等领域，只要是通过软件定义模块化硬件功能, 从而满足自定义应用需求的系统, 都可以看作虚拟仪器技术的应用 虚拟化 常用的虚拟仪器系统开发语言 标准C C++, C#, VB.net等 LabVIEW图形化编程语言 (有时亦称G语言) 一般的模块化仪器或分立台式仪器通常会提供满足以上几种语言调用需求的驱动程序, 或至少会提供LabVIEW及C语言下的驱动. 这样, 虚拟仪器系统的开发人员就可以选择自己习惯的编程语言开发自定义的系统 虚拟化 7. 智能化 利用单或多处理器实现学习、识别、推理等功能，以使设备充分模拟人的智力能力, 特别适合故障诊断、识别等应用 人工智能 智能化 8. 网络化 利用通信线路和设备将仪器连接成较大的复杂系统，共享资源，提高速率、灵活性, 适合于远程分布测试、维修、校准、培训等应用 网络化 虚拟仪器技术充分体现了这些趋势 虚拟仪器技术 网络化 数字化 智能化 模块化 标准化 综合化 自动化 虚拟化 虚拟仪器技术在各工程领域的广泛应用 结构健康监测 节能减排 自然环境监测 混合信号测试 水质处理 风能发电 电能质量检测 楼宇资源监控 核能工程 通信工程 虚拟现实 生物医电 太阳能电池板 机器人开发 … 视频 上海世博会中的绿色监测系统 欧洲粒子对撞机的控制系统 无人驾驶汽车 千里之行 始于足下 本课程学习掌握重点 虚拟仪器技术的相关基本概念 LabVIEW程序设计基础 模块化的数据采集设备的基本操作及小型系统开发 学习目标 若将来从事相关研究或大型系统开发工作, 可灵活运用这些基本知识和技能, 举一反三 培养系统级设计的概念, 提高通过集成创新解决实际问题的能力 虚拟仪器的概念最早于上世纪90年代由NI提出，主要思想是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化应用。由此可见，虚拟仪器技术包括硬件、软件、系统设计等要素，所应讲授的内容也不仅仅是LabVIEW软件程序设计。虚拟仪器概念的提出引发了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，促进了自动化测试测量与控制领域的技术发展。 随着计算机、软件、以及电子技术的快速发展，虚拟仪器技术的应用早已突破最初的仪器控制和数据