开关电器检测装置的软件设计（上）——软件环境

        越来起复杂的测试条件、高度自动化的工业大生产迫切需要功能强大、成本更低廉、系统更灵活的新一代测试仪器。从模拟技术向数字技术过渡、从单台仪器向多种功能仪器过渡、从完全由硬件实现仪器功能向软硬件结合的方向过渡、从简单的功能组合向以个人计算机为核心的通用虚拟仪器的发展方向。目前，一组以先进的计算机总线技术和虚拟仪器编程技术为核心的新技术，正在广泛的应用于测试与仪器技术领域，它包括高速总线技术VXI（VMEbus eXStensionsfor Instruments）、 PXI ( PCI eXtensions for Instruments )、 USB(Universal Serial Bus）、IEEE1394 （Firewire）、基于网络的远程测量技术、智能虚拟仪器驱动器技术IVI（lnterchangable Virtual Instruments）等。采用这些新技术的测试仪器，预计其技术性能可比传统独立式仪器提高10 倍以上，而且系统的互换性和互操作性显著提高，

        综上所述，标准总线和网络化、软件化的仪器是未来的仪器与仪器技术发展的主要标志，这一切离不开先进的测试与仪器软件开发平台。而图形化虚拟仪器集成开发环境LabVIEW（laboratory virtual engineering workbench）提供了最佳的平台。
 

 

        LabVIEW 最初的概念来源干一个大型测试系统，该系统用于测试海军的声纳定位仪传感器，该系统的主要缺点是需要投入极长的编程时间（超过18 个工作年），使用者想做任何改动都得懂得面板上的复杂方法. 

         Koadosky 重新定义了该测试系统的概念，提出了虚拟仪器的仪器软件分层体系的概念，即一个虚拟仪器可由若干较低层的虚拟仪器组成，低层虚拟仪器代表了最基本的软件结构模块，负责计算和输入输出操作。虚拟仪器的概念是核心概念，而且这个概念最终包含在这个产品的名称中，该产品最终命名为LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程工作平台）的首字母缩写组合。工程师在设计系统时常常要绘制框图，而LabVIEW所体现的一大革新就是将框图转化为可被计算机识别和编译的程序，使用图形化的工作平台作为一种程序设计语言来开发仪器软件。这样可以帮助工程师将问题形象化，轻松完成系统设计，减轻编程负担。

        在突破了种种技术上的难关后，1986年10 月，LabVIEW Version 1. 0 for Macintosh 面世。作为第一种可行的图形化语言，它引起了全世界的巨大反响。它所带来的全新的虚拟仪器概念和图形化编程环境为业界带来了一场革命，而且赢得了人们的赞叹。1990 年1月，LabVIEWE 2.0 发售。随后为使labvlew 具有可移植性，能够在不同平台上运行，开始向windows 和Sun 上移植系统，1992 年8月，LabVIEW 2. 5 for Windows 发布，1993 年1月，LabVIEW 2.5. 2 for sun 发布，1993 年10 月，LabVIEW 3.0 for Windows NT 发布。直至2004 年5 月发布的最新版本7.1，LabVIEW 经过不断完善，已经成为一套划时代的图形化编程系统，在数据采集与控制、数据分析、数据表达方面，有着全新的概念和独特的优势，几乎己成为业界标准。

        此外，NI 公司为了挺进工业过程控制市场，还在LabVIEW 扩展产品的基础上开发出了BridgeVIEW——也是基干G 语言图形编程但更适用于工控领域的产品。为了增强LabVIEW 的实时性，在对LabVIEW进行了时序安排、用户界面、多线程技术方面的许多革新后，NI公司还推出了LabVIEW RT版本，用于实时系统的解决方案。

        National Instruments (英国国家仪器公司，简称NI) 的LabVIEW是工业标准的软件工具，用于开发测试、测量和控制系统。自1986年诞生以来，全世界的工程师和科学家已将LabVIEW 图形开发环境用于产品的整个设计和生产周期，提高了产品的质量、缩短了产品的上市时间、并提高了开发和生产的效率。使用成绩的LabVIEW 开发环境，可以连接实际信号、分析数据以获得有用的信信息、并共享结果与应用程序，从而提高整个企业的工作效率。

        LabVIEW图形编程开发环境是为满足工程师们需要而设计的，使他们可以用最低的费用快速的建立具有灵活性和可扩展性的测试、测量和控制应用。LabVIEW是功能齐全的图形化编程语言，而且也具有传统基于文本的程序语言的灵活性。使用例如自动化代码生成、测量助手、应用模板和可配置的快速VI（Express VI）这些交互式快速技术，对于所有用户，无论其编程的经验如何，LabVIEW都能使开发变得更加快速和轻松。

        LabVIEW是一个基于 G（Graphic）语言的图形编程开发环境，在工业界和学术界中广泛用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，对于科学研究和工程应用来说是很理想的语言。它含有种类丰富的函数库，科学家和工程师们利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系统。LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动。主要特点如下：

         LabVIEW是设计过程中的模块，都可以单独运行。这样，LabVIEW的程序就可以根据需要轻松地从极其复杂的控制系统缩减为简单的数据记录应用程序。

        NI LabVIEW使用已获取专利的数据流编程模式，它能使编程者从基于文本程序语言的顺序结构中解脱出来。图形化代码对于那些熟悉框图和流程图的工程师和科学家们显得非常直观。由于LabVIEW的执行顺序是由节点间的数据流而不是由文本的顺序所决定，所以，编程者可以轻松的建立程序框图来并行执行多个操作。除此以外，LabVIEW的并行特性使得多任务和多线程更易于实现。通过菜单选择，无需工程师编程即可通过菜单选择分配线程执行的优先级。LabVIEW与Visual c++、Visual Basic LabWindows／CVI 等编程语言不同，后几种都是基干文本的语言，而LabVIEW则是使用图形化程序设计语言G 语言，用框图代替了传统的程序代码，编程的过程即是使用图形符号表达程序行为的过程，源代码不是文本而是框图。一个VI有三个主要部分组成：框图、前面板和图标/ 连接器。

        在许多应用中，执行的速度十分关键。LabVIEW 是唯一具有编译器的图形编程环境，所生成的优化代码的执行速度可与编译后的C语言程序相媲美。编程者可以用LabVIEW profile 来分析和优化实时性操作。LabVIEW无需牺牲执行速度便可提高开发效率。

        LabVIEW具有开放的环境，能和第三方软件轻松连接。通过LabVIEW能把现有的应用程序和.NET组件、ActiveX 调用、DLL 以及广泛的网络协议相连。也可以在LabVIEW中创建能在其他软件环境中调用的独立执行程序或者动态连接库。

 

        1. 灵活性：传统仪器系统封闭、功能固定、可扩展性差，功能和模块由生产厂家定义，而虚拟仪器可由用户自行定义功能模块，大大扩展了其灵活性。

        2. 费用：虚拟仪器的开发维护费用更低，系统组建时间更短。只需通过增加软件模块或者通用硬件模块来增添新的测量功能，缩短了系统的更新时间，而且有利于系统的扩展。另外，由于虚拟仪器的结构基于软件体系，所以应用软件不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化的问题，可以大大节省一笔维护费用，从而延长设备的使用寿命。低廉的开发成本使虚拟仪器更有市场竞争力，据估算，虚拟仪器价格仅是传统仪器的五到十分之一。

        3. 用户化：传统仪器用户界面小且简单，用户操作起来不够方便，提示信息也较少。而虚拟仪器通过软件技术可实现丰富、快捷、方便的用户界面，通过多种数据显示方式能够提供更为全面丰富的信息，用户使用时一目了然。即便是有特殊要求的复杂界面，也可以借助更深入的编程技术得以实现。

        4. 测量误差：传统仪器受系统误差的影响，不同仪器之间个体差异较大，往往会影响测量结果，而虚拟仪器在PC 机上运行，不同的PC机上运行具有相同的效果，个体差异很小。

        5. 数据处理：计算机运算速度的日益提高，使虚拟仪器处理数据的过程非常快速，而数字信号处理理论的成熟发展使得数据处理过程更为可信、精确。传统仪器无法编辑数据，而虚拟仪器可方便地对数据进行编辑、存储和打印。

         6. 软硬件接口：传统仪器与其它仪器设备的连接十分有限，而虚拟仪器在普通PC 机上就可实现，可方便的与网络外设及多种仪器连接，现在流行的DA0（数据采集）、GPIB（通用接口总线）卡、VIX（系统控制接口卡）、PLC（可编程逻辑控制器）等部可以插入计算机插槽。软件方面，可以方便地与C、比Mat lab 等接口式调用，可与数据库连接，以及方便地支持网络传送数据。

 

        1.模块化仪器： 使用最新的PC和商业化技术开发混合信号应用程序。通过对采用射频仪器、高速数字化仪、信号发生器、万用表、高速数字I/0 和其他设备的具有灵活性、用户自定义的平台进行投资，能加快产品进入市场的速度。

        2.在各种平台上进行数据采集： 使用LabVIEW， 可以快速的采集和生成来自插入式板卡，USB设备和基于以太网(ETHERNET) 系统的信号。这些结合了特殊数据和测量分析VI 的数据采集功能经过专门的设计，能快速地从物理传感器上获得我们所需要的数据或测量结果。此外，LabVIEW结合了大多数高级测量软件适用的NI-DAQmx，具备驱动软件、DAQ助手、配置公用程序等功能，减少了配置、调试和使用时间。LabVIEW加入了NI最先进的测量服务软件——DAQMmx. 它的特色包括驱动软件、DAQ助手和配置工具，这些设计大大减少了用户在配置、跟踪和使用上花费的时间。

        3.仪器控制和连接：LabVIEW 简化了来自上百家厂商的数千种仪器的连接和通信。通过LabVIEW，井使用LabVIEW仪器驱动、交互式仪器助手和内置的仪器1/0库，可以快速地采集来自GPIB、串口、以太网、PXI、USB和VXI 仪器的数据。

        4.机器视觉：可以轻松地把一流的机器视觉组件加入您的测量应用程序中，并可以通过自动代码生成和内置的图像分析库来快速地开发软件。将图像采集和IN数据采集以及运动控制设备集成可构成一个完整的系统。使用LabVIEW  RTX（实时）模块还可以把嵌入式实时机器视觉系统应用到PXI的平台上。

        5.运动控制：LabVIEW可以把广泛的运动控制软件、运动控制器和动力驱动器轻松地集成到我们的自动化测试和电机控制应用中。从简单的重复性运动控制到多轴的协同运动控制，LabVIEW都能提供解决方案。

        6.分布式I/O 和工业化处理控制：使用LabVIEW， 可以创建分布式监控和嵌入式工业处理控制系统，LabVIEW具有连接大量工业化设备的所需工具，包括PLC 和NI CFP。CFP 是一个可编程的自动控制器，提供工业级性能并透明地与LabVIEW实时模块集成，因此可以很容易地配置，创建和实现可靠的分布式I/0，控制和数据录入的应用。

        7.可重复配置的I/O （RIO）硬件：NI的RIO 技术使用可重复配置的FPGA 模块和LabVIEW图形化开发工具，给编程者提供定义测量和控制硬件的能力。可选硬件包括插件式PCI/PXI 模块，嵌入式机器视觉系统和新的坚固的模块化控制和采集系统——CompactRlO。

        8.开关解决方案：LabVIEW包含大量的高密度、高功率、高频率的开关解决方案，包括通用继电器、多路复用开关、矩阵开关和的三方中继驱动软件。

         数据流图形编程软件LabVIEW以其健全的软件环境和开放性，在包括航空、航天、通信、汽车、半导体、生物医学等世界范围的众多领域得到广泛的应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，我们都可以发现LabVIEW应用的成果和开发的产品。  

        基于NI公司虚拟仪器的强大功能和方便、快捷的开发环境，对于开关电器检测装置，我公司选择NI公司的数据采集卡和软件编程语言LabVIEW来进行开发。