隨著(zhù)現代科技的迅猛發(fā)展，對水質(zhì)監測的要求也越來(lái)越高，水質(zhì)監測儀器不僅要能單獨測量某個(gè)水質(zhì)參數，而且還希望能夠互相通信、實(shí)現信息共享，從而完成對被測水體系統的綜合分析及評價(jià)。利用虛擬儀器技術(shù)構建的水質(zhì)監測虛擬儀器系統就是為了實(shí)現上述目標而進(jìn)行的研究探索。?

    虛擬儀器及Labview?

    虛擬儀器的概念是美國NI公司(NationalInstrument)在20世紀80年代中期提出來(lái)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(shí)把傳統儀器的專(zhuān)業(yè)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(guān)到功能都完全與傳統硬件儀器相同，同時(shí)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(yōu)點(diǎn)：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(jià)格低，技術(shù)更新快。它的最大特點(diǎn)就是把由儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家定義儀器功能的方式轉變?yōu)橛捎脩?hù)自己定義儀器功能，滿(mǎn)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(shí)現了軟件化，任何使用者都可通過(guò)修改虛擬儀器的軟件來(lái)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(shù)基礎是計算機技術(shù)，核心是計算機軟件技術(shù)。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(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench即實(shí)驗室虛擬儀器工作平臺)。它是世界上第一個(gè)采用圖形化編程技術(shù)的面向儀器的32位編譯型程序開(kāi)發(fā)系統，它的目標就是簡(jiǎn)化程序的開(kāi)發(fā)工作，提高編程效率，讓科學(xué)家和工程技術(shù)人員充分利用計算機的資源和強大功能，快速簡(jiǎn)捷地完成自己的工作任務(wù)，它被稱(chēng)為科學(xué)家與工程師的語(yǔ)言。

    Labview使用了所見(jiàn)即所得的可視化技術(shù)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(kāi)關(guān)及坐標平面圖等。用戶(hù)可以通過(guò)使用編輯器將控制對象改變?yōu)檫m合自己工作領(lǐng)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(gè)平臺上開(kāi)發(fā)的Labview應用程序可直接移植到其它平臺上。

    實(shí)現水質(zhì)監測的虛擬儀器系統的建立及應用

    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(lái)實(shí)現，程序運行的結果由輸出控件(Indicator)來(lái)完成。流程圖是完成程序功能的圖形化源代碼，通過(guò)它對信號數據的輸入和輸出進(jìn)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(kāi)發(fā)的水質(zhì)化學(xué)離子檢測指標測定虛擬儀器可以同時(shí)或分別對氟離子、氯離子、氰離子、溶解氧等濃度進(jìn)行監測。

    面板中間具有4個(gè)數值顯示窗口和4個(gè)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??；在顯示屏上放一個(gè)游標，利用鍵盤(pán)控制。系統設置采樣點(diǎn)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(gè)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(lái)。存儲方式有兩種：存儲在文件里或通過(guò)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(guò)數據分析庫(按鈕)能夠對所測數據進(jìn)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(guān)閉虛擬儀器。

    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B(niǎo)urrBrown公司專(zhuān)門(mén)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IotechWaveBook/512DataAcquisitionSystem，其主要性能指標為：采樣頻率，1MHz;通道數，8；A/D精度，±0.025%；抗混濾波器；FIFO緩沖器，64k。

    3 應用實(shí)例

    自行研制開(kāi)發(fā)的化學(xué)離子檢測指標和水質(zhì)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(shí)對氟離子、氯離子、氰離子和溶解氧等濃度或COD和BOD進(jìn)行監測。

    系統設置了采樣點(diǎn)數，采樣頻率等。通過(guò)通道選擇，可以以一個(gè)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。?

    結束語(yǔ)：

    虛擬儀器是電子技術(shù)和計算機技術(shù)相結合的產(chǎn)物，它是水質(zhì)監測的高效率解決方案。隨著(zhù)計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將會(huì )在水質(zhì)監測領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。