虚拟仪器平台软件技术研究与开发
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摘要
虚拟仪器技术以透明的方式把计算机的资源和仪器硬件的测控能力结合起来，其产生是计算机辅助测试技术发展的必然趋势，近年来国内外对虚拟仪器的研究开发以及虚拟仪器在各行各业的广泛应用表明了虚拟仪器的广阔前景。
随着计算机技术的飞速发展，人们对软件产品的质量和软件的生产速度都有了更高的要求，就虚拟仪器软件开发而言，主要体现在两个方面：一方面就是基于组件技术的虚拟仪器开发方法；另一个方面，就是如何提供一个组件“搭建”的平台，即虚拟仪器平台软件的开发。虽然国外已有仪器厂商开发出了虚拟仪器平台软件，但是深入研究虚拟仪器开发的关键技术及其实现方法，对于我国自力更生发展虚拟仪器仍具有积极的意义。
本文从软件工程的角度出发，对虚拟仪器平台软件的开发进行了研究和探讨。依据软件开发的瀑布模型，在经过可行性研究与需求分析之后，即着手对虚拟仪器平台软件进行了总体设计规划，并对组成虚拟工具箱的“部件库”进行了详细设计、编码与单元测试，为使个虚拟部件更为通用和标准化，还提出了将虚拟部件进行组件化的解决方案，另外，在解决计算机与测试系统之间的接口问题，作者提出了基于动态连接库(DLL)技术的数据采集卡驱动程序的统一封装以及与虚拟仪器软件的适配问题，最后，以某型号的电液伺服阀静态测试为例，应用本虚拟仪器软件，取得了较为满意的测试效果。
总的说来，本论文研究的主要问题有：
1．用户仪器的自定义和可设计性。
作为虚拟仪器平台软件的标志，软件平台必须为用户提供方便、尽可能全的设计模块。仪器可由用户自行设计，真正实现仪器功能由软件决定。
2．用于测试平台的组件开发
针对常用测试仪器，以虚拟示波器／信号发生器为例，对虚拟部件进行了详细设计，给出了虚拟示波器类的UML框图结构；
3．后台数据采集的硬件无关性
初步解决了具有统一函数格式的数据采集卡驱动程序的二次开发问题，为数据采集卡的更换提供了简洁的软件实现途径；
Virtual Instruments technology combines the resource of computer with the ability of testing and controlling of Instrument hardware in a transparent way. The development of the Computer Aided Test technology gives the emerging of the VI an inevitability, on the other hand, the research and development on the VI and its widely applications in variety fields have been shown its vast perspectives.
With the rapid developments of computer technology, higher requirement is expected both in the quality of software production and in the manufacturing speed of software, as far as the software of Virtual Instruments, showing in two ways: one is the study on component-based Virtual Instruments development; the other is how to provide a platform for using those components, that is to say, the development of virtual instruments platform software. Although such products are produced in the foreign countries, it also has positive meaning for development our own virtual instruments technology by deeply researching its key techniques and its realizing methods.
The study and discuss on the development of virtual instruments platform software, from the view of software engineering, are included in this paper. According to the waterfall model, after analyzing the feasibility and demand, the author specified the whole frame and designed the virtual parts in detail. What's more, to specify it, how to transfer the parts into components are also discussed. In addition, the author puts forward the resolving of data acquisition board driver uniform interface based on Dynamic Link Libraries. At last, taking the testing of electronic-hydraulic servo value as an example, the author applies this software to get satisfying results.
In general, main problems researched in this paper are listed below:
1. User definition instrument and designable
As the sign of platform, the software must give user convenient and complete virtual parts to design. User can define the function of virtual instrument.
2. The development of components for testing platform
For common testing instruments, the author takes virtual oscillograph /signal generator as an example and designs the virtual parts in detail and gives its UML framework.
3. Hardware-independence in data acquisition
The problems of the secondary exploring of data acquisition card's driver program are primarily solved. It gives a concise and convenient method to replace the data acquisition card.
随着计算机技术的飞速发展，人们对软件产品的质量和软件的生产速度都有了更高的要求，就虚拟仪器软件开发而言，主要体现在两个方面：一方面就是基于组件技术的虚拟仪器开发方法；另一个方面，就是如何提供一个组件“搭建”的平台，即虚拟仪器平台软件的开发。虽然国外已有仪器厂商开发出了虚拟仪器平台软件，但是深入研究虚拟仪器开发的关键技术及其实现方法，对于我国自力更生发展虚拟仪器仍具有积极的意义。
本文从软件工程的角度出发，对虚拟仪器平台软件的开发进行了研究和探讨。依据软件开发的瀑布模型，在经过可行性研究与需求分析之后，即着手对虚拟仪器平台软件进行了总体设计规划，并对组成虚拟工具箱的“部件库”进行了详细设计、编码与单元测试，为使个虚拟部件更为通用和标准化，还提出了将虚拟部件进行组件化的解决方案，另外，在解决计算机与测试系统之间的接口问题，作者提出了基于动态连接库(DLL)技术的数据采集卡驱动程序的统一封装以及与虚拟仪器软件的适配问题，最后，以某型号的电液伺服阀静态测试为例，应用本虚拟仪器软件，取得了较为满意的测试效果。
总的说来，本论文研究的主要问题有：
1．用户仪器的自定义和可设计性。
作为虚拟仪器平台软件的标志，软件平台必须为用户提供方便、尽可能全的设计模块。仪器可由用户自行设计，真正实现仪器功能由软件决定。
2．用于测试平台的组件开发
针对常用测试仪器，以虚拟示波器／信号发生器为例，对虚拟部件进行了详细设计，给出了虚拟示波器类的UML框图结构；
3．后台数据采集的硬件无关性
初步解决了具有统一函数格式的数据采集卡驱动程序的二次开发问题，为数据采集卡的更换提供了简洁的软件实现途径；
Virtual Instruments technology combines the resource of computer with the ability of testing and controlling of Instrument hardware in a transparent way. The development of the Computer Aided Test technology gives the emerging of the VI an inevitability, on the other hand, the research and development on the VI and its widely applications in variety fields have been shown its vast perspectives.
With the rapid developments of computer technology, higher requirement is expected both in the quality of software production and in the manufacturing speed of software, as far as the software of Virtual Instruments, showing in two ways: one is the study on component-based Virtual Instruments development; the other is how to provide a platform for using those components, that is to say, the development of virtual instruments platform software. Although such products are produced in the foreign countries, it also has positive meaning for development our own virtual instruments technology by deeply researching its key techniques and its realizing methods.
The study and discuss on the development of virtual instruments platform software, from the view of software engineering, are included in this paper. According to the waterfall model, after analyzing the feasibility and demand, the author specified the whole frame and designed the virtual parts in detail. What's more, to specify it, how to transfer the parts into components are also discussed. In addition, the author puts forward the resolving of data acquisition board driver uniform interface based on Dynamic Link Libraries. At last, taking the testing of electronic-hydraulic servo value as an example, the author applies this software to get satisfying results.
In general, main problems researched in this paper are listed below:
1. User definition instrument and designable
As the sign of platform, the software must give user convenient and complete virtual parts to design. User can define the function of virtual instrument.
2. The development of components for testing platform
For common testing instruments, the author takes virtual oscillograph /signal generator as an example and designs the virtual parts in detail and gives its UML framework.
3. Hardware-independence in data acquisition
The problems of the secondary exploring of data acquisition card's driver program are primarily solved. It gives a concise and convenient method to replace the data acquisition card.
引文
[1]洪文学，周少敏，黄大勉等．虚拟仪器的概念、结构与实现[J]．VXI世界，1996 No 2．
[2]秦树人．虚拟仪器——测试仪器从硬件到软件[J]．振动、测试与诊断，2000，20(1)：1-6．
[3]王春行．液压饲服控制系统[M]．北京：机械工业出版社，1995．
[4]王常廷．组建自己的虚拟仪器．国外电子测量技术，1996，(6)：17～19
[5]金鑫，吴金玉译．用于VXI测试的虚拟仪器和传统仪器的比较．国外电子测量技术，1994，(2)：21～23
[6]NationalInstruments.LabVIEW--VirtualInstrumentToolsforC/C++, 1996, 1～10
[7]林正盛．虚拟仪器技术及其发展．国外电子测量技术，1997，(2)：40～44
[8]王仰昭．虚拟电子实验台．国外电子测量技术，1997，(3)：42～44
[9]NationalInstrurnents.LabVIEW--VirtualInstrumentToolsforC/C++, 1997, 1～12
[10]刘崇华．VisualLab—开发测试与测量可视界面的工具．测控技术，1995，(4)：30～32
[11]杜吉伟，尹光甲编译．仪器驱动程序开发综述．国外电子测量技术，1997，(1)：4～8
[12]Eugene Olafsen等．MFC Visual C++编程技术内幕[M]．机械工业出版社，2000
[13]王宁，施小英．软件工程的新发展[J]．CBSE微型电脑应用，2000，(2)：16～18
[14]刘卫编译．尚待观望的ActiveX技术[J]．中国计算机世界，1997，(29)
[15]BenneffP.VirtualInstrumentWhattheyare,wherethey' reat.ElectronicProducts, 1993,(7):37～39
[16]李晓维．虚拟仪器技术分析．电子测量与仪器学报，1996，(3)：9～13
[17]陈光瑜，代俊光译．VISA-虚拟仪器软件构架的结构及应用．国外电子测量技术，1997，(1)：12～14
[18]NationalInstruments.LabVIEW--VirtualInstrumentToolsforC/C++, 1996,1～10
[19]NationalInstruments.LabVIEW--VirtualInstrumentToolsforC/C++, 1997,1～12
[20]马嘉．LabVIEW—一种全新的仪器开发系统．电子测量技术．1994，(2)：35～40
[21]刘金普．航空VXI总线应用技术开发中应重视虚拟仪器技术的研究．测控技术，1996，(6)：26～28
[22]胡英勃．LabVIEW在并行程序设计中的应用．测控技术，1997，(5)：14～18
[23]杜吉伟，尹光甲编译．仪器驱动程序开发综述．国外电子测量技术，1997，(1)：4-8
[24]闵华松 基于MFC的虚拟仪器集成设计系统VIIDE 武汉科技大学学报
[25]韩九强等 虚拟仪器软件开发平台的研究 西安交通大学学报 1997
[26]朱晓华等 基于组件技术的虚拟仪器开发方法的研究 上海大学学报 1999
[27]Eugene Olafsen等 MFC Visual C++编程技术内幕．机械工业出版社，2000
[28]付桂翠，邹航．虚拟仪器体系结构[J]，电子测量技术，1998，(2)．
[29]付平，张忠亭，刘建昆．VXI系统主控机Windows环境下动态链接库设计方法研究[J]，电子测量与仪器学报．1998，(3)．
[30]思久，张礼勇，冯玉贵．使用虚拟仪器技术的软件工具研究[J]，电子测量与仪器学报，1998，(6)．
[31]刘阳 虚拟仪器现状及发展趋势[J]，电子技术应用，1996，(4)
[32]周群 雷勇 刘连宇 虚拟仪器设计思想及应用[J]，四川联合大学学报(工程科学版)第2卷第2期，1998．3
[33]官章全 刘加明 Visual C++6.0类库大全 电子工业出版社 1999
[34]LabViewTM Full Development System for Windows NT/98/95 National Intrument(American)
[35]Leanerd Moskowits, Virtual Instrument: the Future of ATE is here today, IEEE Autotestcon,1993
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[37]杨乐平 李海涛 肖相生 LabView程序设计与应用[M] 电子工业出版社 2001
[38]金登男 虚拟仪器的新型组建技术[J] 仪表技术 2000年第3期
[39]沈大鹏 高扬杰 虚拟仪器的设计与实现一则[J] 仪表技术 2000年第6期
[40]龙志强 赵海龙 罗辉 虚拟仪器测试技术研究[J] 仪表技术 2000年第3期
[41]潘爱民著．COM原理与应用[M]．清华大学出版社，1999．11 第一版：147页
[42]余英，梁刚著．Visual C++实践与提高COM和COM+篇[M]．中国铁道出版社 2001．2第一版：21页
[43]鲍芬 冯燕 基于PCI／PXI／VXI总线的虚拟仪器测试系统[J] 工业仪表与自动化装置 2000年第3期
[44]利用COM包容和聚合实现软件重用计算机应用 2000年第6期
[45]胡生清等 未来的仪器代表——虚拟仪器，国外电子测量技术，2000．4
[46]王常廷 组建自己的虚拟仪器，国外电子测量技术，1996．6
[47]席志红 VXI plug&play介绍，国外电子技术，1992．2
[48]孙昕 软件标准统一应用程序和驱动程序，国外电子测量技术，1996．4
[49]Interchangable Virtual Instruments Specification, IVI Foundation, 2001.7
[50]虚拟仪器软件LabVIEW及其在数据采集中的应用 微计算机应用，1996．6
[51]陈奎生 高精度电液饲服阀动态、静态特性测试系统，武汉科技大学学报 1997．2
[52]陈奎生 高精度多功能液压试验台的研制[J]，武汉科技大学学报，1997．3
[53]闵华松 基于Windows9X虚拟仪器程序编制中软件定时方法，武汉科技大学学报，2000．2
[54]周泓 虚拟仪器系统驱动程序的设计[J]，工程设计，1998．2
[55]陈奎生 液压阀与液压控制理论[M] 武汉工业大学出版社，1997．3
[56]刘乐善、叶济忠、叶永坚 微型计算机原理及接口技术[M]，华中理工大学出版社，1996
[57]谭尹耕 液压实验设备与测试技术[M] 北京理工大学出版所，1993
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[46]王常廷 组建自己的虚拟仪器，国外电子测量技术，1996．6
[47]席志红 VXI plug&play介绍，国外电子技术，1992．2
[48]孙昕 软件标准统一应用程序和驱动程序，国外电子测量技术，1996．4
[49]Interchangable Virtual Instruments Specification, IVI Foundation, 2001.7
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[52]陈奎生 高精度多功能液压试验台的研制[J]，武汉科技大学学报，1997．3
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