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1、浅谈LaabVIIEW在在远程虚虚拟化学学实验室室的应用用摘要LaabVIIEW语语言是一一种用于于开发测测量和自自动控制制系统的的图形化化编程语语言，本本文简单单介绍了了LabbVIEEW语言言的组成成、特点点和功能能，并概概述了目目前使用用LabbVIEEW语言言在构建建远程虚虚拟化学学实验室室应用情情况，进进一步阐阐述基于于LabbVIEEW的化化学实验验虚拟仪仪器的开开发价值值及广阔阔的应用用前景。关键词LLabVVIEWW 虚虚拟实验验室 化化学实验验室 虚虚拟仪器器数据采采集 远远程教育育随着计算算机技术术和信息息技术的的普遍，化化学实验验室也走走向了远远程网络络化。美国国国家仪器
2、器公司（NNatiionaal IInsttrummentt,NII）于119866年推出出了LaabVIIEW（LLaboorattoryy Viirtuual Insstruumennt EEngiineeerinng WWorkkbennch）软软件产品品，它作作为一种种用于开开发测量量和自动动控制系系统的图图形化编编程语言言顺理成成章地成成为搭建建远程虚虚拟实验验室的桥桥梁，在在远程虚虚拟化学学实验室室中也逐逐渐得到到开发应应用。1.LaabVIIEW简简介113222 23 331LabVVIEWW是由美美国NII公司开开发的一一种用于于开发测测量和自自动控制制系统的的图形化化编程语
3、语言，它它广泛地地被工业业界，学学术界和和研究实实验室所所接受，被公认为标准的数据采集和仪器控制软件，全称为实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），在开发、制造等纵多领域得到广泛应用，是目前应用最广，发展最快，功能最强的图形化软件开发集成环境之一。1.1LLabVVIEWW的基本构成LabVVIEWW环境下下开发的的程序称称为虚拟拟仪器VVI(VVirttuall Innstrrumeent)，其扩扩展名默默认为vvi，与与传统仪仪器相比比，虚拟拟仪器同同样具有有数据采采集，数数据分析析处理，结结果显示示
4、三大功功能，但但是在给给定计算算机运算算能力和和必要仪仪器硬件件之后，通通过编制制软件可可以在有有限的设设备基础础上实现现虚拟仪仪器的各各种自定定义功能能。构造造和使用用虚拟仪仪器的关关键技术术在于软软件，即即软件是是虚拟仪仪器的核核心。虚拟仪器器和计算算机结合合通常采采用的方方式是将将仪器装装入计算算机，以以通用的的计算机机硬件及及操作系系统为依依托，实实现各种种仪器的的功能。图11反映了常见的虚拟仪器组建方案：被测对象信号调理数据采集卡数据处理虚拟仪器面板图11常见的虚拟仪器组建方案通常一个个虚拟仪仪器VII(Viirtuual Insstruumennt)程程序包括括三部分分：前面面板(
5、ffronnt ppaneel)、框框图程序序(bllockk diiagrram)以及图标标和连接器器窗格(iiconn annd cconnnecttor panne)。前面板板是同用用户之间间的界面面，用于于模拟真真实仪器器的前面面板，该该界面上上又交互互式的输输入和输输出，显显示两类类对象，分分别称为为Conntrool(控控制器)和Inndiccatoor(指指示器)。设置置输入数数据和观观察输出出量。框图程程序则提提供VII的图形形化源程程序，是是利用图图形语言言对前面面板对象象（控制制器和指指示器）进行行控制，框框图程序序中包括括前面板板上的控控件的连连线端子子，还有有一些前前面
6、板上上没有，但但编程必必须有的的东西，例例如函数数、结构构和连线线等。图标和和连接器器窗格用于于把LaabVIIEW程程序定义义成一个个子程序序（suubVII），来来实现模模块化编编程。一个VII可以作作为另一一个VII的子程程序被调调用。图图标用于于在主VVI的框框图中标标识被调调用的子子VI，是子VI在其他程序框图中被调用的节点的表现形式；而连接器则相当于图形化的子程序参数，表示节点数据的输入/ 输出口。1.2LLabVVIEWW的特点点以LabbVIEEW为代代表的图图形化程程序语言言又成为为“G”语言。使使用这种种语言编编程时，基基本上不不需要编编写程序序代码，而而是“绘制”程序流流
7、程图。LLabVVIEWW将广泛泛的数据据采集、分分析与显显示功能能集中在在了同一一个环境境中，方方便地建建立自己己的虚拟拟仪器，提供了虚拟仪器的图形编程环境，把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能或图形，只需连接各个功能或图形即可构成程序，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣的同时还保证了系统灵活性。LabVVIEWW的特点点具体可可归纳为为以下几几个方面面4 119：图形编编程方式式，使用用直观形形象的数数据流程程图式的的语言书书写程序序源代码码；提供程程序调试试功能，如如设置断断点或探探针，单单步执行行，语法法检查等等；拥有数数据采集集、仪器器控制、分分析
8、、网网络、AActiiveXX等集成成库；继承传传统编程程语言结结构化和和模块化化的有点点，这对对于建立立复杂应应用和代代码的可可重用性性来说是是至关重重要的；提供DDLL库库接口、CIN节点以及大量的仪器驱动器、网络通信Vis与其它应用程序或外部设备进行连接；允许用用户执行行外部脚脚本，如如MATTLABB，HIIQ；支持多多种系统统平台，如如Maccinttoshh、HPP-UXXSUNNSPAACE、WWinddowss3.xx/955/NTT等，LaabVIIEW应应用程序序能在上上述各平平台之间间跨平台台进行移移植。1.3 LabbVIEEW的功功能119LabVVIEWW除了具具备
9、其他他语言所所提供的的常规函函数功能能外，还还集成了了仪器控控制，数数据采集集、数据据分析、数数据显示示自动化化功能，摒弃了传统开发工具的复杂性，而且还有多种硬件设备驱动功能，包括RS-232、RS-485、PLC、GPIB、VXI、VISA、数据采集卡DAQ等。2. LLabVVIEWW与远程程虚拟化学学实验室室2.1远远程虚拟拟实验室室系统的的框架结结构559 11931虚拟实验验室(VVirttuallLaborratoory)，也称称“合作实实验室(Colllaboorattoryy)”，这个个概念是是由美国国弗吉尼尼亚大学学(Unniveersiity of Virrginnia)的
10、威廉廉沃尔夫夫(WiilliiamWWolff)教授授于19989年年首先提提出的，它它描述了了一个计计算机网网络化的的虚拟实实验室环环境，致致力于构构筑一个个综合不不同工具具和技术术的信息息化、网网络化的的集成环环境。在在这个环环境里，用用户可以以非常有有效地利利用世界界上分布布的各种种数据、信信息、仪仪器设备备、甚至至人力等等资源。远程虚拟拟实验室室中的计计算机通通过GPPIB 接口及及总线连连接各种种实际的的仪器设设备, 如示波波器、函函数信号号发生器器以及数数字万用用表等。当当远程用用户通过过Intternnet 网登录录到实验验室的服服务器后后, 就可可以对这这些仪器器设备进进行控制
11、制操作。视视频摄像像头同时时可以拍拍摄到仪仪器的状状态及实实验数据据和波形形, 使用用户能够够更直观观、更形形象的观观察到自自己所进进行的实实验操作作及测量量到的实实验结果果。通过过LabbVIEEW 开开发平台台, 用用户唯一一要做的的就是发发送命令令字符串串送给具具有不同同GPIIB 端端口号的的仪器, 相应应的仪器器可做出出相应的的动作, 执行行用户的的命令。通通过数据据采集卡卡, 还还可以收收集数据据, 作作为进一一步的分分析和处处理。这样, 用户便便不受时时间、地地点的限限制, 只要有有一台计计算机,通过Innterrnett 网就就可以利利用所提提供的精精密仪器器设备来来完成实实验
12、操作作。远程虚拟拟实验室室采用了了如图221所所示的双双客户端端/服务器器的模型型。图211 远程程虚拟实实验室系系统的硬硬件框图图2.2LLabVVIEWW在远程程虚拟化学学实验室室系统中中的应用用方面11 2 100144 2629在虚拟实实验室中中所使用用的仪器器设备一一般都具具有可编编程接口口（例如如GPIIB接口口等），终终端的PPC机通通过GPPIB接接口和总总线发送送命令字字符串控控制仪器器，也可可以通过过GPIIB接口口和总线线从仪器器端获得得结果信信息。LLabVVIEWW可以实实现通过过计算机机对可编编程仪器器的控制制。从LabbVIEEW仪器器控制服服务器发发送过来来的实
13、验验参数，计计算机通通信模块块接收到到后对其其进行处处理，进进而控制制开关电电路，使使其切换换到用户户所选择择的实验验测试点点上。完完成测量量后，生生成结果果页面，返返回给用用户。化学实验验室虚拟拟仪器主主要为学学生实验验教学而而设计，应应用于要要求精度度不高的的小型实实验。由由于传统统的通用用实验仪仪器设备备，如数数字温度计计、PHH计、电电导率仪仪，功能能单一、没没有数据据存储、数数据分析析处理、网网络通讯讯功能等等，但使使用起来来不方便便，然而而在现有有的的软软件基础础上使用用LabbVIEEW可以以开发适适合大学学化学实实验室教教学、科科研需要要的虚拟拟仪器。设计远程程虚拟实实验室系系
14、统的软软件框图图见图222用户 Web服务器 仪器控制服务器图222 远程程虚拟实实验室系系统的软软件框图图2.2.1数据据采集14117数据采集集（Daata AcQQuissitiion,DAQQ）系统统由传感感器、信信号调理理电路、数数据采集集卡、计计算机几几部分组组成。实实现数据据采集的的前提是是要配置置数据采采集卡，在在台式机机系统的的主板扩扩展槽中中插入各各类数据据采集卡卡，与被被测信号号或仪器器相连组组成测试试与控制制系统。美美国NII公司有有出售直直接支持持LabbVIEEW的插插卡，但但价格十十分昂贵贵。使用用国产的的数据采采集卡之之前要先先对其进进行驱动动，之后后才能实实现
15、LaabVIIEW的的数据采采集。数据采集集(DAAQ)一一般分为为以下两两个步骤骤：通过传传感器、采采集传感感器和测测试探针针或测试试装置采采集并测测量模拟拟或数字字电子信信号。生成模模拟或数数字电子子信号。2.2.2数据据处理4 119利用LaabVIIEW软软件完成成数据的的计算、处理，一定要对其运算形式有一定的理解。总的来说，其运算形式主要有以下几种：模块化化图标运运算LabVVIEWW中的图图标/连连接口表表示一定定的函数数功能，将将若干个个图标/连接口口组合起起来就可可进行有有关运算算，如算算术、布布尔逻辑辑、比较较和数组组运算、数数值运算算等；公式运运算使用公式式结运行行数学公公式。公公式节点点包含一一个或多多个公式式表达式式，各公公式之间间用分号号“；”隔开。公公式表达达式使用用了一种种类似于于大多数数基于文文本编程程语言（如如BASSIC语语言）的的算术表表达式的的语法。使用集集成库的的功能子子模块完完成运算算LabVVIEWW中集成成了大量量的生成成图形界界面的模模板，丰丰富实用用的数值值分析，数数字信号号处理功功能。用用户不需需了解有有关运算算就能直直接使用用这些功功能子模模块，这这对于编编程工作作来说可可以节省省
