随着计算机技术和微电子技术的快速发展，新的测试理论、测试方法，新的仪器结构不断出现，在许多方面冲破了传统仪器的概念，数字化仪器、智能化仪器快速发展，继而诞生了新的仪器—虚拟仪器。虚拟仪器具有很多传统仪器所不能代替的显著优点，它代表着仪器发展的最新方向和潮流，是信息技术的一个重要领域，对科学技术的发展和工农业生产已经产生了重要的影响。在农业工程领域，虚拟仪器具有广阔的应用前景。将虚拟仪器应用于农机产品的计算机检测，农产品等级分选，自动化农场的监控与田间数据采集，种子、秧苗或细胞生物特性的检测等方面，能够缩短系统开发周期，提高科研效率与测试精度，满足系统灵活性的要求。
2虚拟仪器系统的构成
从构成要素讲，虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。从构成方式讲，则有以插人式数据采集卡(DAQ)和信号调理部分为硬件来组成的PC-DAQ测试系统，GPIB, VXI、串行总线和现场总线等标准总线仪器为硬件方式组成的GPIB系统、VXI系统、串行总线系统、现场总线系统等。虚拟仪器系统构成如图1所示}2.3.81。无论哪种虚拟仪器系统，都是将硬件仪器搭载到笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成，因而虚拟仪器的发展已经与计算机的发展完全同步。1虚拟仪器的概念任何一台仪器，不外乎由信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出这三大功能构
成。若这些功能全部是以硬件的形式存在，只能由仪器生产厂家来定义、制造，用户无法改变，这便是传统仪器。
如果把计算机技术和仪器技术结合起来，将信号的采集与控制做成插件式，每个插件可以插人计算机的总线扩展槽内或插人专门的仪器插件板、插件箱上，将仪器的信号分析与处理、结果表达与输出由计算机来完成;用计算机屏幕形象、方便地模拟各种仪器控制面板，以各种形式表达输出检测结果，并用计算机软件实现各种各样的信号分析、处理，完成
多种多样的测试功能，这便是虚拟仪器[al0
图1应拟仪器系统构成
Fig. 1 The constitution of virtual instrument
收稿日期:
作者简介:张淑娟，副教授，博士生，杭州市凯旋路268号浙江大学华家池校区农业工程与食品科学学院，3100293虚拟仪器的性能特点
在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输人、输出，软件才是整个仪器系统的关键。任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变仪器系统的功能与规模，因此有“软件就是仪器”之说。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。因此，用户可以根据自己的需要定义仪器功能，利用基于计算机技术的开放
机遇，挑战.创新2002年灵活的功能模块，将具有一种或多种功能的模块组建起来，构成所需的仪器。所需要的只是一些必要的硬件、软件，加上通用计算机。由于计算机强大的数
据处理能力，借助于数据采集板，用户通过软件可以构造几乎是任意功能的仪器，这大大提高了使用效率，减少了投资，克服了传统仪器系统封闭，功能固定，其数据编辑能力差，研制周期长等缺点。与传统仪器相比，虚拟仪器有以下显著特点〔1-31，见表I o 衰1传统仪器与应拟仪器比较
Table 1 Comparison between traditional instrument
and virtual instrument
传统仪器虚拟仪器系统仪器厂商定义
硬件是关键仪器功能、规模固定系统较封闭，与其它设备连接受
限价格贵技术更新慢(周期5-10年)开发和维护费用高用户自己定义
软件是关建系统功能、规模可通过软件修改、增减开放的系统，可方便地同外设、网络及其它应用连接综合价格低，可重复利用技术更新快(周期1-2年)软件结构，节省开发和维护费用为每一个子任务设置一个子虚拟仪器，最后建成的顶层虚拟仪器就成为一个包括所有应用功能的子虚拟仪器的集合。3)LabVIEW的查错、调试功能也非常强大。可以设定程序断点，进行带数据探针的单步运行，加亮执行程序进行数据流追踪，这些功能使程序的调试更为容易。4)LabVIEW是一个带有扩展功能库和程序库的通用程序设计系统。其开发环境下提供的应用程序有180多种，帮助用户迅速组建自己的应用系统。5)LabVIEW提供了600多个仪器驱动程序，可以驱动50多家厂商所制造的仪器。6)LabVIEW支持多种系统平台，在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序都可直接移植到其他平台上巨1.4-610 同传统的编程语言相比，采用LabVIEW图形编程方式可以节省大约80写的程序开发时间，是一种典型的虚拟仪器软件开发平台。4.2其它开发平台4虚拟仪器的软件开发平台软件技术是定义、构造虚拟仪器的核心。构造一个虚拟仪器系统，基本硬件确定以后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。作为虚拟仪器技术的应用软件，应该具有三个主要的功能:集成的开发环
境，与仪器硬件接口的驱动程序和虚拟仪器的用户界面。当今流行的虚拟仪器软件开发环境是一种崭新的图形编程语言，其代表产品是美国NI公司的LabVIEW和HP公司的VEE o
4.1 LabVIEW开发平台LabVIEW是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系统。它具有十分强大的功能，包括数值函数运算、数据采集、信号处理、输人/输出控制、信号生成、图像的获取、处理和传输等等。它采用了工程界熟悉的术语、图标等图形化符号来代替常规的文字编程。通过鼠标操作，菜单或图标提示选择功能，并用线条把各种功能(图形)连接起来，实现编程。在Lab VIEW中编程就像在画流程图，流程图画好了，编程也基本完成了。 Lab VIEW开发平台的特点是:1)LabVIEW使用不同的图标来表示不同的功能模块。连线表示各功能模块间传递的数据。LabVIEW编写程序的过
程也就是将多个图标用连线连接起来的过程。2)La bV1EW继承和发展了结构化和模块化程序设计的概念，使虚拟仪器分层次和模块化，这样用户可以有C语言编程经验的用户也可以使用NI公司的另一种虚拟仪器开发平台LabWindowslCVI。偏爱VisuaIBASIC语言者，NI还提供了另一种软件工具Component Works，加载于VisuaIBASIC下，同样可使VisuaIBASIC成为虚拟仪器的开发平台。5虚拟仪器技术在农业工程数据采集与处理中的应用虚拟仪器技术的优势在于可由用户自己定义自己的仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以在国内外的农业工程领域的测量、检测、计量、测控等方面应用极为广泛。5.1虚拟仪器技术在国外农业工程领域中的应用
室自动化数据采集与控制系统，由一台486DX66MH:计算机、两个多路转换模块及附件、一块AT-MIO-16多功能数据采集板和虚拟仪器软件开发平台组成，运行于Windows操作系统上，可以获得柴油机排放的试验数据。该系统包括一个由计算机、测力仪表控制器和测压元件等组成的控制系统，用于测量温度、压力、气体排放、发动机转速和负载等。所有测量结果都是为了描述柴油机及其辅助设备的运行情况，因此数据点每次进行多路转换后测量结果都要显示于屏幕上。屏幕显示控制面板和采集面板。采集面板以数字方式显示一系列当前值并以图形方式表达一段时间内的数据趋势，一个图表显示发动机速度与负载，一个同时显示5处用户定义的温度走向，一个用于显示压力;控制面板包括2个控制输出—发动机负载和转速，通过下拉菜单，用户可以选择不同的控制模式(手动或预置控制点)。发动机控制与数据采集是彼此独立的，这样即使无测量结果记录或显示，同样可以控制发动机，用户可以随意关闭或启动采集系统。最后系统将数据存人文件，该文件可由用户使用EXCEL软件进行后续处理。
美国Goldmith种子公司于1997年利用虚拟仪器开发工具和计算机视觉软件，在MicrosoftWindows系统上开发了计算机自动化秧苗分析系统(CASA>，用于监视秧苗质量和预测在最后发芽期限发芽良好的秧苗数量。CASA系统通过GUI操作界面来设置应用参
数，对每种秧苗开发了参数配置数据库及最终结果的图形化表达;利用数据分析库提供的线性代数、统计、回归等分析函数进行测量计算;最后利用视觉软件为系统提供必要的视觉功能，以实现视频捕捉、图像显示、图像处理及分析等操作。a- A虚拟仪器技术在国内农业工程领域中的应用
印。具有多层菜单和软面板，使得操作非常方便，大大缩短了测量的时间。该系统更换传感器，可完成多种生物实验测试。
数多，精度高，重复性好，对超差项有报替功能，明显优于气动量仪的检测方法，更适用于生产环节及实验室检测。
信息的采集与处理。综上所述，虚拟仪器技术在农业工程领域已得到广泛的应用，该技术必将推动精细农业，农机产品的自动检测，农产品的自动检测与分级，生物信息自动检测等技术的发展。
6结语现代化的农业生产离不开现代的测试仪器，而且要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。然而我国传统仪器技术还比较落后，与国外比较，测量精度、可靠性和自动化程度还较低。广泛采用虚拟仪器技术能满足现代化的农业生产对测试仪器的要求，且节省仪器开发的时间、人力和费用，因
此，虚拟仪器技术在农业工程领域的应用研究和开发有着十分现实的意义和广阔的前景。
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