隨著計算機技術和微電子技術的快速發展，新的測試理論、測試方法，新的儀器結構不斷出現，在許多方面沖破了傳統儀器的概念，數字化儀器、智能化儀器快速發展，繼而誕生了新的儀器—虛擬儀器。虛擬儀器具有很多傳統儀器所不能代替的顯著優點，它代表著儀器發展的最新方向和潮流，是信息技術的一個重要領域，對科學技術的發展和工農業生產已經產生了重要的影響。在農業工程領域，虛擬儀器具有廣闊的應用前景。將虛擬儀器應用于農機產品的計算機檢測，農產品等級分選，自動化農場的監控與田間數據采集，種子、秧苗或細胞生物特性的檢測等方面，能夠縮短系統開發周期，提高科研效率與測試精度，滿足系統靈活性的要求。
2虛擬儀器系統的構成
從構成要素講，虛擬儀器系統是由計算機、應用軟件和儀器硬件組成的。從構成方式講，則有以插人式數據采集卡(DAQ)和信號調理部分為硬件來組成的PC-DAQ測試系統，GPIB, VXI、串行總線和現場總線等標準總線儀器為硬件方式組成的GPIB系統、VXI系統、串行總線系統、現場總線系統等。虛擬儀器系統構成如圖1所示}2.3.81。無論哪種虛擬儀器系統，都是將硬件儀器搭載到筆記本電腦、臺式計算機或工作站等各種計算機平臺上，再加上應用軟件而構成，因而虛擬儀器的發展已經與計算機的發展完全同步。1虛擬儀器的概念任何一臺儀器，不外乎由信號的采集與控制、信號的分析與處理、結果的表達與輸出這三大功能構
成。若這些功能全部是以硬件的形式存在，只能由儀器生產廠家來定義、制造，用戶無法改變，這便是傳統儀器。
如果把計算機技術和儀器技術結合起來，將信號的采集與控制做成插件式，每個插件可以插人計算機的總線擴展槽內或插人專門的儀器插件板、插件箱上，將儀器的信號分析與處理、結果表達與輸出由計算機來完成;用計算機屏幕形象、方便地模擬各種儀器控制面板，以各種形式表達輸出檢測結果，并用計算機軟件實現各種各樣的信號分析、處理，完成
多種多樣的測試功能，這便是虛擬儀器[al0
圖1應擬儀器系統構成
Fig. 1 The constitution of virtual instrument
收稿日期:
作者簡介:張淑娟，副教授，博士生，杭州市凱旋路268號浙江大學華家池校區農業工程與食品科學學院，3100293虛擬儀器的性能特點
在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸人、輸出，軟件才是整個儀器系統的關鍵。任何一個使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變儀器系統的功能與規模，因此有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復使用及互換性等特點。因此，用戶可以根據自己的需要定義儀器功能，利用基于計算機技術的開放
機遇，挑戰.創新2002年靈活的功能模塊，將具有一種或多種功能的模塊組建起來，構成所需的儀器。所需要的只是一些必要的硬件、軟件，加上通用計算機。由于計算機強大的數
據處理能力，借助于數據采集板，用戶通過軟件可以構造幾乎是任意功能的儀器，這大大提高了使用效率，減少了投資，克服了傳統儀器系統封閉，功能固定，其數據編輯能力差，研制周期長等缺點。與傳統儀器相比，虛擬儀器有以下顯著特點〔1-31，見表I o 衰1傳統儀器與應擬儀器比較
Table 1 Comparison between traditional instrument
and virtual instrument
傳統儀器虛擬儀器系統儀器廠商定義
硬件是關鍵儀器功能、規模固定系統較封閉，與其它設備連接受
限價格貴技術更新慢(周期5-10年)開發和維護費用高用戶自己定義
軟件是關建系統功能、規模可通過軟件修改、增減開放的系統，可方便地同外設、網絡及其它應用連接綜合價格低，可重復利用技術更新快(周期1-2年)軟件結構，節省開發和維護費用為每一個子任務設置一個子虛擬儀器，最后建成的頂層虛擬儀器就成為一個包括所有應用功能的子虛擬儀器的集合。3)LabVIEW的查錯、調試功能也非常強大。可以設定程序斷點，進行帶數據探針的單步運行，加亮執行程序進行數據流追蹤，這些功能使程序的調試更為容易。4)LabVIEW是一個帶有擴展功能庫和程序庫的通用程序設計系統。其開發環境下提供的應用程序有180多種，幫助用戶迅速組建自己的應用系統。5)LabVIEW提供了600多個儀器驅動程序，可以驅動50多家廠商所制造的儀器。6)LabVIEW支持多種系統平臺，在任何一個平臺上開發的LabVIEW應用程序都可直接移植到其他平臺上巨1.4-610 同傳統的編程語言相比，采用LabVIEW圖形編程方式可以節省大約80寫的程序開發時間，是一種典型的虛擬儀器軟件開發平臺。4.2其它開發平臺4虛擬儀器的軟件開發平臺軟件技術是定義、構造虛擬儀器的核心。構造一個虛擬儀器系統，基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實現不同的功能。作為虛擬儀器技術的應用軟件，應該具有三個主要的功能:集成的開發環
境，與儀器硬件接口的驅動程序和虛擬儀器的用戶界面。當今流行的虛擬儀器軟件開發環境是一種嶄新的圖形編程語言，其代表產品是美國NI公司的LabVIEW和HP公司的VEE o
4.1 LabVIEW開發平臺LabVIEW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。它具有十分強大的功能，包括數值函數運算、數據采集、信號處理、輸人/輸出控制、信號生成、圖像的獲取、處理和傳輸等等。它采用了工程界熟悉的術語、圖標等圖形化符號來代替常規的文字編程。通過鼠標操作，菜單或圖標提示選擇功能，并用線條把各種功能(圖形)連接起來，實現編程。在Lab VIEW中編程就像在畫流程圖，流程圖畫好了，編程也基本完成了。 Lab VIEW開發平臺的特點是:1)LabVIEW使用不同的圖標來表示不同的功能模塊。連線表示各功能模塊間傳遞的數據。LabVIEW編寫程序的過
程也就是將多個圖標用連線連接起來的過程。2)La bV1EW繼承和發展了結構化和模塊化程序設計的概念，使虛擬儀器分層次和模塊化，這樣用戶可以有C語言編程經驗的用戶也可以使用NI公司的另一種虛擬儀器開發平臺LabWindowslCVI。偏愛VisuaIBASIC語言者，NI還提供了另一種軟件工具Component Works，加載于VisuaIBASIC下，同樣可使VisuaIBASIC成為虛擬儀器的開發平臺。5虛擬儀器技術在農業工程數據采集與處理中的應用虛擬儀器技術的優勢在于可由用戶自己定義自己的儀器系統，且功能靈活，很容易構建，所以在國內外的農業工程領域的測量、檢測、計量、測控等方面應用極為廣泛。5.1虛擬儀器技術在國外農業工程領域中的應用
室自動化數據采集與控制系統，由一臺486DX66MH:計算機、兩個多路轉換模塊及附件、一塊AT-MIO-16多功能數據采集板和虛擬儀器軟件開發平臺組成，運行于Windows操作系統上，可以獲得柴油機排放的試驗數據。該系統包括一個由計算機、測力儀表控制器和測壓元件等組成的控制系統，用于測量溫度、壓力、氣體排放、發動機轉速和負載等。所有測量結果都是為了描述柴油機及其輔助設備的運行情況，因此數據點每次進行多路轉換后測量結果都要顯示于屏幕上。屏幕顯示控制面板和采集面板。采集面板以數字方式顯示一系列當前值并以圖形方式表達一段時間內的數據趨勢，一個圖表顯示發動機速度與負載，一個同時顯示5處用戶定義的溫度走向，一個用于顯示壓力;控制面板包括2個控制輸出—發動機負載和轉速，通過下拉菜單，用戶可以選擇不同的控制模式(手動或預置控制點)。發動機控制與數據采集是彼此獨立的，這樣即使無測量結果記錄或顯示，同樣可以控制發動機，用戶可以隨意關閉或啟動采集系統。最后系統將數據存人文件，該文件可由用戶使用EXCEL軟件進行后續處理。
美國Goldmith種子公司于1997年利用虛擬儀器開發工具和計算機視覺軟件，在MicrosoftWindows系統上開發了計算機自動化秧苗分析系統(CASA>，用于監視秧苗質量和預測在最后發芽期限發芽良好的秧苗數量。CASA系統通過GUI操作界面來設置應用參
數，對每種秧苗開發了參數配置數據庫及最終結果的圖形化表達;利用數據分析庫提供的線性代數、統計、回歸等分析函數進行測量計算;最后利用視覺軟件為系統提供必要的視覺功能，以實現視頻捕捉、圖像顯示、圖像處理及分析等操作。a- A虛擬儀器技術在國內農業工程領域中的應用
印。具有多層菜單和軟面板，使得操作非常方便，大大縮短了測量的時間。該系統更換傳感器，可完成多種生物實驗測試。
數多，精度高，重復性好，對超差項有報替功能，明顯優于氣動量儀的檢測方法，更適用于生產環節及實驗室檢測。
信息的采集與處理。綜上所述，虛擬儀器技術在農業工程領域已得到廣泛的應用，該技術必將推動精細農業，農機產品的自動檢測，農產品的自動檢測與分級，生物信息自動檢測等技術的發展。
6結語現代化的農業生產離不開現代的測試儀器，而且要求電子儀器品種多、功能強、精度高、自動化程度高，要求測試速度快、實時性好、具有良好的人機界面。然而我國傳統儀器技術還比較落后，與國外比較，測量精度、可靠性和自動化程度還較低。廣泛采用虛擬儀器技術能滿足現代化的農業生產對測試儀器的要求，且節省儀器開發的時間、人力和費用，因
此，虛擬儀器技術在農業工程領域的應用研究和開發有著十分現實的意義和廣闊的前景。
〔參考文獻〕
[1〕肖甘，成豪.虛擬儀器技術在試驗室領域中的應用 [J7，成都紡織高等專科學校學報，2000,1(1):23^27.
[27程虎.虛擬儀器的現狀和發展趨勢〔J7.現代科學儀器，19994(4):6-9.[3」路林潔，饒家明.虛擬儀器【JJ.電子技術，2000(1):44 ~ 47.
[4]魏海燕，楊建新，郁頂新等.基于LabVIEW的虛擬儀器開發〔J7.機械工程師.2000(4):50-51.
[5〕唐統一，趙偉.電測與儀表技術的回顧與展望[J7.電測與儀表，2000(1):5^-9.
[6二許其貞.虛擬儀器的現狀與展望CJ]。電子世界，2000 (8):4-5.
[7]金昊，高煥文.虛擬儀器技術及其在農業自動化中的應用〔Jl.農業工程學報，1999,5(3):108^-112.
[8」林正盛.虛擬儀器技術及其應用【I7.電子技術應用，1997，(3)..24-26.
[9〕李永剛，洪天勝，羅錫文等.虛擬儀器技術在汽油發動機綜合測試儀中的應用[J7.農業工程學報，1999. 12(4):40^43.
[10〕劉志國，吳太虎.虛擬儀器技術及其在生物實驗中的應用仁JJ.醫療衛生裝備，2000(2):14^-16.
[11]周克新.虛擬儀器技術在連桿綜合參數側f系統中的應用【J7.天津理工學院學報，2000,6(增刊):102-105.
