（環(huán)境工程專業(yè)論文）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域測量、測試儀器虛擬化對策研究.pdf

中文摘要 摘要 虛擬儀器技術(shù)是2 0 世紀8 0 年代發(fā)展起來的一種新興的測試技術(shù)，它是虛擬 技術(shù)在儀器、儀表領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用。它利用計算機的硬件資源和專有軟件的 功能，形成了一臺具有專業(yè)用途的智能測試儀器。它的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一 場革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個重要領(lǐng)域，對科 學技術(shù)發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 本文將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的測量、測試儀器與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)臺，通過大量的現(xiàn)場 調(diào)研、走訪及文獻資料收集，與具體儀器使用人員的密切溝通，對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用 的測量、測試儀器的功能、價格、使用狀態(tài)做了深入了解。并結(jié)合虛擬儀器技術(shù) 分別對高效液相離子色譜儀、濕度測試儀、原子吸收分光光度計、傅立葉變換紅 外光譜儀的工作原理、硬件構(gòu)成、軟件功能等做了深入研究，然后主要從軟件功 能上提出了一些切實可行的虛擬化對策及建議。 本文對以上農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用的測量、測試儀器提出的虛擬化對策不僅包括儀器 本身應(yīng)具備的傳統(tǒng)功能，還包括一些諸如現(xiàn)代計算機軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù) 據(jù)分析及處理的最新的技術(shù)，例如：數(shù)據(jù)庫檢索，軟件報警，軟件濾波、數(shù)據(jù)統(tǒng) 計及分布計算，智能提示與幫助，圖譜的人工編輯，與其它軟件的接口連接，強 大的數(shù)值計算與分析功能( 例如計算峰高、峰面積積分、半峰寬、一至四階微分 運算和吸光度與透射比的轉(zhuǎn)換) ，譜圖的細化、平滑化處理，光標取值，測試數(shù)據(jù) 的存儲、調(diào)用和回放，對測試結(jié)果自動生成報告等等。 通過對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域典型測量、測試儀器的虛擬化的對策研究，為今后進一步虛 擬化的具體實施提供了有力的支持。 關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)，測試， 虛擬化，對策研究 英文摘要 _-_-_-_-_-_-_-，-_一 v i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g yi san e wm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yd e v e l o p e di n 1 9 8 0 s ，a n di ti st h ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o no fv i r t u a lt e c h n o l o g ya p p l y i n gi nt h ef i e l do f i n s t r u m e n t u s i n gt h eh a r d w a r ea n dt h ef u n c t i o n so ft h es o f t w a r eo fc o m p u t e r , v i r t u a l i n s t r u m e n tc o m e si n t ob e i n ga ni n t e l l i g e n tt e s ti n s t r u m e n tw i t hs p e c i a l t yf u n c t i o n t h e a p p e a r a n c eo fv i r t u a li n s t r u m e n ti sb o t har e v o l u t i o ni nt h eh i s t o r yo fi n s t r u m e n t d e v e l o p m e n t ，a n di st h er e p r e s e n t a t i o no ft h em o s ta d v a n c e dd e v e l o p i n gt e c h n i q u ea n d t r e n d yo fi n s t r u m e n td e v e l o p m e n t v i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g yi so n eo ft h ei m p o r t a n t f i e l d so fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , a n di tw i l le x e r ta ni n v a l u a b l ei n f l u e n c eo nb o t ht h e d e v e l o p m e n to fs c i e n c et e c h n o l o g ya n dt h ep r o d u c t i o no fi n d u s t r ya n da g r i c u l t u r e i n t h i sp a p e r , t h ea u t h o rc o m b i n e st h em e a s u r e m e n ta n dt e s ti n s t r u m e n to fa g r i c u l t u r ef i e l d w i t hv i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y , c o l l e c t sa b u n d a n ta r t i c l e sa n di n f o r m a t i o n ，c o m m u n i c a t e sn e a r l y w i t ht h ei n s t r u m e n t su s e r s ，a n df i n d so u tt h ei n f o r m a t i o na b o u tt h ef u n c t i o n s ，p r i c e sa n ds t a t e so ft h e i n s t r u m e n t si nc m n n l o f lu s e t h r o u g hu s i n gv i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y , t h i sp a p e rr e s e a r c hd e e p l y i n t ot h ew o r kt h e o r y , h a r d w a r es t r u c t u r ea n ds o f t w a r ef u n c t i o n o fh p i c ，h u m i d i t yt e s t e r , a t o m i c a b s o r p t i o ns p e c t r o p h o t o m e t e r , f fi n f r a r e ds p e c t r o m o n i t o r , t h e ns o m ed o a b l et e c h n i q u eo fv i r t u a l i z e d c o u n t e l l l l e a g u r ea n da d v i c ea r ep u tf o r w a r d t h ev i r t u l i z e dc o u n t e r m e a s u r eo ft h em e a s u r e m e n ta n dt e s ti n s t r u m e n ti n c l u d en o t o n l yt h et r a d i t i o n a l f u n c t i o n sb u ta l s ot h em o d e mc o m p u t e rs o f t w a r et e c h n o l o g y , d a t a b a s et e c h n o l o g y , d a t aa n a l y s i sa n dp r o c e s s i n g , s u c ha sd a t a b a s es e a r c h e s ，s o f t w a r e w a r n i n g ，s o f t w a r ef i l t e r i n g ，d a t a s t a t i s t i ca n dd i s t r i b u t i o nc o m p u t i n g ，i n t e l l i g e n c e p r o m p t i n ga n dh e l p i n g ，s p e c t r o g r a m - e d i t i n g ，t h ei n t e r f a c ew i t ho t h e rs o f t w a r e ，p o w e r f u ld a t a c o m p u t ea n da n a l y s i sf u n c t i o n ( s u c ha st h en u m e r a t i o no fp e a k - h e i g h t ，p e a k - a r e aa n dh a l fp e a k - s p a n ， d i f f e r e n t i a lc o e f f i c i e n t ，a n dt r a n s f o r mo fa b s o r b e n c yw i t ht r a n s m i s s i o n ) s p e c t r o g r a m - z o o m ， s p e c t r o g r a m - s m o n t k i n g , d a t aa c q u i s i t i o nw i t hc u i s o r , s t o _ r a g e ，c a r i n ga n dr e c a l l i n go ft h et e s td a t a ， a u t o - r e p o r t i n gt h et e s tr e s u l t t h i sr e s e a r c ho fc o u n t e r m e a s u r ea b o u tm e a s u r e m e n ta n dt e s ti n s t r u m e n ti nt h e a g r i c u l t u r ef i e l dp r o v i d et h ep o w e r f u ls u p p o a f o rt h ef u r t h e ra p p l i c a t i o no fv i r t u l i z e dw o r k i n g k e yw o r d ：a g r i c u l t u r e ，m e a s u r e m e n t ，c o u n t e r m e a s u r er e s e a r c h i i i 1 緒論 1 緒論 1 1 課題來源 本課題是重慶市科委軟科學資助項目的子項目，項目題目為“典型行業(yè)測試、 測量儀器群實現(xiàn)虛擬( 軟件) 化的對策研究”，項目批準號：8 1 9 7 。 1 2 虛擬儀器技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀”伽叫伯蚓 儀器儀表是人類對物質(zhì)世界的信息進行測量、控制及有效利用的基本手段和 設(shè)備，是信息產(chǎn)業(yè)的源頭和重要組成部分。儀器儀表的發(fā)展水平是國家科技水平 和綜合國力的重要標志之一。二十世紀八十年代，基于計算機技術(shù)和測試技術(shù)的 發(fā)展。在測試儀器領(lǐng)域產(chǎn)生了一種新的，具有深遠意義的儀器虛擬儀器，并 在此基礎(chǔ)上形成了虛擬技術(shù)。虛擬儀器的出現(xiàn)在整個測試儀器領(lǐng)域掀起了一場新 的革命，它以其獨特的性能正逐步替代傳統(tǒng)的測試儀器。 而將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)又是一次非常有益的嘗試。我國農(nóng)業(yè)人口比例 大，農(nóng)業(yè)勞動力過剩，農(nóng)業(yè)勞動效益比不高，尤其是加w t o 之后，我國農(nóng)業(yè)面臨 國外優(yōu)質(zhì)廉價農(nóng)產(chǎn)品的競爭。而解決這一問題的關(guān)鍵在于充分利用好測量、測試 儀器，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，走高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效之路。 近年來，虛擬儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程中。 美國g e o m a t i c s 公司于1 9 9 6 年采用虛擬儀器開發(fā)自動化灌溉系統(tǒng)，可以實現(xiàn) 灌溉強度、灌溉時間及灌溉方式的自動控制。水箱水位、水泵與閥門狀態(tài)、溫度、 土壤濕度及財產(chǎn)安全報警等這些數(shù)據(jù)均以簡單的圖形方式顯示于屏幕上。例如， 當顯示器屏幕上的指示燈由綠變紅時，說明灌溉過程需要注意。這時，用戶只需 按下屏幕左方的按鈕，就可以通過系統(tǒng)彈出的監(jiān)視與控制面板調(diào)查原因。每月的 土壤濕度和用水情況可由圖形表達，系統(tǒng)同時監(jiān)視降阿情況，以便將額外降水計 入灌溉程序。不同時期的灌溉用水量、灌溉方式、水箱水位和降雨量等都存入數(shù) 據(jù)庫，并以圖形方式顯示出來，供用戶與本月信息進行對比，每同( 降雨時每小時) 生成一份灌溉報告。該系統(tǒng)不僅可以監(jiān)視、控制灌溉方式、還能夠記錄不同灌溉 方式的經(jīng)濟性，可有效地降低成本。 密執(zhí)安工業(yè)大學于1 9 9 6 年開發(fā)了柴油機實驗室自動化數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng) 運行于w i n d o w s 操作系統(tǒng)上，可以獲得柴油機排放的實驗數(shù)據(jù)。 美國g o l d s m i t h 種子公司于1 9 9 7 年利用虛擬儀器開發(fā)工具和計算機視覺軟 件，在m i c r o s o f tw i n d o w s 系統(tǒng)上開發(fā)了計算機自動化秧苗分析系統(tǒng)( c a s a ) ，用 于監(jiān)視秧苗質(zhì)量和預測在最后發(fā)芽期限發(fā)芽良好的秧苗數(shù)量。用虛擬儀器系統(tǒng)可 重慶大學碩十學位論文 以隨時采集和記錄從傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并對之進行統(tǒng)計、數(shù)字濾波、頻域分析 等處理，從而實現(xiàn)監(jiān)控功能。虛擬儀器的靈活性使得數(shù)據(jù)采集軟件和控制軟件的 擴展變得容易起來，從而使系統(tǒng)的功能不斷擴展。 中國農(nóng)業(yè)大學的研究人員利用虛擬儀器開發(fā)平臺，j f ：發(fā)了用于精密播種機性 能檢測的實驗室自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)可自動檢測常規(guī)臺架試驗中的所有項目，獲得 所需的各類結(jié)果。如理論調(diào)整粒距、合格粒距平均值、種子外形尺寸、合格粒距 中均值、落種性能( 合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)) 、播種精度變異系數(shù)、種子落 地速度等。并做到操作界面可視化，并通過建立d d e 將測試結(jié)果直接傳至e x c e l 及自動打印試驗報告。 1 9 9 8 年，中國農(nóng)業(yè)大學機械工程學院利用面向?qū)ο蟮奶摂M儀器丌發(fā)工具 l a b w i n d o w s c v i 和計算機視覺軟件，開發(fā)了蘋果自動分選系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實時 圖象采集與分析，根據(jù)檢測結(jié)果控制不同等級電磁閥門的丌閉，完成蘋果等級分 選。該系統(tǒng)由p cp c n t i u m i i 2 3 3 m h z 計算機、i m a q p c t 一1 4 0 8 圖像采集卡、 p c 一1 r i o 一1 0 定時i o 板、光電傳感器、c c d 攝像頭、電磁閥等組成，應(yīng)用軟件 采用l a b w i n d o w s c v l 開發(fā)。系統(tǒng)用戶界面分為控制面板和圖像采集窗口兩部分。 通過控制面板，用戶可控制系統(tǒng)的運行及獲得評判結(jié)果。圖像采集窗口則顯示位 f 傳送帶上相應(yīng)的蘋果圖像。系統(tǒng)通過一個數(shù)據(jù)庫獲得評判標準，并通過i m a o v i s i o n 的圖像分析處理函數(shù)，對蘋果品質(zhì)進行分析，最后得出蘋果等級的鑒定結(jié)果， 同時啟動相應(yīng)的電磁閥。 由中國農(nóng)機研究院和北京海淀土壤分析儀器廠共同研制的多功能土壤分析 儀，具有光電比色、電極電位、電導和定量容積四種分折功能，可快速測出土壤 中速效氮、磷、鉀、酸堿度、全鹽量和水分等，待測樣品經(jīng)消煮后還可測全氮、 全磷、全鉀及有機質(zhì)等。其測試結(jié)果采用數(shù)字顯示、直觀易讀、測試精度達國內(nèi) 先進水平。 虛擬儀器技術(shù)還廣泛應(yīng)用于農(nóng)機測量中。 農(nóng)機測試一般可分為室內(nèi)測試和田間測試。室內(nèi)測試相對于陽間測試來說有 定的局限性，因為室內(nèi)測試忽略了許多隨機影響因素。但是，無論是室內(nèi)測試 還是田間測試，對各個測試指標都不可能單一地去考慮。在分析各個測試指標的 l 司時，還要考慮各個指標問的交互作用，對各個指標進行綜合分析。這些都決定 r 農(nóng)機測試具有多因素、動態(tài)性和復雜性等特點。因此，采用傳統(tǒng)的實驗儀器來 畢獨鋇4 量各個指標，然后再進行手工或其它方法進行數(shù)據(jù)分析處理，顯然是比較 費時、費力，并且誤差很大：而采用虛擬儀器技術(shù)，對試驗對象的各個指標同時 進行數(shù)據(jù)的測量、實時處理和實時分析，有利于節(jié)省不必要的浪費，更有利于提 商測試水平，得出比較精確的結(jié)論，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供更可靠的依據(jù)。中國 1 緒論 農(nóng)業(yè)大學研制的精播機虛擬儀器檢測系統(tǒng)就是虛擬儀器在農(nóng)機測試中應(yīng)用的實 例。在此基礎(chǔ)上，還可以考慮去實現(xiàn)精播機其它參數(shù)的測量。特別是可以用基于 虛擬儀器技術(shù)的視覺系統(tǒng)來捕捉和檢測種子的運動軌跡，確定種子的運動速度和 運動方程等，為改進和設(shè)計更合理的精播機結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。同樣，還可以考慮虛 擬儀器在其它農(nóng)業(yè)機械上的應(yīng)用。比如，在收獲機械中，用于檢測撥禾輪的轉(zhuǎn)速、 割刀速度和前進速度，并分析它們之陽j 的關(guān)系：用于旋耕機刀片的受力分析，檢 測其轉(zhuǎn)速與前進速度是否滿足要求；在植保機械中，檢測霧滴的穿透、分布、反 彈及植物莖葉的運動等。及合理配備生產(chǎn)要素，獲取高產(chǎn)和高效益；同時又有效 地保護生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)自然資源，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平， 加快我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的步伐。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，當前設(shè)施農(nóng)業(yè)( 又稱工廠農(nóng)業(yè)) 己成為一種農(nóng)業(yè)新興 產(chǎn)業(yè)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是借助溫室及其配套裝置來調(diào)節(jié)和控制作物生產(chǎn)環(huán)境條件的新農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)方式，是農(nóng)業(yè)擺脫自然制約的有效手段，是對常規(guī)農(nóng)業(yè)的革命性發(fā)展，是 高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和技術(shù)密集型的農(nóng)業(yè)。我國近年來，塑料大棚和日光溫室為主 體的設(shè)施農(nóng)業(yè)正迅速發(fā)展，但與國外相比，普遍存在科技含量低，勞動強度大， 生產(chǎn)水平和效益低下。因此，迫切需要技術(shù)改進，以提高我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的整體水 平。 要實現(xiàn)高水平的設(shè)施農(nóng)業(yè)，信息的獲取、分析手段是所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)之 一。因此，開發(fā)性能價格比高的設(shè)施農(nóng)業(yè)用虛擬測試儀器是當務(wù)之急。而一般情 況下，所涉及到的具體測量對象是： 溫度和濕度：作物生長與溫度和濕度有密切關(guān)系，塑料大棚的控制參數(shù)中， 溫度與濕度檢測、控制是主要參數(shù)之一。 土壤養(yǎng)分：土壤養(yǎng)分依賴于施肥，合理施肥不僅可以提高作物產(chǎn)量，而且 可以避免過施肥而造成不必要的損失。土壤養(yǎng)分的測定包括土壤有機質(zhì)、p h 值、 氮、磷、鉀以及交換性鈣和鎂的檢測。 c o ，：農(nóng)作物生長發(fā)育離不開光合作用，而光合作用又與c o ，有關(guān)，所以 控制c o ，的濃度，有利于作物的生長發(fā)育。 光照度：設(shè)施農(nóng)業(yè)中，采用栽培管理自動化系統(tǒng)其光源完全是人工光，而 不是太陽光，采用光測試分析器柬檢測和控制光照強度，使作物可以得到均勻一 致光照。 土壤干燥度：作物生長需要水分，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中如何灌水，做到既不影q 自 作物生長又不浪費水資源是至關(guān)重要的問題。 針對以上的具體測量對象，應(yīng)開發(fā)一批在價格上適合中國國情，在功能上具 有較高實用價值的農(nóng)業(yè)測量、測試儀器。這些測試儀器應(yīng)充分利用近年來涌現(xiàn)出 重慶大學碩上學位論文 的新的測量、測試技術(shù)例如虛擬儀器技術(shù)，來方便農(nóng)業(yè)科研及生產(chǎn)人員使用 以提高我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。 1 3 本課題的研究意義 在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學分析中廣泛應(yīng)用的液相色譜儀、紅外光譜計、原子吸收分光光 度計、氨基酸分析儀等諸多的分析測試儀器，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著不可估量的 作用。本課題就是將虛擬儀器技術(shù)分別與液相色譜儀、傅立葉變換紅外分光光度 計、原子吸收分光光度計、濕度測試儀等儀器相結(jié)合，對這些儀器的測試功能、 測試手段進行虛擬化對策研究，提出切實可行的虛擬化對策，為這些儀器成為真 i f 的虛擬化測試儀器打下堅實的基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的虛擬測試儀器的出現(xiàn)將為該領(lǐng) 域測量、測試儀器群注入新的生命力。 4 2 虛擬儀器技術(shù) 2 虛擬儀器技術(shù) 2 1 虛擬儀器的概念臥【3 】 虛擬儀器( v i r t u a li n s t r u m e n t ，簡稱v i ) 是虛擬技術(shù)在儀器儀表領(lǐng)域中的一個重 要應(yīng)用，它是日益發(fā)展的計算機硬件、軟件和總線技術(shù)在向其他技術(shù)領(lǐng)域密集滲 透的過程中，與測試技術(shù)、儀器技術(shù)密切結(jié)合，共同孕育出的一項新成果。1 9 8 6 年美國的國家儀器公司( n a t i o n a li n s t r u m e n t sc o r p o r a t i o n ，簡稱n i ) 首先提出了虛 擬儀器的概念，認為虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù) 分析、過程通訊及圖形用戶界面的軟件組成的測試系統(tǒng)，是一種由計算機操縱的 模塊化儀器系統(tǒng)。如果需要作進一步說明，則虛擬儀器是以計算機作為儀器統(tǒng)一 的硬件平臺，充分利用計算機獨具的運算、存儲、回放、調(diào)用、顯示以及文件管 理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算 機結(jié)合起來融為一體，這樣便構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相 同，同時又充分享用計算機智能資源的全新的儀器系統(tǒng)。由于儀器的專業(yè)化功能 和面板控件都是由軟件形成，因此國際k 把這類新型的儀器稱為“虛擬儀器”或 稱“軟件即儀器”。 各種功能強大、越來越來復雜的虛擬儀器不斷涌現(xiàn)，促使虛擬儀器得到了高速 發(fā)展。作為共性，虛擬儀器的特點主要表現(xiàn)為： 硬件接口標準化； 硬件軟件化； 軟件模塊化； 模塊控件化； 系統(tǒng)集成化； 程序設(shè)計圖形化； 計算可視化； 硬件接口軟件驅(qū)動化。 以p c 機為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，將測試儀器的功能和形象逼真的儀器面板控 件均形成相應(yīng)的軟件并以文件形式存放于機內(nèi)的軟件庫中，同時在計算機的總線 槽內(nèi)插入對應(yīng)的、可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的模塊化硬件接口卡，若使庫內(nèi)儀器測試功能、 儀器控件的軟件和由接口卡輸入至機內(nèi)的數(shù)據(jù)，在計算機系統(tǒng)管理器的統(tǒng)一指揮 和協(xié)調(diào)下運行，便構(gòu)成了類全新概念的儀器虛擬式儀器。 重慶大學碩士學位論文 2 2 虛擬儀器的產(chǎn)生和現(xiàn)狀【4 h “ 測量儀器發(fā)展至今，大體可分為四代：第一代為模擬式儀器儀表，如指針式電 流、電壓表、萬用表、模擬式信號產(chǎn)生器等，它們對測量結(jié)果進行指示的基本結(jié) 構(gòu)式電磁機械式結(jié)構(gòu)，一般是借助指針來指示最終結(jié)果；第二代為數(shù)字化儀器， 這類儀器目前仍用得普遍，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計、數(shù)顯表、記憶示波器等， 這類儀器的特點是將模擬信號的測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的測量，并以數(shù)字方式輸出 和顯示最終結(jié)果，這類儀器適用于快速響應(yīng)和準確度要求較高的測量領(lǐng)域；第三 代儀器為智能儀器，在這類儀器內(nèi)置有微處理器，因此它能進行自動測試又具有 定的數(shù)據(jù)處理功能，可取代部分腦力勞動，因此稱為智能儀器，它的功能模塊 主要是硬件或固化的軟件，這樣對開發(fā)和應(yīng)用仍缺乏靈活性；第四代儀器為虛擬 儀器，它是現(xiàn)代計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它幾乎克 服了傳統(tǒng)硬件化儀器的主要缺點，是對傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是儀器發(fā) 展的方向。 自2 0 世紀8 0 年代以來，美國n i 研制和推出了多種總線系統(tǒng)的虛擬式儀器。 它推出的l a b v i e w 圖形編程系統(tǒng)己被廣泛使用。在n i 之后，美國惠普( h p ) 公 司緊緊跟上，推出了h p v e e 編程系統(tǒng)，用戶可用它組建或挑選自己所需的儀器。 除此之外，世界上陸續(xù)有數(shù)百家公司，如t e k t r o n i x 公司、r a c a l 公司等也相繼推出 了多種總線系統(tǒng)和虛擬式儀器。作為儀器領(lǐng)域中的新興技術(shù)，虛擬式儀器的研究、 丌發(fā)在國內(nèi)也已經(jīng)了起步階段。從2 0 世紀9 0 年代中期以來，國內(nèi)的一批高校和 科技公司在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設(shè)計平臺以及引進消化外國產(chǎn)品 等方面做了一系列有益工作。例如重慶大學，在自行研制的“框架協(xié)議”開發(fā)系 統(tǒng)中成功開發(fā)了1 5 類3 0 余種直接的虛擬儀器，并已在國內(nèi)推廣了1 0 0 0 臺以上， 取得了一批矚目的成果。相信在不久的將來，國內(nèi)將會推出種類更多、性能更優(yōu)、 功能更強的并具有自主版權(quán)的虛擬儀器產(chǎn)品。 虛擬儀器依靠其自身的優(yōu)勢使它在儀器市場中的競爭力不斷增強，世界上許多 大的儀器公司均在虛擬儀器市場上占有一席之地。1 9 8 8 年，國際上開始有虛擬儀 器產(chǎn)品面市，當時只有5 家制造商推出的3 0 種產(chǎn)品。此后，虛擬儀器產(chǎn)品每年成 倍增加，到1 9 9 4 年底，虛擬儀器制造廠已達9 5 家共生產(chǎn)1 0 0 0 多種虛擬儀器產(chǎn)品， 銷售額達2 9 3 億美元，占整個世界儀器銷售總額7 3 億美元中的約4 。當前，我 幽i f j 處于科學技術(shù)蓬勃發(fā)展的新時期，對儀器設(shè)備的需求將更加強勁。虛擬儀器 賴以生存的p c 近幾年正以迅猛的勢頭席卷全國，這為虛擬儀器的發(fā)展奠定了基 礎(chǔ)因而虛擬儀器作為傳統(tǒng)儀器的替代品，市場容量將會越來越巨大。掘統(tǒng)計， 1 9 9 5 年我國進口電子測量儀器7 3 5 萬臺，價值3 2 億美元。據(jù)“國際自動化儀表， 雜志1 9 9 9 年的預測，到2 1 世紀前1 0 年，全世界將有5 0 的儀器儀表為虛擬儀器， 6 2 虛擬儀器技術(shù) 虛擬儀器的生產(chǎn)廠家將超過千家，品種將達到數(shù)千種，市場占有率將達到電測儀 器的5 0 ! 這一預測對整個儀器儀表領(lǐng)域，不啻是一次強烈的震撼! 使從事電測 電控儀器、分析儀器科學技術(shù)研究與丌發(fā)的科學家和工程師們都看清了虛擬儀器 對傳統(tǒng)儀器對傳統(tǒng)儀器的巨大挑戰(zhàn)，認識到2 1 世紀虛擬儀器不僅勿庸置疑將成為 儀器發(fā)展方向，而且必將在許多品種和領(lǐng)域內(nèi)逐步取代傳統(tǒng)硬件化儀器，使成千 上萬種傳統(tǒng)儀器演變成計算機軟件，成為一系列文件融入計算機中1 2 3 虛擬儀器的特點9 】 與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器有許多優(yōu)勢，如表2 1 所示。 表2 1虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 傳統(tǒng)儀器虛擬儀器 與其他儀器設(shè)備的連接十分有限可方便地與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)、麻用等連接 功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義 圖形界面小人工讀數(shù)。信息量小圖形界面計算機讀數(shù)，分析處理 數(shù)據(jù)無法編輯 數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印 硬件是關(guān)鍵部分 軟件是關(guān)鍵部分 價格昂貴價格低廉 系統(tǒng)封閉，功能固定，擴展性低基于計算機技術(shù)開放的功能，模塊可構(gòu)成多 種儀器 開發(fā)和維護費用高基于軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，人人節(jié)省開發(fā)維護費 用 技術(shù)更新慢技術(shù)更新快 多為實驗室所擁有 個人可擁有一個實驗室 功能單一，操作不便 自動、智能化，可遠距離傳輸 現(xiàn)代化生產(chǎn)要求電子儀器品種、功能強、精度高、自動化程度高，而且要求測 試速度快、實時性好、具有良好的人機界面。虛擬儀器正可以實現(xiàn)這些要求。與 傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下優(yōu)點： 融合計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等 方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器、高分辨率顯示器、大 容量硬盤等已成為虛擬儀器的標準配置。 利用計算機豐富的軟件資源，一方面，實現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化節(jié) 7 2 虛擬儀器技術(shù) 虛擬儀器的生產(chǎn)廠家將超過千家，品種將達到數(shù)千種，市場r 有率將達到電例儀 器的5 0 l 這一預測對整個儀器儀表領(lǐng)域，不啻是一次強烈的震撼! 便從事電測 r 乜控儀器、分析儀器科學技術(shù)研究與丌發(fā)的科學家和工程師們都看清了虛擬儀器 對傳統(tǒng)儀器對傳統(tǒng)儀器的巨大挑戰(zhàn)，認識到2 1 世紀虛擬儀器不僅勿庸置疑將成為 儀器發(fā)展方向，而且必將在許多品種和領(lǐng)域內(nèi)逐步取代傳統(tǒng)硬件化儀器，使成千 上萬種傳統(tǒng)儀器演變成計算機軟件，成為一“系列文件融入計算機中1 2 3 虛擬儀器的特點嘲 與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器有許多優(yōu)勢，如表2 1 所示。 表2 1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 傳統(tǒng)儀器虛擬儀器 與其他儀器設(shè)備的連接十分有限可方便地與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)，麻埔等連接 功能由儀器廠商定義功能由用戶自己定義 圖形界面小，人工讀數(shù)，信息量小牌形界面，計算機讀數(shù)，分析處理 數(shù)據(jù)無法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印 硬件是關(guān)鍵部分軟件是關(guān)鍵部分 價格昂貴價格低廉 系統(tǒng)封閉，功能固定，擴展性低 基丁計算機技術(shù)開放的功能，模塊可構(gòu)成多 種儀器 開發(fā)和維護費用高基于軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)人人節(jié)省開發(fā)維護費 一 用 技術(shù)更新慢技求更新快 多為宴驗室所擁有 個人可擁有個實驗室 功能單一，操作不使盎動、智能化，可遠距離傳輸 現(xiàn)代化生產(chǎn)要求電子儀器品種、功能強、精度高、自動化程度高，而且要求測 試速度快、實時性好、具有良好的人機界面。虛擬儀器e 可以實現(xiàn)這些要求。與 傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下優(yōu)點： 融臺計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等 方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器、高分辨率顯日i 器、大 窖量硬盤等已成為虛擬儀器的標準配置。 利用計算機豐富的軟件資源，一方面，實現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化節(jié) 利用計算機豐富的軟件資源，一方面，實現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化節(jié) 7 重慶大學碩士學位論文 省了物質(zhì)資源，增加了系統(tǒng)靈活性：一方面，通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實 時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理：另一方面，通過圖形用戶界面( g u d 技術(shù)，真正做到了界面友好、人機交互。 基于計算機總線和模塊化儀器總線，傳統(tǒng)儀器儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系 列化、大大縮小了系統(tǒng)尺寸，可方便地構(gòu)建模塊化儀器( i n s t r u m e n to nac a r d ) 。 基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，虛擬儀器系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)能 力( c o n n e c t i v i t y ) ，廣泛支持諸如c a n 、f i e l d b u s 、p r o f i b u s 等各種工業(yè)總線標 準。因此，利用虛擬儀器技術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng)( a t s ，a u t o m a t i ct e s t s y s t e m ) ，實現(xiàn)測量、控制過程地網(wǎng)絡(luò)化。 基于計算機的開發(fā)式標準體系結(jié)構(gòu)。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、 模塊化、可重復使用及互換性等特點。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同 廠家的產(chǎn)品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活，效率更高，縮短了系統(tǒng)組建時間。 2 4 虛擬儀器的硬件系統(tǒng) 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)一般分為計算機硬件平臺和測試功能硬件。計算機硬件 甲臺可以是各種類型的計算機，如p c 、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。 汁算機管理著虛擬儀器的硬軟件資源，是虛擬儀器的硬件支持。計算機技術(shù)在顯 示、存儲能力、處理性能、網(wǎng)絡(luò)、總線標準等方面的發(fā)展，推動著虛擬儀器系統(tǒng) 的發(fā)展。 按照測控功能硬件的不同，虛擬儀器可分為g p i b 、v x i 、p x i 和d a q 四種標 準體系結(jié)構(gòu)。 g li b ( g e n e r a lp u r p o s ei n t e r f a c eb u s ) 通用接口系統(tǒng)，是計算機和儀器問 的標準通訊協(xié)議。g p i b 的硬件觀格和軟件協(xié)議已納入國際工業(yè)標準一一i e e e 4 8 8 1 和i e e e 4 8 8 2 。它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配置了遵循i e e e 4 8 8 的g p i b 接口。典型的g p i b 測試系統(tǒng)包括一臺計算機、一臺g p i b 接口卡和若干 臺g p i b 儀器。每臺g p i b 儀器有單獨的地址，由計算機控制操作。系統(tǒng)中的儀器 “r 以增加、減少或更換，只需對計算機的控制軟件作相應(yīng)的改動。這種概念已被 應(yīng)用于儀器的內(nèi)部設(shè)計。在價格上g p i b 儀器覆蓋了從比較便宜到異常昂貴的儀 器。但是g p i b 的數(shù)據(jù)傳輸速度較低，一般低于5 0 0k b s ，不適臺對系統(tǒng)速度要 求較高的應(yīng)用，因此在應(yīng)用上已經(jīng)受到了一定程度的限制。 v x i ( v m e b u se x t e n s i o nf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) v m e 總線在儀器領(lǐng)域的擴 勝，是在1 9 8 7 年，在v m e 總線、e u r o c a r d 標準( 機械結(jié)構(gòu)標準) 和i e e e4 8 8 等 的基礎(chǔ)上，由主要儀器制造商共同制定的丌發(fā)性儀器總線標準。v x i 系統(tǒng)最多可 包含2 5 6 個裝置，主要由主機箱、零槽控制器、具有多種功能的模塊儀器和驅(qū)動 2 虛擬儀器技術(shù) 軟件、系統(tǒng)應(yīng)用軟件等組成。系統(tǒng)中各功能模塊可隨意更換，即插即用組成新系 統(tǒng)。 目前，國際上有兩個v x i 總線組織： 1 ) v x i 聯(lián)盟，負責制定v x i 的硬件( 儀器級) 標準規(guī)范，包括機箱背板總線、 電源分布、冷卻系統(tǒng)、冷槽模塊、儀器模塊的電氣特性、機械特性、電磁兼容性 以及系統(tǒng)資源管理和通訊規(guī)程等內(nèi)容。 2 ) 總線即插即用( v x ip l u g & p l a y ，簡稱v p p ) 系統(tǒng)聯(lián)盟，宗旨是通過制 定一系列v x i 的軟件( 系統(tǒng)級) 標準來提供一個開放性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，真正實現(xiàn)了 v x i 總線產(chǎn)品的“即插即用”。 這兩套標準組成了v x i 標準體系，實現(xiàn)了v x i 的模塊化、系列化。通用化以 及v x i 儀器的互換性和互操作性。但是v x i 價格相對過高，適合于尖端的測試領(lǐng) 域。 p x i ( p c ie x t e n s i o nf o ri n s t r u m e n t a t i o n ) p c i 在儀器領(lǐng)域的擴展，是n i 于1 9 9 7 年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是c o m p a c tp c i 結(jié)構(gòu)和m i c r o s o f tw i n d o w s 軟件。p x i 是在p c i 內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范 和要求形成的。p x i 增加了用于多板同步的觸發(fā)總線和參考時鐘、用于精確定時的 星形觸發(fā)總線以及用于相鄰模塊問高速通訊的局部總線等，來滿足試驗和測量的 要求。p x i 兼容c o m p a c tp c i 機械規(guī)范，并增加了主動冷卻、壞境測試( 溫度、濕 度、振動和沖擊試驗) 等要求。這樣以來，可保證多廠商產(chǎn)品的互操作性和系統(tǒng) 的易集成性。 d a q ( d a t a a c q u i s i t i o n ) 數(shù)據(jù)采集，指的基于計算機標準總線( 如i s a 、 p c i 、u s b 等) 的內(nèi)容功能插卡。它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測 試系統(tǒng)的靈活性和擴展性。利用d a q 可方便快速地組建基于計算機的儀器 ( c o m p u t e r - b a s e d i n s t r u m e n t s ) ，實現(xiàn)“一機多型”和“一機多用”。在性能上，隨 著d 轉(zhuǎn)換技術(shù)、儀器放大技術(shù)、抗混濾波技術(shù)與信號調(diào)理技術(shù)迅速發(fā)展，d a q 的采樣速度已達到1 g b s ，精度高達6 4 個，并能任意結(jié)合數(shù)字i o 、模擬i o 、計 數(shù)器定時器等通道。儀器廠家生產(chǎn)了大量的d a q 功能模塊可供用戶選擇，如示 波器、數(shù)字萬用表、串行數(shù)據(jù)分析儀、動態(tài)信號分析儀、任意波形發(fā)生器等。在 p c 上掛接若干功能的p c 儀器。這種基于計算機的儀器，既具有高檔儀器的測量 品質(zhì)，又能滿足測量需求的多樣性。對大多數(shù)用戶來說，這種方案很實用，具有 很高的性能價格比，是種特別適合丁- 我國國情的虛擬儀器方案。 2 5 虛擬儀器的軟件設(shè)計 虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，就是利用計算機的硬軟件資源，是本來需要硬 9 重慶人學碩士學位論文 件實現(xiàn)的技術(shù)軟件化( 虛擬化) ，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能 ! 。靈活性?；谲浖趘 l 系統(tǒng)中的重要作用，n i 提出了“軟件就是儀器( t h e s o f t w a r ei st h ei n s t r u m e n t a t i o n ) ”的口號。v p p ( v x lp l a y p l a y ) 系統(tǒng)聯(lián)盟提出了 系統(tǒng)框架、驅(qū)動程序、v i s a 、軟面板、部件知識庫等一系列v p p 軟件標準，推動 了軟件標準化的進程。虛擬儀器的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：v i s a 庫、 儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用軟件。 v i s a ( v i r t u a li n s t r u m e n t a t i o ns o f t w a r e ) 虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)，實質(zhì)就是 標準的i o 函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。一般稱這個i o 函數(shù)庫為v i s a 庫。它駐 留于計算機系統(tǒng)之中執(zhí)行儀器總線的特殊功能，是計算機與儀器之間的軟件層連 接，以實現(xiàn)對儀器的程控。它對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來c 兌是一個個可調(diào)用的操 作函數(shù)集。 每個儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動程序，儀器廠商以源碼的形式提供給用 j “。 應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供直觀友 好的測控操作界面，豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來完成自動測試任務(wù)。 應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境是設(shè)計虛擬儀器所必需的軟件工具。目前，較流行的虛擬 儀器軟件開發(fā)環(huán)境大致有兩類：一類是圖形化的編程語言，具有代表性的有 h p v e e ，l a b v i e w 等：另一類是文本式的編程語言，如c ，v i s u a lc + + ， l a b w i n d o w s c v i 等。圖形化的編程語言具有編程簡單、直觀、開發(fā)效率高的特點。 文本式編程語言具有編程靈活、運行速度快等特點。 l a b v i e w 是美國n a t i o n a l i n s t r u m e n t c o r p o r a t i o n 研制的圖形編程虛擬儀器 系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)采集、控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表示等功能。它提供一種新穎 的編程方法，即以圖形方式組裝軟件模塊，生成專用儀器。i _ , a b v i e w 由面板、流 程方框圖、圖標連接器組成，其中面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代 碼，圖標連接器是調(diào)用接口( c a l l i n gi n t e r f a c e ) 。流程方框圖包括輸入輸出( i 0 ) 部件、計算部件和子v i 部件，它們用圖標和數(shù)據(jù)流的連接表示：i o 部件直接與 數(shù)據(jù)采集板、g p i b 板或其他外部物理儀器通信：計算部件完成數(shù)學或其他運算與 操作；子部件調(diào)用其他虛擬儀器。 l a b w i n d o w s c v l 的功能與l a b v l e w 相似，且由同一家公司研制，不同之 處足它可用c 語言對虛擬儀器進行編程。它有著交互的程序丌發(fā)環(huán)境和可用于創(chuàng) 建數(shù)據(jù)采集和儀器控制應(yīng)用程序的函數(shù)庫。l a b w i n d o w s c v l 還包含了數(shù)據(jù)采集、 分析、實現(xiàn)的一系列軟件工具。通過交互式的丌發(fā)環(huán)境可以編輯、編譯、連接、 凋試a n s l c 程序。在這種環(huán)境中，通過l a b w i n d o w s c v l 函數(shù)庫中的函數(shù)來寫程 序。另外，每個庫中的函數(shù)有一個成為函數(shù)面板的交互式界面，可用來交互的運 1 0 2 虛擬儀器技術(shù) 行函數(shù)，也可直接生成調(diào)用函數(shù)的代碼。函數(shù)面板的在線幫助有函數(shù)本身及其各 控件的幫助信息。l a b w i n d o w s c v i 的威力在于它強大的庫函數(shù)，這些庫包含了絕 大多數(shù)的數(shù)據(jù)采集各階段的函數(shù)和儀器控制系統(tǒng)的函數(shù)。 v i s u a lc + + 是微軟公司開發(fā)的可視化軟件開發(fā)平臺，由于和操作系統(tǒng)同 出一家，因此有著天然的優(yōu)勢。使用v i s u a lc + + 作為虛擬儀器的開發(fā)平臺，一般 有4 個步驟。第一，開發(fā)a d 插卡的驅(qū)動程序，完成數(shù)據(jù)采集功能。第二，開發(fā) 虛擬儀器的面板，以供用戶交互式操作。第三，開發(fā)虛擬儀器的功能模塊，完成 虛擬儀器的各項功能。第四，有機地集成前三步功能，構(gòu)建出一個界面逼真、功 能強大的虛擬儀器。 2 6 虛擬儀器的形成 傳統(tǒng)的硬件儀器，主要由機箱和底盤，插在底盤上的反映儀器功能、性能、精 度指標的各種電子卡和與電子卡有序聯(lián)接，用以控制儀器的工作狀態(tài)，調(diào)用儀器 功能和參數(shù)的面板控件三大部分組成。如果將p c 作為一套帶有智能化功能的儀器 通用的機箱和底盤，把電子卡組成的硬功能( 包括性能和精度指標) 庫和面板控 件組成的硬控件庫，按圖2 1 所示的那樣實行軟件化，從而形成“軟功能庫”和 “軟控件庫”。 圖2 1 一臺虛擬儀器的形成 f i g2 1t h es h a p i n go fas e to fv i r t u a li n s t r u m e n t 將“軟功能庫”和“軟控件庫”送入計算機，在計算機內(nèi)的個稱為“框架 協(xié)議”的專家系統(tǒng)內(nèi)進行軟裝配、軟連接、軟組合、軟修改、軟增刪等一系列軟 性操作，最后便形成一臺從外觀到功能、性能、精度到操作方法都與同類硬件儀 器完全一樣的虛擬儀器，圖2 2 是虛擬儀器外觀圖。 重壅查堂堡主堂垡笙苧 圖2 2 虛擬儀器外觀圖 f i g2 2 a s p e c to ft h ev i r t u a li n s t r u m e n t 此時若在計算機的總線槽內(nèi)插入一塊相應(yīng)的模塊卡，并在測試對象與模塊卡之 間接入傳感器，這樣虛擬儀器便可和外界的被測對象進行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)其 測試與分析任務(wù)了。圖2 3 表示一臺軟硬件完整、可供使用的虛擬儀器系統(tǒng)。 圖2 3 虛擬式儀器系統(tǒng)的構(gòu)成 f 2 3f o r m i n go fv i r t u a li n s t r u m e n ts y s t e m 2 7 虛擬儀器的發(fā)展和推廣應(yīng)用 目前，虛擬儀器在國內(nèi)外都己取得很大發(fā)展。在國內(nèi)，秦樹人教授領(lǐng)導的重 慶大學虛擬儀器研究開發(fā)中心，經(jīng)過多年的工作，研發(fā)出3 0 余種( 系列) 虛擬儀 器產(chǎn)品，并提出了以下有關(guān)虛擬儀器發(fā)展的觀點。 2 1 世紀的儀器產(chǎn)品應(yīng)具有鮮明的個性。 要求不同類型的產(chǎn)品具有不同的個性是2 1 世紀產(chǎn)品發(fā)展的方向。而即使是同 類型產(chǎn)品不同的類型，也應(yīng)有不同的個性。例如目前全世界生產(chǎn)的f f t 動態(tài)信號 分析儀，無一例外地都具有時域、幅值域、頻域( 頻譜) 、傳遞相干、互譜、相干 等分析功能。將這些大功能模塊細化后可以多達上百個功能。但是用戶真j 下需要 2 虛擬儀器技術(shù) 用的功能往往不要這么多，而且不同的用戶還要根據(jù)自己不同的用途，在這上卣 種功能中選擇不同種類的功能。顯然傳統(tǒng)硬件儀器固有的封閉性( 即一經(jīng)制造完 畢即不能按用戶的要求改動) 無法滿足用戶的這一要求。虛擬式儀器是丌發(fā)系統(tǒng)， 可以滿足用戶提出的對功能設(shè)置、功能增減的任何要求。因此虛擬儀器符合具有 個性的這一特點。 2 1 世紀的儀器產(chǎn)品應(yīng)具有參與性 這里所說的參與性主要是指用戶可以參與儀器產(chǎn)品的設(shè)計、制造、維護等全 過程。對于傳統(tǒng)硬件化儀器產(chǎn)品，其設(shè)計、制造是專家和制造廠的事，用戶雖然 可以提出某些