隨著現代科技的迅猛發展，對水質監測的要求也越來越高，水質監測儀器不僅要能單獨測量某個水質參數，而且還希望能夠互相通信、實現信息共享，從而完成對被測水體系統的綜合分析及評價。利用虛擬儀器技術構建的水質監測虛擬儀器系統就是為了實現上述目標而進行的研究探索。
    
1　虛擬儀器及Labview 
    
    　虛擬儀器的概念是美國NI公司(National Instrument)在20世紀80年代中期提出來的。所謂虛擬儀器就是以計算機作為儀器統一的硬件平臺，充分利用計算機的運算、存儲、回放、調用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統儀器的專業化功能和面板控件軟件化，使之與計算機結合構成一臺從外觀到功能都完全與傳統硬件儀器相同，同時又充分享用了計算機智能資源的全新儀器系統。與傳統儀器相比，虛擬儀器有許多優點：對測試量的處理和計算可更復雜且處理速度更快，測試結果的表達方式更加豐富多樣，可以方便地存儲和交換測試數據，價格低，技術更新快。它的最大特點就是把由儀器生產廠家定義儀器功能的方式轉變為由用戶自己定義儀器功能，滿足多種多樣的應用需求。由于虛擬儀器的測試功能、面板控件都實現了軟件化，任何使用者都可通過修改虛擬儀器的軟件來改變它的功能和規模，這充分體現了 軟件就是儀器的設計思想。
   
    　虛擬儀器的技術基礎是計算機技術，核心是計算機軟件技術。其中最有代表性的圖形化編程軟件是美國NI公司推出的Labview(laboratory virtual instrument engineering workbench即實驗室虛擬儀器工作平臺)。它是世界上第一個采用圖形化編程技術的面向儀器的32位編譯型程序開發系統，它的目標就是簡化程序的開發工作，提高編程效率，讓科學家和工程技術人員充分利用計算機的資源和強大功能，快速簡捷地完成自己的工作任務，它被稱為科學家與工程師的語言。
   
    　Labview使用了所見即所得的可視化技術建立人機界面，提供了許多儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、開關及坐標平面圖等。用戶可以通過使用編輯器將控制對象改變為適合自己工作領域的控制對象。Labview提供了多種強有力的工具箱和函數庫，并集成了很多儀器硬件庫。Labview支持多種操作系統平臺，在任何一個平臺上開發的Labview應用程序可直接移植到其它平臺上。
    
2　實現水質監測的虛擬儀器系統的建立及應用 
     
2.1　虛擬儀器的軟件設計
   
    　軟件設計由兩部分組成：前面板和流程圖。在前面板，輸入用輸入控件(Control)來實現，程序運行的結果由輸出控件(Indicator)來完成。流程圖是完成程序功能的圖形化源代碼，通過它對信號數據的輸入和輸出進行指定，完成對信號采集及分析處理功能的控制。
   
     　采用Labview5.1開發的水質化學離子檢測指標測定虛擬儀器可以同時或分別對氟離子、氯離子、氰離子、溶解氧等濃度進行監測。面板中間具有4個數值顯示窗口和4個圖形顯示窗口，分別顯示數據。為了準確讀取數據，設計兩種讀取方式：用鼠標讀取；在顯示屏上放一個游標，利用鍵盤控制。系統設置采樣點數，采樣頻率等。

        通道選擇按鈕表示內存通道，與讀數通道相對應，每個通道都可以放一組由外設端口或從數據文 件中讀出的原始信號數據。
   
    　存儲數據命令按鈕與顯示屏相對應，按下它就 表示要把顯示屏上的數據存儲起來。存儲方式有兩 種：存儲在文件里或通過打印機打印。存儲數據可以多種方式顯示：如柱型圖，三維立體圖，直方圖等。
   
    　通過數據分析庫(按鈕)能夠對所測數據進行統計、回歸、分析(調用函數等)。使用幫助菜單(按鈕)熟悉和了解儀器的功能、操作等。按下退出按鈕后，將關閉虛擬儀器。 
    
2.2　虛擬儀器的硬件結構
   
    　虛擬儀器的硬件平臺主要包括用于數據采集、信號分析處理和信號輸出顯示等硬件。由于從傳感器直接得到的信號很微弱，因此選用了美國Burr Brown公司專門用于數據采集、具有高精度及強抗干擾能力的精密隔離儀表放大器作為信號處理單元的主放大器。數據采集系統采用美國Iotech WaveBook/512 Data Acquisition System，其主要性能指標為：采樣頻率，1 MHz;通道數，8；A/D精度，±0.025%；抗混濾波器；FIFO緩沖器，64 k。 
    
2.3　應用實例
   
    　自行研制開發的化學離子檢測指標和水質綜合檢測指標測定的虛擬儀器的面板中間的數值顯示窗口和圖形顯示窗口可以同時對氟離子、氯離子、氰離子和溶解氧等濃度或COD和BOD進行監測。
   
    　系統設置了采樣點數，采樣頻率等。通過通道選擇，可以以一個大的顯示窗口分別顯示氟離子、氯離子、氰離子、溶解氧、COD及BOD濃度等由外設端口或從數據文件中讀出的原始信號數據。
    
3　結語 
    
    　虛擬儀器是電子技術和計算機技術相結合的產物，它是水質監測的高效率解決方案。隨著計算機技術的不斷發展，虛擬儀器技術必將會在水質監測領域發揮越來越重要的作用。
 

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