0.5.2 虚拟仪器的设计方法

虚拟仪器的设计方法和步骤与传统仪器有较大的差别，这主要是由于软件的作用在虚拟仪器中被大大加强了。同样，由于虚拟仪器的软件和硬件有着紧密的关系，因而虚拟仪器应用软件的开发与一般的软件开发也有较大差别。总体上看，虚拟仪器的设计更像一般的测控系统设计。

虚拟仪器设计的步骤和过程如下。

1.确定虚拟仪器的类型

由于虚拟仪器的种类较多，不同类型的虚拟仪器的硬件结构相差较大，因而在设计时必须首先确定虚拟仪器的类型。虚拟仪器类型的确定主要考虑以下几方面。

1）被测对象的要求及使用领域

用户设计的虚拟仪器首先要能满足应用要求，能更好地完成测试任务。例如，在航空航天领域，对仪器的可靠性、快速性、稳定性等要求较高，一般需要选用PXI总线型的虚拟仪器；而对普通实验室用的测试系统，采用PC-DAQ型的虚拟仪器即可满足要求。

2）系统成本

不同类型的虚拟仪器的构建成本是不同的，在满足应用要求的情况下应结合系统成本来确定仪器的类型。

3）开发资源的丰富性

为了加快虚拟仪器系统的研发，在满足测试应用要求和系统成本要求的情况下，应选择有较多软、硬件资源支持的仪器类型。

4）系统的扩展和升级

由于测试任务的变换或测试要求的提高，经常要对虚拟仪器进行功能扩展和升级。因此，在确定仪器类型时，必须考虑这方面的问题。例如，进行VXI总线仪器设计，在选择机箱的时候要考虑硬件板卡的扩槽数。

5）系统资源的再用性

由于虚拟仪器系统可根据用户要求进行定制，因而同样的硬件经不同的组合，再配合相应的应用软件，便可实现不同的功能，因此要考虑系统资源的再用性。

2.选择合适的虚拟仪器软件开发平台

当虚拟仪器的硬件确定后，就要进行硬件的集成和软件开发。在具体选择软件开发平台时，要考虑开发人员对开发平台的熟悉程度、开发成本等。尽管目前LabVIEW是越来越多人的首要选择，但仍然存在其他的可选对象，特别是当必须使用的硬件与LabVIEW的衔接有困难时。

3.开发虚拟仪器应用软件

根据虚拟仪器要实现的功能确定应用软件的开发方案。应用软件不仅要实现期望的仪器功能，还要设计出生动、直观、形象的仪器“软面板”，因此软件开发人员必须与用户沟通，以确定用户能接受和熟悉的数据显示和控制操作方式。

4.系统调试

系统调试主要包括硬件调试和软件调试。在调试方法上可以首先用仿真方式或利用模拟现场信号的方式进行调试，然后再利用真实信号进行调试。当系统的功能被确认满足设计要求时，调试过程结束。

5.编写系统开发文档

编写完善的系统开发文档和技术报告、使用手册等，这些对日后进行的系统维护和升级，以及指导用户了解仪器的性能和使用方法等均具有重要意义。

6.测量=采集+计算

现代测量与传统测量有很大的区别，可以说测量就是采集加计算。计算机在测量中发挥着越来越大的作用，信号处理和算法的研究可能也会越来越重要，这是读者应该注意的。