??? 本技術(shù)方案優(yōu)勢在于：無須購買專用開發(fā)平臺和PDA，使用者只需將虛擬儀器軟件拷入手機中便可實現(xiàn)所需功能;另外在接口通用性上，本系統(tǒng)采用的是大多數(shù)手機都具有的無線接口。
??? 就本技術(shù)方案的前景而言，手機作為虛擬儀器平臺最大的瓶頸在于其接口種類少。但智能手機目前采用的主流芯片都帶有多種接口，因此，在需求增長的前提下，廠商必然會推出多接口適合虛擬儀器開發(fā)的型號。

2 數(shù)據(jù)采集和信號處理部分
??? 該部分主要實現(xiàn)模擬信號的采集和數(shù)字化,由數(shù)據(jù)采集設(shè)備來完成。
??? 通信協(xié)議" title="通信協(xié)議">通信協(xié)議的編制也需在這一步完成。對于無線通信方式而言，通信協(xié)議的選擇對數(shù)字信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和速率的影響是巨大的，對信息傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率比較敏感的場合盡量采用二進(jìn)制流傳輸以獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸率，并且在編制協(xié)議時要注意增加校驗和錯誤校正以及重發(fā)機制。
3 無線通信部分
??? 可用于數(shù)據(jù)采集的無線通信方式很多,例如紅外、GPRS、藍(lán)牙、WIFI等等。在手機上" title="機上">機上，藍(lán)牙是非常流行的無線接口，且適合對傳輸速率和距離要求不高的場合。另外，WIFI有著更強的功能，但目前手機對它的裝備率還非常低。
3．1 基于藍(lán)牙的無線通信部分
??? 藍(lán)牙是一種低功率短距離的無線通信協(xié)議，并支持聯(lián)網(wǎng)方式,藍(lán)牙設(shè)備可以自動檢測到廣播域內(nèi)的其他藍(lán)牙設(shè)備。藍(lán)牙采用跳頻機制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，故能極大提高數(shù)據(jù)傳送的抗干擾性能。如圖2所示，首先提出通信要求的設(shè)備是主設(shè)備（Master），被動進(jìn)行通信的設(shè)備為從設(shè)備（Slave）。通過時分多址（TDM）方式，一臺主設(shè)備可與多臺從設(shè)備進(jìn)行通信，即點對多點的通信方式。如果加入配對即可實現(xiàn)點對點方式傳輸，一旦主設(shè)備打開，便會自動搜尋所配對的從設(shè)備。

?

?

3．2 基于WIFI的無線通信
??? 雖然同為無線通信協(xié)議，但WIFI和藍(lán)牙并非同類技術(shù)。兩者都使用了2.4GHz的ISM頻段，但藍(lán)牙采用的是跳頻方式，WIFI采用的是直接擴頻。藍(lán)牙更類似于紅外傳輸，主要用于設(shè)備的短距互連。而WIFI是一種無線的通用局域網(wǎng)連接方式，其應(yīng)用范圍更廣泛，方式更靈活。同藍(lán)牙相比，WIFI具有的最明顯優(yōu)勢在于傳送距離遠(yuǎn)和傳輸速率高。WIFI的傳輸距離可達(dá)2km，如使用定向天線更可使傳輸距離提高到20km。而藍(lán)牙的典型傳輸距離只有十米，目前已有通信距離在百米左右的藍(lán)牙設(shè)備，但手機和PDA暫時還沒有支持該類遠(yuǎn)距藍(lán)牙的模塊；另外，WIFI的典型傳輸速率為11Mbps，而藍(lán)牙僅為1Mbps。雖然目前支持WIFI的手機型號還很少，但隨著需求的增加，WIFI必然會成為手機上流行的接口，適于進(jìn)行無線虛擬儀器開發(fā)。
4 手機及其操作系統(tǒng)
??? 隨著技術(shù)的發(fā)展,目前手機的運算和存儲能力完全可以滿足一般測試任務(wù)的要求,而且手機作為現(xiàn)代人不可或缺的通信工具，具有很好的便攜性和易用性。因此，這里選擇了手機作為虛擬儀器平臺，它取代傳統(tǒng)虛擬儀器中的PC完成信號的采集、分析、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。目前手機的主流操作系統(tǒng)包括微軟Windows CE、Linux、Symbian OS等,其中Symbian OS與Windows CE 占據(jù)了高端手機操作系統(tǒng)的大部分市場。在本文中,手機特指采用Windows CE操作系統(tǒng)的智能手機，例如惠普6515。
5 基于手機的虛擬儀器軟件
??? 軟件是虛擬儀器的核心,完成數(shù)據(jù)的接收、分析處理、結(jié)果顯示等功能。開發(fā)系統(tǒng)可選用EVC和J2ME等通用開發(fā)平臺，而無須購買昂貴的專用開發(fā)平臺，節(jié)省了整個系統(tǒng)的開發(fā)成本。軟件可采用EVC4.0編寫,Windows CE采用的是Win32API子集。由于采集數(shù)據(jù)一般是通過串口傳輸數(shù)據(jù)的, 所以完成串口的通信功能是本方案實現(xiàn)的核心。文件存儲也是系統(tǒng)的一個重要組成部分，由于手機的存儲體系與PC機有所不同，數(shù)據(jù)寫入RAM的速度較快，但RAM容量較小，當(dāng)接收大量數(shù)據(jù)時，必須定時將RAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存入SD卡或其他外部存儲設(shè)備中。另外，由于Windows CE不支持重疊I/O, 因此不能從主線程讀寫大量數(shù)據(jù)，否則會阻塞它的工作。所以串口通信部分，以及將內(nèi)存中的文件存入SD卡的部分都必須采用多線程設(shè)計。單獨設(shè)計一個子線程來負(fù)責(zé)后臺串行端口通信。子線程接收串口數(shù)據(jù)，并將其寫入緩存中，待接收到一定數(shù)量數(shù)據(jù)后通過消息通知主線程，主線程將數(shù)據(jù)寫入RAM中的緩沖文件，當(dāng)緩沖文件到達(dá)一定大小后開辟新線程將其寫入SD卡。系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)如圖3所示。

?

?

??? 在WinCE 系統(tǒng)中, 禁止應(yīng)用程序直接操作硬件, 而是將程序?qū)τ布O(shè)備的操作看作一種文件操作。要操作硬件時，先創(chuàng)建一個與設(shè)備對應(yīng)的文件，并在系統(tǒng)中為該文件操作開辟緩沖區(qū), 數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中的操作由操作系統(tǒng)后臺完成,因此,對該緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫操作, 就實現(xiàn)了對設(shè)備的讀寫。使用該方式，手機可通過讀寫數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)以及發(fā)出簡單的指令來控制下位機的啟動、讀取數(shù)據(jù)等動作。
??? 創(chuàng)建線程的API函數(shù)是CreateThread,創(chuàng)建文件的API函數(shù)是CreateFile,只需對相關(guān)的DCB結(jié)構(gòu)等參數(shù)進(jìn)行配置，即可實現(xiàn)多線程串口通信以及文件存儲。
6 虛擬儀器系統(tǒng)實例
??? 手機虛擬儀器未來的應(yīng)用范圍十分廣闊,例如溫度監(jiān)測儀、振動監(jiān)測儀器、頻率分析等。以下介紹在惠普6515手機上開發(fā)的鐵路車輪外形測量儀實例。
??? 客貨車在運行一定行程后，必須對車輪外形的一些指標(biāo)參數(shù)（輪緣高度、輪緣厚度、踏面磨耗、車輪直徑等）進(jìn)行測量，與車輪的標(biāo)準(zhǔn)外形曲線進(jìn)行對比，以判斷是否需要更換。
??? 本儀器測量端采用平面五連桿并聯(lián)機構(gòu)，應(yīng)用光電編碼器和藍(lán)牙技術(shù)，使用DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，用手機進(jìn)行數(shù)據(jù)接收顯示。為便于用戶操作，整個系統(tǒng)全部采用聲音提示。用戶只需根據(jù)聲音即可知道測量狀態(tài)，所有的顯示及數(shù)據(jù)保存均自動完成。
??? 軟件運行界面如圖4所示。經(jīng)現(xiàn)場驗證，此測量儀精確、穩(wěn)定、方便、快捷。

?

??? 基于手機的虛擬儀器可以大大方便使用者，使用者無須攜帶多余的設(shè)備，只需要在手機上拷貝不同的虛擬儀器程序即可實現(xiàn)對不同現(xiàn)場的測量和測試等任務(wù),可以廣泛用于現(xiàn)場測試系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域。
??? 無線通信的引入使得虛擬儀器擺脫了傳統(tǒng)儀器導(dǎo)線的束縛，使其使用更方便，受環(huán)境限制更小。藍(lán)牙和WIFI等無線協(xié)議具有聯(lián)網(wǎng)功能，可以實現(xiàn)多終端之間的相互通信以及多終端與單個服務(wù)器的通信。
參考文獻(xiàn)
[1] ?王見，金濤，秦樹人. 基于PDA 的虛擬儀器技術(shù)[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2004，27(12)：14-17.
[2] ?王婭仙，周傳德，秦樹人.基于虛擬儀器技術(shù)的海量數(shù)據(jù)存儲記錄儀[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,27(10):21-24.
[3] ?汪兵，李存斌，陳鵬，等.EVC 高級編程及其應(yīng)用開發(fā)[M]. 北京:中國水利水電出版社，2005.
[4]?[美] Microsoft 公司. Microsoft Windows CE 程序員指南[M]. 北京:北京大學(xué)出版社,2000.