摘要：介紹了虛擬儀器的概念及其軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)Labview的功能與特點(diǎn)。虛擬儀器是電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的高效率解決方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將會(huì)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的要求也越來(lái)越高，水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器不僅要能單獨(dú)測(cè)量某個(gè)水質(zhì)參數(shù)，而且還希望能夠互相通信、實(shí)現(xiàn)信息共享，從而完成對(duì)被測(cè)水體系統(tǒng)的綜合分析及評(píng)價(jià)。利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的水質(zhì)監(jiān)測(cè)虛擬儀器系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)而進(jìn)行的研究探索。

1 虛擬儀器及Labview

虛擬儀器的概念是美國(guó)NI公司(National Instrument)在20世紀(jì)80年代中期提出來(lái)的。所謂虛擬儀器就是以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專(zhuān)業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)結(jié)合構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用了計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有許多優(yōu)點(diǎn)：對(duì)測(cè)試量的處理和計(jì)算可更復(fù)雜且處理速度更快，測(cè)試結(jié)果的表達(dá)方式更加豐富多樣，可以方便地存儲(chǔ)和交換測(cè)試數(shù)據(jù)，價(jià)格低，技術(shù)更新快。它的最大特點(diǎn)就是把由儀器生產(chǎn)廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。由于虛擬儀器的測(cè)試功能、面板控件都實(shí)現(xiàn)了軟件化，任何使用者都可通過(guò)修改虛擬儀器的軟件來(lái)改變它的功能和規(guī)模，這充分體現(xiàn)了軟件就是儀器的設(shè)計(jì)思想。

虛擬儀器的技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，核心是計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)。其中最有代表性的圖形化編程軟件是美國(guó)NI公司推出的Labview(laboratory virtual instrumente ngineering work bench即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái))。它是世界上第一個(gè)采用圖形化編程技術(shù)的面向儀器的32位編譯型程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它的目標(biāo)就是簡(jiǎn)化程序的開(kāi)發(fā)工作，提高編程效率，讓科學(xué)家和工程技術(shù)人員充分利用計(jì)算機(jī)的資源和強(qiáng)大功能，快速簡(jiǎn)捷地完成自己的工作任務(wù)，它被稱(chēng)為科學(xué)家與工程師的語(yǔ)言。

Labview使用了所見(jiàn)即所得的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供了許多儀器面板中的控制對(duì)象，如表頭、旋鈕、開(kāi)關(guān)及坐標(biāo)平面圖等。用戶可以通過(guò)使用編輯器將控制對(duì)象改變?yōu)檫m合自己工作領(lǐng)域的控制對(duì)象。Labview提供了多種強(qiáng)有力的工具箱和函數(shù)庫(kù)，并集成了很多儀器硬件庫(kù)。Labview支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的Labview應(yīng)用程序可直接移植到其它平臺(tái)上。

2 實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的虛擬儀器系統(tǒng)的建立及應(yīng)用

2.1虛擬儀器的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)由兩部分組成：前面板和流程圖。在前面板，輸入用輸入控件(Control)來(lái)實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行的結(jié)果由輸出控件(Indicator)來(lái)完成。流程圖是完成程序功能的圖形化源代碼，通過(guò)它對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的輸入和輸出進(jìn)行指定，完成對(duì)信號(hào)采集及分析處理功能的控制。

采用Labview5.1開(kāi)發(fā)的水質(zhì)化學(xué)離子檢測(cè)指標(biāo)測(cè)定虛擬儀器可以同時(shí)或分別對(duì)氟離子、氯離子、氰離子、溶解氧等濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

面板中間具有4個(gè)數(shù)值顯示窗口和4個(gè)圖形顯示窗口，分別顯示數(shù)據(jù)。為了準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)兩種讀取方式：用鼠標(biāo)讀取；在顯示屏上放一個(gè)游標(biāo)，利用鍵盤(pán)控制。系統(tǒng)設(shè)置采樣點(diǎn)數(shù)，采樣頻率等。
通道選擇按鈕表示內(nèi)存通道，與讀數(shù)通道相對(duì)應(yīng)，每個(gè)通道都可以放一組由外設(shè)端口或從數(shù)據(jù)文件中讀出的原始信號(hào)數(shù)據(jù)。

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)命令按鈕與顯示屏相對(duì)應(yīng)，按下它就表示要把顯示屏上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。存儲(chǔ)方式有兩種：存儲(chǔ)在文件里或通過(guò)打印機(jī)打印。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以多種方式顯示：如柱型圖，三維立體圖，直方圖等。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析庫(kù)(按鈕)能夠?qū)λ鶞y(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、回歸、分析(調(diào)用函數(shù)等)。使用幫助菜單(按鈕)熟悉和了解儀器的功能、操作等。按下退出按鈕后，將關(guān)閉虛擬儀器。

2.2虛擬儀器的硬件結(jié)構(gòu)

虛擬儀器的硬件平臺(tái)主要包括用于數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析處理和信號(hào)輸出顯示等硬件。由于從傳感器直接得到的信號(hào)很微弱，因此選用了美國(guó)BurrBrown公司專(zhuān)門(mén)用于數(shù)據(jù)采集、具有高精度及強(qiáng)抗干擾能力的精密隔離儀表放大器作為信號(hào)處理單元的主放大器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用美國(guó)IotechWaveBook/512DataAcquisitionSystem，其主要性能指標(biāo)為：采樣頻率，1MHz;通道數(shù)，8；A/D精度，±0.025%；抗混濾波器；FIFO緩沖器，64k。

2.3應(yīng)用實(shí)例

自行研制開(kāi)發(fā)的化學(xué)離子檢測(cè)指標(biāo)和水質(zhì)綜合檢測(cè)指標(biāo)測(cè)定的虛擬儀器的面板中間的數(shù)值顯示窗口和圖形顯示窗口可以同時(shí)對(duì)氟離子、氯離子、氰離子和溶解氧等濃度或COD和BOD進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)設(shè)置了采樣點(diǎn)數(shù)，采樣頻率等。通過(guò)通道選擇，可以以一個(gè)大的顯示窗口分別顯示氟離子、氯離子、氰離子、溶解氧、COD及BOD濃度等由外設(shè)端口或從數(shù)據(jù)文件中讀出的原始信號(hào)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬儀器是電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的高效率解決方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將會(huì)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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