1、毕业设计（论文）文 献 综 述（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 文献综述1虚拟仪器的发展与应用1 虚拟仪器技术的发展及其在国民经济发展中的重要作用现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。在此背景下，1986 年美国国家仪器公司(National Instruments, NI)提出了虚拟仪器(Virtual Instrume
2、nt, VI)的概念。尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为：虚拟仪器是在 PC 基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性：(1)融合计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能；(2)利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，真正做到界面友好、人机交互；(3)虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换
3、性等特点。因此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活，效率更高，缩短了系统组建时间。作为一种以计算机软件为核心的新型仪器系统，虚拟仪器具有功能强、测试精度高、测试速度快、自动化程度高、人机界面优异、灵活性强等优点，通常被认为是第三代自动测试系统的同义语。使用虚拟仪器系统可以避免仪器编程过程中的大量重复性劳动，从而大大缩短复杂程序的开发时间，并且客户可以用不同的模块来构造自己的虚拟仪器系统，选择统一的测试策略。作为现代仪器仪表发展的方向，虚拟仪器已迅速发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生也是全球最大的虚拟仪器制造国。国内虚拟仪器研究的起步较晚，最早的研究也是从
4、引进消化 NI 的产品开始。但经过多年研究，我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色。国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代械工程科学前沿学科之一，并被列为“十五”期间优先资助领域。我国国民经济的持续快速发展，加快企业的技术升级步伐，先进仪器设备的需求更加强劲。虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展，这些都为虚拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础。因此，我国的虚拟仪器存在巨大发展潜力，据专家预测到十五末我国虚拟仪器行业的产值将达到仪器仪表行业总产值的 50%。浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 文献综述2但是，国内虚拟仪器行业至今还没有形成具有自主知识产权的虚拟仪
5、器核心开发技术，也没有相关的行业标准。虚拟仪器产业无论在规模还是在质量上都难以与国外同行匹敌，国外虚拟仪器产品几乎垄断了国内的市场。加入 WTO 以后，我国虚拟仪器行业面临的形势更加严峻。2 国内外虚拟仪器研究的现状从虚拟仪器概念提出至今，有关虚拟仪器技术的研究方兴未艾。研究人员在虚拟仪器硬件接口、虚拟仪器软件及其设计方法等方面做了许多有意义的研究工作，并已开发了许多实用的虚拟仪器系统。2.1 各种虚拟仪器开发平台为虚拟仪器的推广应用奠定了基础美国 NI 公司在虚拟仪器概念出现以后，推出了图形化虚拟仪器专用开发平台LabVIEW。这种平台采用独特的图形化编程方式，编程过程简单方便，是目前最受欢
6、迎的虚拟仪器主流开发平台。为了兼顾其他高级语言软件开发者的习惯，NI 还推出了 LabWindows/CVI、Componentworks 等交互式开发平台。美国 HP 公司的 HP VEE、Tektronis 公司的 Ez Test 和 Tek TNS 以及美国 HEM Data 公司的 Snap-Marter 平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台。在国内,西安交大韩九强等采用面向对象技术研究了可组态生成不同虚拟仪器的可视化虚拟仪器软件开发平台，重庆大学秦树人等提出了虚拟仪器产品的网络化开发方法。2.2 软件工程领域新方法新理论在虚拟仪器设计中的应用面向对象技术(Object Or
7、iented, OO)、ActiveX 技术、组件技术(Component Object Model， COM)等被广泛用来进行虚拟仪器的测试分析软件和虚拟界面 (控件)软件设计，出现了许多数据处理高级分析软件和大量的仪器面板控件，这些软件为快速组建虚拟仪器提供了良好的条件。2.3 虚拟仪器开发向标准化方向发展在 1998 年 9 月成立了 IVI(Interchangeable Virtual Instrument)基金会。IVI 基金会是最终用户、系统集成商和仪器制造商的一个开放的联盟。目前，该组织已经制订了示波器/数字化仪、数字万用表、任意波形发生器 /函数发生器、开关/多路复用器/矩阵
8、及电源等五类仪器的规范。IVI 制订的虚拟仪器统一规范，提升了仪器驱动软件标准化水平。2.4 虚拟仪器网络化、智能化初见端倪伴随网络技术的高速发展，出现了以网络为基础、虚拟仪器为核心的“虚拟实浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 文献综述3验室(Virtual Laboratory)”的概念。目前，虚拟实验室已成功地应用于许多大型实验室的实验研究和高等学校的实验教学。在人工智能研究的影响下，人们开始关注如何提高虚拟仪器的智能化水平。重庆大学秦树人等提出的智能化控件的思想，通过具有一定智能的多功能控件提高虚拟仪器灵活性；本文14提出了基于实例推理的虚拟仪器设计方法，通过对设计实例的查询、检索和适
9、应、修改，实现软件资源的重用，提高虚拟仪器的设计效率。2.5 采用接口总线组建复杂虚拟仪器系统虚拟仪器的突出成就不仅是可以利用 PC 机组建成为灵活的虚拟仪器，更重要的是它可以通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自测试系统。目前虚拟仪器系统开发采用的总线包括传统的 RS232 串行总线、 GPIB 通用接口总线、VXI 总线，以及已经被 PC 机广泛采用的 USB 通用串行总线和 IEEE 1394 总线(Firewire) 。3 虚拟仪器技术研究展望虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测量技术传统领域的各类仪器，虚拟仪器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵活性与经济性，因而特别适应于
10、当代科学技术迅速发展和科学研究不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。3.1 加快制定虚拟仪器国家标准,保护虚拟仪器知识产权家电行业和通讯行业曾经遭遇过的经验教训告诉我们，产品的知识产权是决定产品市场竞争力的最关键因素。为了应对加入 WTO 后我国虚拟仪器领域面临的国外竞争压力，我国应当根据国内已有的技术力量和研究基础，尽快自行制定有关虚拟仪器行业的国家标准和相关的产业政策，保护自主的虚拟仪器知识产权。3.2 高性能数字信号处理芯片将加速虚拟仪器的发展大规模可编程逻辑器件和数字信号处理器技术的快速发展和芯片成本的降低，不仅可以提高信号采集和处理的速度，也将缩短虚拟仪器系统的开发时间、提高
11、系统的扩展性。例如，美国 XiLinx 公司的现场可编程逻辑器件(FPGA)，将现代 VLSI逻辑集成的优点和可编程器件设计灵活、制作及上市快速的长处相结合，使设计者在现场直接根据系统要求定义和修改逻辑功能。总之，高性能数字信号处理芯片必将加速其在虚拟仪器系统的应用。3.3 智能化软件开发平台是虚拟仪器一个重要的发展方向尽管目前虚拟仪器的研究已取得许多重大进展,但现在的虚拟仪器体系仍存在以下问题：浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 文献综述4(1)仪器开发严重依赖经验。调查表明，虚拟仪器一般都是用户根据自己的实际需要由自己开发完成的。但普通的虚拟仪器用户中，同时具有软件设计经验和仪器专业知识
12、的十分有限。因此，对普通的用户来说，自我开发虚拟仪器还具有比较大的难度；(2)仪器设计的效率低。在现行的虚拟仪器设计中，尽管 OO、ActiveX、COM技术的广泛采用在一定程度上提高了软件的重用性，但设计时仍需要编写大量代码才能把这些部件联接成一个完整的系统；(3)仪器的可扩展性和可重构性差。用户若需要改变仪器的某些功能，必须要通过开发平台在代码层次上重新修改、编译才能实现。因此，采用人工智能技术提高虚拟仪器软件系统的可重构能力，降低虚拟仪器的设计难度，真正实现用户自己定义仪器的目标，是虚拟仪器研究中亟待解决的一项重要工作。4 结论虚拟仪器是现代机械工程科学前沿学科之一，也是对国民经济发展有
13、重要影响的新兴产业。虚拟仪器技术使得仪器仪表不再是功能单一的和固定的不可变结构，而是越来越表现出柔性化和智能化，其适应性越来越强，功能也越来越丰富。为了加速我国虚拟仪器技术的基础研究和应用推广。应在虚拟仪器的智能化开发平台、高性能数字信号处理芯片等方面进行进一步研究。浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 文献综述5参考文献1 Xuedong Jing，Chengtao Wang，Gengqiang Pu， Binshi Xu，Sheng Zhu， Shiyun Dong Evaluation of measurement uncertainties of virtual instruments
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