第一篇：虛擬儀器在測控技術與儀器專業教學中的應用

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虛擬儀器在測控技術與儀器專業教學中的應用

作者：劉娜

來源：《電子世界》2012年第19期

【摘要】本文在介紹虛擬儀器的概念及特點的基礎上，指出測控專業應用虛擬儀器的必要性及其作用，并分析了虛擬在測控技術與儀器專業教學中的應用。

【關鍵詞】虛擬儀器；測控技術；儀器；教學；應用

相比傳統儀器，虛擬儀器具有開放性、靈活性并可與計算機技術保持同步發展、能夠實時升級、價格低、利用率高、維護成本低等優點，對教學尤其是實驗教學有著傳統儀器無法比擬的優勢。

一、虛擬儀器簡介

20世紀80年代末期，美國成功研制出了虛擬儀器，其發展也標志著電子測量和自動檢測儀器領域的革新。虛擬儀器英文全稱為Virtual Instrument，簡稱VI，指的是在計算機為核心的硬件平臺上，通過用戶定義、設計出的一種具有測試功能和虛擬版面的計算機儀器系統。通過運用PC計算機的顯示器的顯示功能模擬傳統儀器的控制面板，用其他方式代表輸出的檢測結果，從而完成各項檢測功能的一種計算模擬儀器系統。

其中虛擬具體包括兩層意思：第一層意思是指虛擬儀器的功能是由軟件編程實現。在硬件平臺中，以計算機為核心組成的平臺支持下，運用軟件編程或軟件的組合來實現虛擬儀器的功能，體現著計算機與測試技術深入的結合。第二層意思是指虛擬儀器的面板是虛擬構成的。與傳統的虛擬儀器不同的是，其虛擬儀器的面板控件是實物和外形相似的圖標，代表“放大”、“通”、“斷”等等的圖標相對應的軟件程序。使用者只要通過鼠標點擊面板中的控件就能進行操作，而不是由“觸摸”、“手動”來進行操作。

二、虛擬儀器應用于測控教學的必要性

我國高等學校工科一般普遍開設例如《控制工程》、《工程測試技術》等專業基礎課，這些課程綜合和汲取了各學科的新發展、新成就，是一門綜合性極強的學科，同時它對新發展的技術有較高的要求，敏銳度較高，這樣以來對于學生的學習也就提出了一些新要求。第一，學生應明確建立頻譜的結構概念，掌握數字分析、頻譜分析等相關概念與基本原理。第二，學生要能夠掌握并準確運用各種測試裝置，明確他們的基礎特性、使用方法、測試評價方法等。第三，工科學生應了解各種常用傳感器、記錄儀器、信號調理電路等儀器設備的性能與工作原

理，會選用并恰當使用，掌握一二階系統動態特性和必要的測定方法。第四，學生需要動態測試工作的完整流程及其先關概念，能夠運用并完成機械工程中參量的測量與記錄。

通過以上的此類專業學生應該掌握的課程內容與要求中可以看出，這些課最大的特征就是有極強的實踐性要求，具體內容也是較為抽象的，學生需要通過大量的實驗與演示去理解課程內容，這樣才有利于學生更好的理解和掌握基本的原理和概念，才能提高后期實踐動手的能力。這樣以來，我們在課堂中就需要有虛擬儀器來幫助教學，它在此類學科教學中無可比擬的優勢。

三、虛擬儀器在課堂教學中的應用

前文我們已經提到，在測控技術與儀器專業等工程的課程教學過程中強調原來的理解和掌握，上課除了必須得多媒體設備外還需要一些硬件的實驗設備，因為這樣才能使得原本抽象性極強的課程變得更容易理解，讓學生更容易掌握，然而一般課堂將大量的硬件實驗設備設置在課堂中是非常不現實的。為了滿足課程教學的現實需要，也能夠滿足現實教學條件，我們可以采用驗證性實驗來幫助所需要掌握的原理與概念，它以軟件的虛擬儀器實驗代替了大量的硬件實驗設備，可以將信號產生到分析、處理、存儲通過一臺PC機就可以實現，實際上就是通過虛擬的儀器來模擬真實設備的過程。學生使用也非常方便，它可以根據上課內容與課程要求的變化隨時調整實驗數據與方案，增減實驗項目，學生也可以自己將編好的程序輸入電腦來自行設計實驗內容，靈活度非常高，同時它的操作界面美觀且便于操作，也進一步提高了學生的興趣及動手能力。

四、虛擬儀器在實驗教學中的應用

“實踐出真知”，任何知識只有學以致用，將書本中得理論知識與實踐相結合，在實際操作中得到應用才是最終學習的目的，前文我們所提及的驗證性試驗是為了滿足課堂教學實際而采用模擬的方法來驗證所學理論的正確性及一定程度上得操作，它僅是一種教學手段而不能代替真正的實驗教學，事實上，只有將軟硬件更好地結合起來的這種實證教學是教學的關鍵所在。在傳統實驗室中得實驗中需要軟硬件相結合，學生通過實驗來認識各種硬件儀器與設備，以此來了解與掌握儀器連接、操作方法以及各種數據的采集方法。然而在實際教學中卻越到了現實的瓶頸，工科專業為了保證各種實驗的開設，就必須購進各種價格不菲的儀器設備，而且因為現代技術的不斷發展，儀器設備更新速度非常快，這樣以來學校要保證正常的教學就必須考慮購置新設備，就出現了新舊設備交替、舊設備淘汰、教育資源配置等等一系列問題。如果我們將虛擬儀器設備也引入了實驗教學之中就可以很好的解決這些矛盾，我們可以將學校現有的計算機設備與虛擬軟件結合起來，創新一種實驗模式，在具體教學中采用虛擬儀器、實測信號、數據采集卡相結合的實驗方式不僅可以節省了支出，將各種資源平衡運用，同時也可以提高學生興趣與動手能力以及實際分析與解決操作問題的能力。

以機械傳動實驗來說，在虛擬儀器的幫助下，實驗傳動部分可以隨意更換硬件模塊，學生可以根據課程內容要求自主設計不同的傳動方案，例如可以將單片機設計為下位機，而上位機

則可以采用虛擬軟件LabVIEW來配合，單片機通過數據采集卡收集起來，上位機接受這些數據并利用虛擬儀器軟件LabVIEW來處理數據、顯示波形、存儲及生成報表，同時還可以完成對電動機轉速和載荷進行控制。此軟件還有一個最大的特點是虛擬軟件的替換性與通用性，具有非常高的靈活性，軟件采用了組建模塊化的設計，將各個組件與虛擬儀器設備相結合，基本及常用功能驚醒模塊設計，做實驗的同學可以根據實驗要求而靈活地調用這些模塊，使得實驗變的非常方便。如果有學生有能力自己開發組件來擴充系統功能，也是值得鼓勵的，這樣可以提高的學生的創新和實際的能力，而不只是原來按指導書上的要求去機械地去做實驗了。還一個值得注意的現象是隨著我國教育教學條件的不斷發展，網絡實驗和遠程實驗操作已經成為了目前的新趨勢，LabVIEW很好地順應了這一形勢。值得一提的是LabVIEW為了滿足不同應用、不能層次的需要而提供了多種網絡通信途徑供用戶自行選擇，通過其中的Remote Paner功能可以利用Web，使得用戶可以不需要編程即能夠在遠程的計算機上連接本地面板并操作此服務器上的軟件，進行數據的收集，還可以通過LabVIEW或者瀏覽器直接進行控制。這樣非常使得學生的學習實驗變得非常的便利，學生可以不去實驗室即可完成實驗操作，他們只需要在任何有網絡的地方就可以進行實驗，方便了教與學，也實現了教學資源的真正共享。

五、結束語

面對當前新的教學要求與教學形勢，為了適應期需求就要求我們不斷摸索新的教學手段和教學方法，虛擬儀器正好為我們在測控教學中提供了新思路。虛擬儀器不管是在實驗教學過程中，還是在課堂教學中都讓我們感受到運用高科技教學方法的創新之路。

參考文獻

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（2）.[3]高智剛，周軍，周鳳岐，耿克達.多路虛擬示波記錄系統的設計與實現[J].計算機測量與控制.2010，18（5）.[4]龍云玲.劉艷.秦鑫.基于LabVIEW的新型實驗教學方式[J].科技信息.2010，2（17）.

第二篇：測控技術與儀器專業

測控技術與儀器專業

專業介紹

測控技術與儀器專業研究信息的獲取、處理、以及對相關要素進行控制的理論與技術，涉及電子學、光學、精密機械、計算機、信息與控制技術等多學科基礎及高新技術。本專業培養經過多學科基礎理論與實用技能的嚴格訓練，具有科學創新意識、德智體等方面全面發展、可從事測量與控制、信息工程、計算機應用、精密工程、微納技術等多領域的科學研究、產品設計

制造、科技開發、企業管理等方面的高級技術人才。

本專業始建立于1952年，是全國最早成立的儀器類專業，是國務院學位委員會第一批批準建立的博士、碩士學位授予單位和博士后流動站，一級學科國家重點學科，是教育部高等學校儀器科學與技術教學指導委員會主任單位，是國家“211工程”重點建設學科、“985工程”國家一級創新平臺。設有“精密測試技術及儀器國家重點實驗室”。本學科擁有國內一流的教學和科研實驗室，配備了大量現代化的儀器設備。每年研究生招生人數150多名，超過本科生招生人數。

本專業師資力量雄厚，現有教職工73人，60%以上具有博士學位。其中，中國工程院院士1名，長江學者2名，教授24名，副教授23名，博士生導師22名，碩士生導師40名。每年承擔各種重大科研課題數十項，科研經費數千萬，近幾年多次獲得國家發明獎、國家科技進步獎和國家教學成果獎。與美國、英國、德國、日本、俄羅斯等國家學術交流活躍。

本專業注重創新人才培養，為適應市場經濟的需要，以寬口徑、厚基礎、重能力為指導思想安排本科教學，強化創新意識和實踐能力訓練。主要學習電子技術基礎、微機原理、計算機輔助設計、自動控制原理、測控電路、精密機械設計基礎、工程光學、精密測試基礎、信號與信息處理、虛擬儀器、測控系統設計、激光測量技術等課程。注重實踐能力訓練，開設了一批實踐能力實訓課和一批跟蹤國際科技發展前沿的專業選修課，如21世紀的光學測

量、微納加工技術（雙語）和微納測試技術（雙語）等。

本專業畢業生理論基礎扎實，專業知識面寬廣，適應性強，就業選擇余

地大，除繼續深造者外，大部分被電子信息、通訊、航空航天、儀器儀表等行業的研究院所、三資企業、公司和大型國有企業錄用，畢業生深受廣大用

人單位歡迎，許多人已經成為單位的技術、管理骨干。

培養方案

培養目標

本專業培養具有精密儀器設計制造以及測量與控制方面基礎知識與應用能力，能在國民經濟各部門從事測量與控制領域內有關技術、儀器與系統的設計制造、科研開發、應用研究、運行管理等方面的高級專門人才。

培養計劃

說明：詳情請訪問測控專業實踐能力培養計劃頁面。該計劃是培養方案的一部分。計劃中對測控本科生應具有的實踐能力做了詳盡的要求，并制定

有能力培養計劃和實施步驟及教學管理方法。

培養要求

本專業學生主要學習精密儀器的光學、機械與電子學基礎理論、測量與控制理論和有關測控儀器的設計方法，受到現代測控技術和儀器應用的訓

練，具有本專業測控技術及儀器系統的應用及設計開發能力。

畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：

? 具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術和社會科學基礎及正

確運用本國語言、文字的表達能力；

? 較系統地掌握本專業領域寬廣的技術理論知識，主要包括機械學、電

子學、光學、測量與控制、市場經濟及企業管理等基礎知識；

? 掌握光、機、電、計算機相結合的當代測控技術和實驗研究能力，具

有本專業測控技術、儀器與系統的設計、開發能力；

? 具有較強的外語應用能力；

? 具有較強的自學能力、創新意識和較高的綜合素質。

主干學科

儀器科學與技術

核心課程和特色課程

核心課程：傳感技術、自動控制原理、微型計算機原理與應用、電路基礎、模擬電子技術基礎、數字電子技術基礎、信號與系統、精密機械設計基

礎、精密檢測技術、工程光學等

特色課程：精密機械設計基礎、精密檢測技術

相近專業

電子信息工程

第三篇：測控技術與儀器專業

調研報告

班級： 08測控（2）班

學生姓名： 李志偉

測控技術與儀器專業學號： 0800201216 題目： 測控技術調研報告

完成日期2011 年6月28日

引言

測控技術自古以來就是人類生活和生產的重要組成部分。最初的測控嘗試都是來自于生產生活的需要，對時間的測控要求使人類有了日晷這一原始的時鐘，對空間的測控要求使人類有了點線面的認識。現代社會對測控的要求當然不會停留在這些初級階段，隨著科技的發展，測控技術進入了全新的時代。

隨著現代科學技術日新月異的發展，以信息技術產業為支柱的知識經濟也隨之迅速發展，人類已經逐漸進人信息社會，各種高新技術也愈來愈多地融合滲入到測量領域和儀器儀表行業。測控技術與儀器已經發展成為當今信息科學技術學科領域的重要分支，是研究信息的獲取和預處理，以及對相關要素進行控制的理論與技術;是集光、機、電、自動控制技術、計算機技術與信息技術多學科相互融合和滲透而形成的一門高新技術密集型綜合學科。

測控技術是現代工業技術中的重要支柱，是解放和發展生產力、增強產品市場競爭力的可靠保證。在現代科技領域中，特別是在尖端技術領域中，重大成果的取得，都與測控技術是分不開的。可以說如果沒有現代測控技術，支撐現代義明的科學技術就不可能得到發展。

一 背景意義

測控技術與儀器、儀表廣泛用于制造業、能源、環保、航空、航天、國防工業以及科學研究等部門，是觀察、測量、計算、記錄和控制自然現象與生產過程的工具。解放前，我國沒有獨立完整的儀器儀表工業。新中國成立后，1951年我國即著手第一個五年計劃的編制工作。“一五”期間國家陸續建立了一批大型骨干工業企業和國防工業，而這些企業中必須配備大量的儀器儀表。

日前，國內測控行業的整體水平和國外有著很大差距。我國儀器儀表行業產品絕大多數是屬于中低檔水平，隨著國際上智能化、數字化、微型化的產品逐漸成為主流，這種差距還繼續加大。

要提升國內制造業的整體水平，必須提高測控行業的整體水平。國內測控行業和國外的差距主要表現在兩個層而上：一是在先進技術的研發上，另一個是成熟技術的應用和推廣上。而近10年來，以Internet為代表的網絡技術的出現以及它與其他高新科技的相互結合，不僅己開始將智能互聯網產品帶入現代生活，而且也為 測量與儀器技術帶來了前所未有的發展空間和機遇，網絡化測量技術與具備網絡功能的新型儀器應運而生。

二 發展趨勢

測控技術廣泛應用十國民經濟建設的電信、民航、石油、化工等許多領域。計算機網絡技術的迅速發展，推動著測控技術向著網絡化、分布性和開放性的方向發展。這種發展趨勢使測控系統功能的擴展更加靈活，性能不斷提高，使用更加簡便。

計算機、微電子、通信和網絡等技術是網絡化測量技術與儀器產生并迅速發展的強勁支撐。自從迅猛發展的計算機技術及微電子技術滲透到測量和儀器儀表技術領域，便使該領域的面貌不斷更新。相繼出現的智能儀器、總線儀器和虛擬

儀器等微機化儀器，都無一例外地利用計算機的軟件和硬件優勢，從而既增加了測量功能，又提高了技術性能。由于信號被采集變換成數字形式后，更多的分析和處理工作都由計算機來完成，故很自然使人們不再去關注 儀器與計算機之間的界限。近年來，新型微處理器的速度不斷提高，采用流水線、RISC結構和cachE等先進技術，又極大提高了計算機的數值處理能力和速 度。在數據采集方面，數據采集卡、儀器放大器、數字信號處理芯片等技術的不斷升級和更新，也有效地加快了數據采集的速率和效率。與計算機技術緊密結合，已是當今儀器與測控技術發展的主潮流。對微機化儀器作一具體分析后，不難見，配以相應軟件和硬件的計算機將能夠完成許多儀器、儀表的功能，實質上相當于一臺 多功能的通用測量儀器。這樣的現代儀器設備的功能已不再由按鈕和開關的數量來限定，而是取決于其中存儲器內裝有軟件的多少。從這個意義上可認為，計算機與現代儀器設備日漸趨同，兩者間已表現出全局意義上的相通性。

與此同時同時網絡技術已越來越成為測控技術滿足實際需求的關鍵支撐。當今時代，以Internet為代表的計算機網絡的迅速發展及相關技術的日益完善，突破了傳統通信方式的時空限制和地域障礙，使更大范圍內的Internet擁有的硬件和軟件資源正在越來越多的領域中得到應用，比如電子商務、網上教學、遠程醫療、遠程數據采集與控制、高檔測量儀器設備資 源的遠程實時調用，遠程設備故障診斷，等等。與此同時，高性能、高可靠性、低成本的網關、路由器、中繼器及網絡接口芯片等網絡互聯設備的不斷進步，又方便 了Internet、不同類型測控網絡、企業網絡間的互聯。利用現有Internet資源而不需建立專門的拓撲網絡，使組建測控網絡、企業內部網絡以及它 們與Internet的互聯都十分方便，這就為測控網絡的普遍建立和廣泛應用鋪平了道路。

三 技術特點

現代測控技術的特點可以概括為：智能化、數字化、網絡化、分布式化。1 智能化 現代測控系統中應用的儀器儀表都是智能化的儀器，以微處理器為基礎，具有方便使用、靈巧、多功能等特點。隨著微電子技術的發展和更多的人工智能的不斷引入，智能化儀器的計算能力和計算方法將得到大大增強。2 數字化 數字化在測控領域中的應用主要體現在：控制器到遠程終端設備的數字化控制，傳感器的數字化控制，通信、信號處理等過程的數字化控制等。3 網絡化 傳感器技術、測控技術、計算機技術與網絡技術的結合，使分布式、網絡化的測控系統的組建變得十分便捷。隨著計算機網絡技術的迅猛發展及其他相關技術的不斷完善，使得計算機網絡的規模更加龐大，其在航空航天、氣象、通信和國防等領域的應用也更為廣泛。分布式化 分布式測控技術是以網絡技術和微型計算機術為基礎，采用分布式的結構將系統內所使用設備連接起來，從而組合成符合要求的分布式測控系統。在生產過程的控制中，分布式測控系統可以實現測量——控制——管理的全自動化，大大降低了測控成本，提高了測控效率。

四 應用情況新型傳感器技術 傳感技術是當今世界發展最迅速的高新技術之一。為了適應現代科學技術的發展，新型傳感器逐漸融入了諸如計算機技術、智能技術和網絡技術等新技術，使其結構更加完善，功能更加強大。

新型傳感器技術的應用體現在：①微型化氣體傳感器廣泛應用于交通、醫學、化工、機器人、國防、防偽等領域。②數字化傳感器在實際生產和生活中應用廣泛，如：銀行監控、測量環境溫度、圖像傳感器等。③集成化傳感器主要用于溫度測量、壓力測量和視覺測量。④智能化傳感器的典型應用，如：火車機車的狀態監測、心內壓監控系統等。⑤網絡化傳感器在工業、農業、軍事國防、醫療、搶險救災、環境監測、城市管理、反恐等許多領域具有潛在的實用價值和重要的科研價值。現代測控總線技術 在現代測控系統中，利用總線技術可以在很大程度上簡化測控系統結構，增加系統的可靠性、開放性、兼容性及可維護性，從而降低系統成本。

現代測控總線技術的應用有：①GPIB總線技術利用計算機實現了對儀器的操作和控制，促使測控技術向大規模測控系統的方向迅速發展。②USB總線具有低成本、速度快、使用靈活、即插即用、易于擴展等優點，在低速設備上應用廣泛。③IEEE總線具有支持多種總線速率、支持等時和異步兩種傳輸方式、分層的硬件和軟件、支持點對點傳輸、可擴展總線、錯誤檢測和處理等優點，成為外部硬盤、視頻設備、高度數字音頻和其他高速外設的首選接口。④自動化系統與設備正朝著現場總線體系結構的方向前進，將極大的促進企業網絡和自動化相關行業的發展。⑤LXI總線有著巨大的競爭潛力和廣闊的發展空間，尤其適合于多個單位合作研究開發生產的項目和分布在不同地區的研發機構。虛擬儀器技術 虛擬儀器技術是計算機輔助測試領域的一項重要技術，是現代儀器技術和現代計算機技術深層次結合的產物，具有功能強大、交互性、靈活性、系列化和模塊化、網絡化等優點。

虛擬儀器技術的應用也較廣泛，如：①利用虛擬儀器技術測量不同進口壓力和轉速下的液力變矩器的性能參數。②虛擬儀器技術用于蠶繭無損質量檢測。③利用虛擬儀器計算機視覺軟件和開發工具，開發出計算機自動化秧苗分析系統，可用于預測在最后發芽期限發芽良好的秧苗數量及監視秧苗質量。④虛擬儀器技術用于農機監控、檢測上及農機現代化管理與教育。遠程測控技術 常見的遠程測控技術有：專線遠程測控技術、電話網遠程測控技術、以太網遠程測控技術和無線通信遠程測控技術。

遠程測控技術的應用主要有：①基于Internet的遠程測控技術，在核電站檢測、電網運行監控、石油輸送管道的遠程監控、機器人的遠程監控等領域應用廣泛。②基于現場總線的遠程測控技術，主要應用于現場總線儀表、現場總線網絡、現場總線遠程測控系統等的監測。③基于無線通信的遠程測控技術特別適用于用戶密度不高、距離較遠、不易布線和地理環境復雜的地區和情況。

五 發展前景

日前測控系統中迅猛發展的現場總線，它的通信模型和OSI模型對應，將現場的智能儀表和裝置作為節點，通過網絡將節點連同控制室內的儀器儀表和控制裝置聯成有機的測控系統。測控網絡的功能將遠遠大十系統中各獨立個體功能的總和。結果是測控系統的功能顯著增強，應用領域及范困明顯擴大。1999年2月，Jini軟件技術問世。Jini軟件技術旨在使各種電器設備、測量儀器及采用JAVA芯片的各種裝置能連接上網，Jini軟件連同以Java語言編寫的簡單程序，可使聯網的任何儀器設各實現其自身功能的同時，還能為其他儀器設備加以利用。網絡技術的出現，正在并將極大地改變人們生活的各個方面。具體到計量測試、測控技術及儀器儀表領域，微機化儀器的聯網，高檔測量儀器設各以及測量信息的地區性、全國性乃至全球性資源共亨，各等級計量標準跨地域實施直接的數字化溯源比對，遠程數據采集與測控，遠程設各故障診斷，電、水、燃氣、熱能等的自動抄表，都是網絡技術進步并全而介入其中發揮關鍵作用的必然結果。

結束語

日前，全球經濟一體化，中國的測控市場已經慢慢發展起來。進入新隊紀以來，隊界軍事國防、電子制造、工少一自動化等行業都進入了前所未有的高速發展階段，測控技術的迅猛發展為整個社會技術進步和產業升級起到了推動、提升和改造的作用，測控技術的前景必然會越來越廣闊！

參考文獻

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[6] 王大珩，胡柏順.加速發展我國現代儀器事業，迎接 21世紀挑戰.現代科學儀器

[7]王大珩.現代儀器儀表技術與設計（上、下卷）.北京：科學出版社

[8]戴先中.自動化科學與技術學科的內容、地位與體系.北京：高等教育出版社

[9] 測控技術與儀器專業發展戰略研究報告

[10] 《中小企業管理與科技》,淺談現代測控技術及其應用

[11] 現代測控技術的發展及前景

第四篇：虛擬儀器與網絡化測控技術

虛擬儀器與網絡化測控技術

1、儀器驅動器（程序）（Instrument Driver）的作用及其結構模型。

儀器驅動程序對計算機和儀器設備硬件進行數據交換有很重要的作用，是介于這兩者之間的軟件中間層，是連接計算機和儀器的橋梁和紐帶，采用驅動程序可以使計算機有能力控制物理儀器設備。

儀器驅動程序由函數庫、實用程序、工具套件等組成，是一系列軟件代碼模塊的統稱。使用由庫函數和程序模塊等組成的儀器驅動程序編寫接口程序，不需要直接面對底層的函數命令，能大大提高程序開發效率和節省開發費用，同時，儀器驅動程序的應用為系統開發提供了便利。

儀器驅動程序通常是一組應用層次上的軟件模塊，在構建實際的儀器控制程序時，可以按功能調用這組軟件模塊，而無需了解和掌握；底層的儀器的細節，也就是說，儀器驅動程序對應用程序開發人員隱藏了一儀器的細節，只對其調用程序提供了比較簡單和？的接口，而且每一個對外接口都實現了一個相對完整的功能，有了儀器驅動程序這種中間抽象層次，在編寫新的測控程序時，只要經過充分調用測試，就能很容易的完成功能較完善的應用程序開發工作。當對靈活性要求不高時，可以使用一起驅動程序來編寫一起控制程序。

2、詳細列出LabVIEW8.6與LabVIEW7及LabVIEW6的區別，新改進之處的優點長處有哪些。

（1）增加了新功能——cleanup Diagram,功能：清理LabVIEW的后面板，讓后面板的圖形更為整潔美觀。

（2）用戶可以創建自己的Express VI——Create or Edite Express VI。

3.在LabVIEW的基礎上列出幾種實現網絡化虛擬儀器的技術，并加以簡單說明。

4.IVI（Interchargeable Virtual Instruments,可互換的虛擬儀器）現狀及發展趨勢。

虛擬儀器是在計算機基礎上通過增加相關硬件和軟件構建而成的，具有可視化界面的儀器，虛擬儀器技術由三大部分組成：一.高效的軟件，軟件是虛擬儀器中嘴重要的部分。二.模塊化的I/O硬件。三.用于集成的軟硬件平臺。

1999年NI公司提出了可互換虛擬儀器標準IVI，使程序的開發完全獨立于硬件。IVI是建立在VXIplug&play驅動標準之上的，它解決了儀器的互操作問題。IVI驅動器通過一個通用的類驅動器實現對儀器的控制。采用IVI技術，可以降低軟件的維護費用，減少系統停運時間，提高測試代碼的可重用性，使儀器編程更簡單。

發展趨勢：隨著計算機技術、儀器技術和網絡通信技術的不斷完善，虛擬儀器向以下三個方向發展：（1）.外掛式虛擬儀器，USB接口方式的外掛式虛擬儀器系統將成為今后廉價型虛擬儀器測試系統的主流。（2）.PXI型高精度集成虛擬儀器測試系統。（3）.網絡化虛擬儀器，利用網絡技術將分散在不同地理位置不同功能的測試設備聯系在一起，使昂貴的硬件設備、軟件在網絡上得以共享，減少設備的重復投資。

5.設計一臺虛擬數字示波器，打印出前面板，并畫出軟件的主要功能模塊的結構框圖和軟件流程圖。

6.網絡控制理論主要的研究內容包括哪幾方面？

網絡控制論的主要內容包括：網絡控制論系統、網絡控制、網絡控制系統的結構描述與分析、網絡控制論系統的行為描述與分析、網絡控制論分析方法等。

第五篇：測控技術與儀器專業認知

測控技術與儀器專業認知與實踐

大一剛開學的時候班主任就給我們講過測控技術專業的相關應用前景，當時大致的介紹了測控技術的應用，大到航空航天小到日常生活中，測控技術應用的很廣。航空航天中的探月遙測，火箭發射，生活中的門禁，刷卡機等等都有很廣的應用。對于當時大一的我們有些理論或者是應用完全不能理解，也不明白，像是站在知識的海洋的沙灘上，望著知識的海洋，開始學習的航程。

在老師的宣講中，開始了解到，我們專業的培養計劃：測控技術與儀器專業培養能從事儀器儀表、光機電一體化以及測量與控制等領域的各種設備與系統的設計制造、科技開發、應用研究、運行管理的高級工程技術人才。

知道本專業主干學科為儀器科學與技術、電子科學與技術、計算機科學與技術、機械工程、光學工程。開設的主要課程有：信號與系統、精密機械設計、工程光學、電路、模擬及數字電子技術、控制工程基礎、單片機原理及應用、計算機測控技術、測控電路、傳感技術、測量技術、測控儀器設計、數字圖像處理等。本專業為北京市品牌建設專業，擁有一支由一批教授、副教授以及具有博士學位和海外留學歸國人員組成的高水平教師隊伍。本專業辦學歷史悠久，所屬儀器學科具有碩士學位授予權，在讀碩士研究生規模達70余人。目前承擔國家和北京市等一大批高水平的科研項目，擁有機電系統測控（北京市重點實驗室）等多個實驗室和一大批先進儀器設備。本專業的畢業生具有較寬的知識面，就業面廣、適應性強。可在機械、電子信息、生物、醫學、材料、航天、環保等行業中從事新型儀器的研發、技術支持、營銷及管理工作；在信息產業中從事信息的檢測和處理工作；在航天測控、檢驗檢疫部門、計量測試管理部門從事測控技術研究、測試設備的檢驗、檢定、國家計量測試標準的制定、執行和管理工作；在光機電一體化產業中從事光機電一體化系統與設備的研發工作。

這樣在一處入學的時候就對測控技術與儀器有了大概的了解，在之后的學習中漸漸的有了更深的認識。

在大一的下學期，申報了《基于單片機的語音控制機器人的研究》的大學生創新項目。項目的主要內容是：項目研究的語音機器人是基于單片機設計的輪式機器人。其能根據開始語音訓練錄制的語音命令來控制其前進、倒退、左轉、右轉和停止；在行駛的過程中其通過紅外感器自動檢測障礙物，并且自動避開障礙

物繞道行駛，可以在行走過程中聲控改變運動狀態，在超出語音控制范圍時能夠自動停車，在整過行駛過程中使用霍爾元件能實現自動記錄行駛的路程和時間，能實現簡單的人機對話。

在那時我們就已經具備了相應的知識如：本項目成員都已學習了機械制圖、機械制造的基本原理、高等數學、大學物理、C語言、單片機程序設計等課程。并且單片機的開發上學期班主任組織我們在每周末進行了系統的學習，共有十位學長指導（八位研究生兩位本科生），共計有50多個學時，并且在寒假由學習小組負責人指導完成了大量的實驗，并做了語音控制方面的材料收集。

也有了相應的方案思路： 語音部分：單片機準備采用凌陽SPCE061A單片機，SPCE061A具有靈活的語音處理能力。可以播放SACM A2000和SACM S480等格式的語音資料，而且還可以配置外部存儲器，可以存儲很長的聲音段。其兩個音頻DAC輸出口可以接喇叭，發聲發聲系統很容易實現。車體部分：小車車體主要為兩個步進電機驅動裝置，在車體的下面有一個可以安裝電池的電池盒，整個小車的電源就是由它來提供的。在小車的底部有一個小開關，它負責控制整個小車的電源開通與關斷。單片機：凌陽SPCE061A單片機是小車的核心部分，它負責整個小車控制信號的產生，以及語音的播放和識別功能實現。外接紅外傳感器，霍爾元件。在行駛的過程中小車通過紅外傳感器自動檢測障礙物。通過霍爾元件檢測輪子轉數用來計算路程。

但是在最后完成工作的過程中還是遇到了很多困難。但也從中了解到很多的知識。漸漸的對儀器的認識由單純的硬件設施到軟件實現的認識。很早就有人提出了“計算機就是儀器”/軟件就是儀器”的概念，而labview就是一款方便的測控儀器的輔助軟件。從接觸labview到使用labview在測控技術中應用，漸漸的體會到這款軟件的方便使用。

因此在大二的時候我們有申報了有關虛擬儀器方面的項目《基于labview的無線視頻探測移動機器人設計》，想對虛擬軟件的儀器有更深的認識。

這個項目的設計可以幫助用戶應用于緊急營救場景分析，代替工作人員進入高危無人區，查看工作現場突發緊急情況，并為后臺人員提供實時信息。也可以推廣到核電廠的高放射性的車間，冶煉廠的高溫車間以及化工行業的有毒有害的自動工作車間，代替人查看現場情況。同時如果對項目的部分功能進行改變，可

以推廣應用到更廣泛的地方，比如救災，消防，偵察，排爆，智能家居等，用途廣泛，可擴展性強。基于LABVIEW的無線視頻探測移動機器人設計是基于labview與51單片機進行研究的，對于相關電工電子，材料力學等專業課起到復習鞏固的作用，并且將理論知識用到無線視頻探測移動機器的開發中去，更有利于我們學習。并且對于今后參加全國大學生電子設計大賽、全國虛擬儀器大賽等比賽項目打下基礎。

學習labview有快半年了，回顧一下自己的摸索過程。幸運的是有個項目用到Labview,因此邊學邊用，由于有前一項目的經驗作參考，可以說是在模仿中學習。從學習到使用給我最大感受是labview編程容易上手，幫助文檔方便，就是太貴了，比較少企業會使用，特別是小企業。雖然這樣，還是很推崇學習labview的。其實總結自己的摸索過程也等于是在做項目總結。

首先從使用的模塊做總結：

1、毫無疑問的串口通信；

2、與數據采集相對應的TDMS數據存儲模塊；

3、報表輸出（word,excel,html）；

4、連續的波形顯示以及從TDMS里讀取顯示；

5、待解決的xcontrol控件；

模塊分析：

1、對于串口通信：主要是要設置成有數據即讀取，而不能等到接收緩沖區滿時再讀取。

2、TDMS數據存儲，關鍵點是數據量大的時候如何壓縮存儲，以及利用TDMS本身的屬性設置（可以參見TDMS屬性設置幫助），減小存儲文件的大小。否則如果數據發送速率快的話，文件大小是很可觀的，壓縮數據的方式有很多種，我采用的是讀取采樣間隔長度的數據，提取最大最小值的方式。具體如下： 1)中間數組存儲采樣間隔長度的數據；2)提取中間數組的最大最小值；3)刪除中間數組的采樣間隔長度；4)將刪除后剩余的數組重新賦值給中間數組，給下一次使用。

3、報表輸出比較簡單，labview已經將要用到的程序封裝成一個個VI，只需要調用這些VI，拼湊成你需要的報表模板形式即可。這一塊參考的是方慧敏寫的報表輸出demo程序。

4、最近開始了上下位機的聯調，涉及到了數據采集與數據處理，數據保存，數據導出四者并行執

行最需關注的問題，數據同步的問題。全部數據傳遞都用全局變量需要在數據采集不到數據的時候讓全局變量輸出空數據，這種方法顯得有點麻煩，而且是多處對全局變量寫。有可能會發生競爭。于是翻看labview相關書籍，關于同步技術方面的，其中隊列和通知都是很好的方法，采用通知技術可以很好的解決這類問題。

不僅僅是在參加學校的大學生創新項目中，在學學校組織參觀的儀器展上也了解到很多測控方面的知識應用，也學到很多。

在參觀展會中了解到測試技術的重要性。在高質量產品的制造和高效率生產環境的構建中，測量技術起到了很大的作用，其重要性與日俱增。尤其在生產國際化、全球經濟一體化迅速發展的時期，要求不同地區生產的高精度零部件，必須具有良好的互換性，因此，急需建立一種基于國際標準的擁有極佳測量精度及可靠性的測量體制。為了滿足上述要求，精密測量儀器必須具有更高的精度、質量和可靠性。各個儀器生產廠商也都在積極開發功能更強、服務性能更好的新產品，而從中我們可以看到測量儀器的最新動向。

目前，生產現場非常重視提高加工效率和降低生產成本，其中，最重要的便是生產出高質量的產品。為此，必須實行嚴格的質量管理，只有在保證高質量生產的前提下，制造業才能生存和發展。作為保證制造業順利發展的重要手段，高精度零部件構成的加工機床和由高精度測量儀器組合集成的加工生產線構建成的自律式加工系統，是很有必要的。據此可以預計，今后，市場對用于質量管理的測量系統和機器設備的需求將不斷增長。

制造業生產現場對測量儀器及裝置的要求大致如下：①能夠適應廣泛范圍的環境溫度；②抗污染和防振動性能優異；③測量重復精度高；④使用方便。目前，各廠家以便于在加工環境使用為前提，正積極地開發新產品，這些新產品能夠進行高速、高精度測量，而且穩定性極佳，操作便捷。

同時提高測量技術的認識。在汽車零件及其它各種機械零件的測量中，目前已大量采用三坐標測量機，在電氣及電子零件測量方面，則大量采用顯微鏡或圖像測量儀。隨著加工精度的提高，測量精度的要求也不斷提高。目前，測量精度達1μm以內的超高精度三坐標測量機、顯微鏡、圖像測量機等已開始普及。其中，初項(首項)誤差為0.35μm的三坐標測量機已投放市場。另外，整個零件均

采用攝像頭(照相機)或激光進行測量，并可對尺寸測量及整體形貌進行評價的測量機也已大量使用。近期，人們對大幅度提高測量精度極為關注。原來為0.1mm左右的精度，現在已能達到10μm甚至幾μm的水平。帶攝像頭的專用測量機或三坐標測量機已配置帶有在線激光測頭系統等附屬裝置，使之具有多種測量功能。另外，推出的能與接觸式測頭自動切換、配備輕而小的圖像測頭的三坐標測量機，可在一臺儀器上實現接觸式和非接觸式的測量。

如何抑制高速運動和加減速時產生的振動，提高測量機的可靠性，也是人們關注的問題。各公司在設計產品時，均盡可能提高測量機的剛性和采用高水平的驅動控制技術，以減輕測量過程中的振動。

更高精度要求的應對和競爭。目前，尺寸精度已經由單純的長度測量進入了綜合的形狀測量階段。隨著制品不斷向高精度和高質量化發展，對測量技術也提出了更嚴格的要求。

作為長度基準的測量尺領域內，一方面長度增加和高分辨力是發展的趨勢，而對應于按順序對微細刻劃線技術的增量式測量，已經開發出不計數就能檢測出測量尺位置的絕對式測量尺。微細、小型零件的測量不斷增多。在圓度、圓柱度測量儀方面，對其測量精度的要求進一步提高，尤其是隨著微小孔和微細零件測量需求的增多，各公司相繼開發出能夠滿足高精度測量指標的產品。在表面粗糙度測量方面，各公司已開發出能一次將表面粗糙度和輪廓形狀檢測出來的表面形狀測量儀。

測試技術的展望，隨著防振要求的提高，測量機正向兩極分化的方向發展，面向汽車行業用戶的測量機，通常均為價格較便宜(不需要很高精度)的機種，另一類則是用于設備檢測、防災、防震領域的高靈敏度機種。根據不同的用途，要求開發相應的最佳測量技術。刀具預調測量儀，目前正由投影儀類型向監測器類型轉變。儀表校正等精密工具的測量需求增多。特殊零件的測量增多，這些零件采用接觸式測量時，往往會因測量力而變形；采用非接觸式測量又易出現精度不穩定，因此，需要開發新型測量技術。市場需要易于操作的非接觸式測量技術。測量技術應便于操作，且具有多種功能。同時，應配裝千分尺和個人計算機等裝置，提高測量機的附加值。用戶希望開發出高精度、高速、低價格的齒輪測量機。汽車行業存在著減少最終集中測試的趨勢。主動檢測和在線(序后)檢測等在加工

中得到推廣應用。其中，在保證質量方面，許多用戶希望測量技術能實現數據的無線傳輸。

如上所述，隨著人們對測量技術的重要性和存在價值的認識應大幅度提高，測控技術必定有長遠的發展。作為現在在讀的大學生應當抓好眼前的學習機會，不斷的努力充實自己，讓自己在本行業中擁有可以立足的本領。