0 引 言
    計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。虛擬儀器是基于計算機的儀器，是將儀器裝入計算機，以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。
    虛擬儀器的主要特點有：盡可能采用通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能強大的儀器；用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。
    隨著氣象事業(yè)的逐步發(fā)展，氣象要素的數(shù)據(jù)測量也步入自動化。傳統(tǒng)的氣象要素測量系統(tǒng)體積龐大，所需要的硬件設備較多，使用時受人員、地點、空間等諸多因素的影響較大。而且這類測量系統(tǒng)和傳統(tǒng)儀器一樣，功能、作用都由生產商在生產時定義好，一旦成型，用戶就無法在使用過程中根據(jù)自身的需要對儀器的功能和作用進行重新定義。而如果借助虛擬儀器技術的易開發(fā)、靈活性強和使用方便等優(yōu)點，將其和傳統(tǒng)測量系統(tǒng)結合起來，就可以利用虛擬儀器技術并結合無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，來完成氣象要素的數(shù)據(jù)采集和處理功能，還可以根據(jù)用戶自身的需要來對系統(tǒng)的功能和作用進行自我定義和修改，節(jié)省了大量的人力、物力，使得對于氣象要素的數(shù)據(jù)采集和處理變得更加簡單、方便。

l 硬件設計
    該系統(tǒng)采用DAQ(Data Acquisition)系統(tǒng)結構。它包括數(shù)據(jù)采集卡、驅動程序、應用軟件和計算機等。整個測量系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。

1．1 溫濕度傳感器
    在該系統(tǒng)中，采用了瑞士Sensirion數(shù)字式溫／濕度傳感器SHT75。該傳感器將相對濕度和溫度測量合二為一，它包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料的溫度敏感元件，這兩個元件與一個14位的A／D轉換器以及一個串行接口電路設計在一個芯片中，在使用上更加方便。它的溫度測量范圍為一40～120℃，在25℃時精度為0．5℃，0～40℃時精度為O．9℃，反應時間20 s，分辨率為O．01℃。其相對濕度測量范圍為O～100% RH，精度為±2．0%，反應時間為4 s，分辨率達到0．03％RH。該傳感器具有反應時間短，極高的可靠性和長期穩(wěn)定性等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛地應用于數(shù)據(jù)采集、自動化過程控制、汽車行業(yè)、電力、計算測量以及醫(yī)學等領域。
1．2 數(shù)據(jù)采集卡
    數(shù)據(jù)采集卡可以輕松地實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)和計算機的通信。這里采用美國NI(National Instruments)公司的USB一6210數(shù)據(jù)采集卡。USB不僅是一種非常流行的總線，它還十分易于使用。NI公司的USB數(shù)據(jù)采集卡可以充分利用USB的即插即用功能，從而使其安裝變得極為簡單。
    使用NI公司的數(shù)據(jù)采集卡，大大簡化了安裝和驅動，NI公司開發(fā)的虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW中含有的數(shù)據(jù)采集助手控件可以提供硬件驅動程序，使得可以輕松、便捷地實現(xiàn)軟件和硬件的通信。

2 軟件平臺
    實現(xiàn)該系統(tǒng)功能的軟件也是該系統(tǒng)的核心部分采用NI公司的LabVIEW。
    LabVIEW是一種基于圖形化的計算機編程語言，其全稱為Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench(實驗室虛擬儀器集成環(huán)境)，是由美國NI公司創(chuàng)立的功能強大的虛擬儀器開發(fā)平臺。
    傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序的執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。LabVIEW還提供了很多外觀與傳統(tǒng)儀器類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。如圖2所示，即為該溫濕度測量系統(tǒng)的前面板。

使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G(Graphics)代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于數(shù)據(jù)流流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。前面板上的每一個控件對應于程序框圖中的一個對象，當數(shù)據(jù)“流向”該控件時，控件就會根據(jù)自己的特性以一定的方式顯示數(shù)據(jù)，例如開關、數(shù)字或圖形。
    LabVIEW中的DAQ軟件NI—DAQmx包含支持200多種NI數(shù)據(jù)采集設備的驅動，并提供相應的VI函數(shù)。此外它還包含Measurement & Automation Ex—plorer(MAX)、數(shù)據(jù)采集助手(DAQ Assistant)以及VILogger數(shù)據(jù)記錄軟件，可以節(jié)省大量的系統(tǒng)配置、開發(fā)和數(shù)據(jù)記錄時間。在該系統(tǒng)中，利用LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集助手(DAQ Assistant)可以輕松實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的配置，完成對采集通道的具體設置。
    圖3為該系統(tǒng)的部分程序框圖。由于溫濕度隨時間變化不大，所以每十分鐘對環(huán)境要素進行一次測量。為減小干擾對采集造成的誤差，每次測量采集6個數(shù)據(jù)，去掉1個最大值和1個最小值，并對剩下的4個值取平均值，作為這一時間內的有效數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)進入計算機后使用LabVIEW進行顯示和存儲。LabVIEW有強大的文件I／O函數(shù)，可以將采集到的數(shù)據(jù)以一定的格式存儲在文件中保存，用以滿足用戶不同的文件操作需要。系統(tǒng)設計采用表單文件對數(shù)據(jù)進行存儲記錄。它將數(shù)據(jù)數(shù)組轉換成ASCII碼存放在電子表格文件中，設計中將以測量日期作為文件的命名，每一天測量的數(shù)據(jù)存放在一個表格中。用戶可以通過前面板界面輸入日期來查看歷史數(shù)據(jù)，還可以通過Excel等第三方軟件進行查看。

3 結語
    該測量系統(tǒng)利用LabVIEW開發(fā)，將氣象要素和虛擬儀器結合在一起，具有體積小、使用靈活、方便等特點。此外，只要用戶對LabVIEW有所熟悉，就可以根據(jù)自身對儀器作用的要求自行改變功能，輕松實現(xiàn)用戶需要的操作，具有較強的功能拓展性。不過該系統(tǒng)還存在著需要改進的地方，采集數(shù)據(jù)時對外界環(huán)境的抗干擾能力還有待加強。