基于虛擬儀器技術的電子測量工作站設計與實現

摘要：為了解決實驗室儀器價格昂貴，操作復雜，不適合大規(guī)?，F場測試等問題，采用基于USB總線的數據采集卡，配備相應輔助電路模塊完成信號的采集及轉換，運用虛擬儀器技術及LabVIEW開發(fā)平臺，實現了由示波器、邏輯分析儀等15種儀器組成的電子測量工作站。工作站可進行各測量模塊之聞的同步以及計算機數據存儲、分析和制圖，具有使用方便、便攜性好等特點，可有效解決設備應急搶修的問題。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；電子測量工作站；邏輯分析儀

現代工業(yè)和國防工業(yè)的迅速發(fā)展，使電子測量技術進入廣泛使用、綜合測量階段，大型設備、系統(tǒng)的現場監(jiān)控和測試設備是一個方興未艾的新市場。綜合測試設備的核心由多類別、高性能的電子測量儀器集群和計算機構成，重視用戶接口信號的適用范圍和設備適應惡劣工作環(huán)境的能力。隨著大規(guī)模綜合測試在設備、系統(tǒng)中的廣泛使用，對大規(guī)?，F場測試設備的需求將日益成長。電子測量工作站的出現恰好彌補了這一空缺，可有效解決設備應急搶修的問題。電子測量工作站運用虛擬儀器技術把計算機、儀器硬件、計算機軟件等結合起來，除了傳承傳統(tǒng)儀器的已有功能之外，還增加了很多傳統(tǒng)儀器不能及的先進功能，具有高度靈活性，突破了在數據處理、傳送及存儲方面的限制。USB接口已成為PC機的標準配置，并且支持熱插拔功能，數據傳輸率高。
基于NI公司的USB系列數據采集卡和LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺構建便攜式的綜合測量系統(tǒng)，對設備進行頻域、時域的參數測量，完成對設備的狀態(tài)檢測和故障排除。

1 虛擬儀器
虛擬儀器是指計算機為硬件核心平臺，配備相應測試功能的硬件作為信號輸入／輸出端口，利用儀器開發(fā)軟件在計算機上虛擬出儀器的面板和功能按鈕，通過鼠標、鍵盤來操作的儀器。硬件采用數據采集卡，用戶就可以虛擬出任意功能的儀器。美國國家儀器公司設計的LabV-IEW軟件是一種圖形化的編程環(huán)境，實現了虛擬儀器的概念。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器實現了測量儀器的智能化、模塊化、多樣化，具有全自動化的測試過程，并且可以方便地進行二次開發(fā)，以及較低的成本。

2 系統(tǒng)設計
2．1 電子測量工作站簡介
電子測量工作站是將15種電子測量儀器與計算機組合為一體的新型測量設備，是當今電子儀器界一個重要的創(chuàng)新，它具有體積小、攜帶方便、堅固、耐高溫、抗振、抗沖擊、絕對密封防水、防腐、防潮、防塵的特點，尤其是其強大的儀器集群綜合工作能力，特別適用于在環(huán)
境惡劣、應急測試等情況下為設備提供必要的搶修平臺。電子測量工作站中的各種儀器能夠同步工作，形成協(xié)同作戰(zhàn)的儀器集群，它順應當前電子測量多元化、綜合化的趨勢，以工作站的形式取代傳統(tǒng)的分立型臺式儀器，為工業(yè)界、科學界和教育界提供了一種新型電子測量設備，它功能完善、使用方便、通用性好、性價比高，因此電子測量工作站產品具有成為當今電子儀器領域中重要增長點的潛力。電子測量工作站的基本特征如下：將多通道、多功能電子測量儀器群與計算機集成為一個系統(tǒng)的電子測量設備，具有大規(guī)模的綜合測量能力；具有標準的目標硬件適配接口；具有標準的目標軟件適配接口。
2．2 系統(tǒng)組成
電子測量工作站由硬件和軟件兩部分組成。
硬件部分基于USB總線數據采集卡，配備相應輔助電路模塊來完成信號的采集及轉換，模塊電路有雙向數字信號適配器電路、數字存儲示波器電路、高速采樣存儲器電路、數據模型波形存儲器電路、任意波形電壓源信號發(fā)生器電路、電壓信號波形存儲器電路、任意波形電流源信號發(fā)生器電路、電流信號波形存儲器電路、萬用表電路、直流穩(wěn)壓電源電路、通信控制模塊電路。
軟件部分運用美國國家儀器公司的LabVIEW圖形化編程軟件，儀器驅動器完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序，并由計算機進行數據的存儲和分析。
2．3 系統(tǒng)功能
電子測量工作站以系統(tǒng)同步控制模塊為電路核心，控制各個儀器和功能模塊同步工作。在測量中，通過測量接口適配器將被測目標與電子測量工作站中的對應儀器相連接，完成所需信號的發(fā)送和測量，測量數據由計算機進行處理，顯示出測量數據和圖像。它所控制的儀器和功能模塊電路如圖1所示。