基于LabWindows/CVI的工业色谱仪虚拟仪器开发

　　0　引言

　　工业色谱仪操作过程和谱峰参数设定等相对比较复杂,而其现场分析条件和分析对象不同,对仪器的工作和分析方法也有所不同。这就要求使用者不仅具有色谱分析基础,且对仪器的色谱分离、分析过程和流路结构、检测器特性均要有较好的掌握。然而工业色谱仪的特点又是长期在线运行,运行期间,用户不可能对其进行较全面的操作练习和了解。另外,色谱仪属于精密贵重仪器,价格昂贵,功能型号更新快,结构复杂、原理抽象,不可能拿实际的色谱仪来模拟操作。因此, 研究可用来仿真练习的工业色谱仪虚拟仪器十分必要[1]。

　　1　工业色谱仪虚拟仪器软件设计

　　1. 1　虚拟仪器的总体规划

　　CX8800工业色谱仪软件设计的主要思想是满足多任务运行的要求。因此,软件采用了模块化设计的方法,主要包括选项、运行控制、控制与设置、系统状态和谱峰操作模块,每个模块由各功能的子模块组成。该虚拟仪器沿袭了原CX8800工业色谱仪的模块化设计特点,具有良好的开放性。工业色谱仪仿真软件框图如图1所示。

　　1. 2　虚拟仪器编程环境选择

　　虚拟仪器开发软件LabW indows/CVI是MeasurementStudio软件组中的一员。它是32位的面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台,可以在多操作系统下运行,提供了以ANSI C为核心的交互式虚拟仪器开发环境,将C语言与测控技术有机结合,是实现虚拟仪器及网络化的快速途径。

　　LabW indows/CVI还包括一套极丰富的数据处理、分析工具,以便用户自主设计自己的测量系统[2]。该仿真系统主要采用LabW indows/CVI开发。

　　1. 3　人机界面的设计

　　由LabW indows/CVI程序的前面板生成的虚拟交互式人机界面,来模拟真实仪器的面板。主界面如图2所示。

　　2　工业色谱仪虚拟仪器开发中的关键技术

　　2. 1　模拟仪表键盘的实现

　　由于Cx8800工业色谱仪采用的键盘不是标准键盘,是由厂家订制的仪表薄膜键盘,如图2所示,此键盘的操作较难记,熟悉此键盘操作也是学习该色谱仪操作的重要部分之一,因此虚拟仪器提供了仿CX8800的仪表键盘。键盘的具体操作分功能键和英文字母大小写和数字键。数字和英文字母输入间通过 “shift”键转换。“shift”键未按下时输入数字。当“shift”键按下时,按下字母所在的键,再按“←”、“↑”、“→”选择所需字母。仿真键盘程序的原理图如图3所示。

　　2. 2　虚拟仪器中的多线程技术

　　CX8800工业色谱仪是在DOS系统下开发的。由于工业色谱仪任务复杂,实时要求严格, CX8800采用了外置实时钟,通过不同的时刻来执行不同的时间事件,从而实现类似W indows的多任务的控制。该仿真软件在W indows操作系统下研制,利用W indows提供的多线程机制来实现分析过程的多个任务控制。设计中增加3个次线程分别是模拟升温、色谱的模拟出峰、定时设置当前输入面板为活动面板。 LabW indows/CVI提供了2种在LabW indows/CVI的次线程中运行代码的高级机制,分别是线程池(Thread pools)和异步定时器(asynchronous times)。线程池适用于需要不连续地执行多次或在循环中执行的任务,而异步定时器适用于固定时间间隔内执行的任务。该文以色谱模拟出峰程序为例说明如何在次线程中使用线程函数。