利用labview為太陽(yáng)能車(chē)開(kāi)發(fā)遙測(cè)系統(tǒng)
概述：使用1組NI CompactRIO控制器與8槽式機(jī)箱，監(jiān)控車(chē)輛的電壓、電流、溫度，與速度，再透過(guò)2.4 GHz數(shù)據(jù)機(jī)，將資訊無(wú)線傳送至太陽(yáng)能車(chē)后方的追蹤車(chē)輛。

遙測(cè)(Telemetry)
WSC 與其他太陽(yáng)能車(chē)賽不同之處，乃是團(tuán)隊(duì)完成達(dá)爾文(Darwin) 到阿德雷得(Adelaide) 共3,000 公里的距離；亦表示比賽期間可能隨時(shí)發(fā)生問(wèn)題，甚至影響車(chē)輛能否完成賽事。使用CompactRIO 可重設(shè)機(jī)箱與NI LabVIEW 軟體，我們開(kāi)發(fā)的搖測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)控、記錄，并傳輸資料，以隨時(shí)反應(yīng)太陽(yáng)能電池的狀態(tài)(如上圖1 )。受監(jiān)控的資料可觸發(fā)警示，在問(wèn)題發(fā)生之前避免之；因此該筆即時(shí)資料可協(xié)助團(tuán)對(duì)隨時(shí)擬定佳對(duì)策，以縮短除錯(cuò)時(shí)間。同時(shí)系統(tǒng)亦將監(jiān)控并記錄駕駛的動(dòng)作，以利賽后分析。
研發(fā)
雖然太陽(yáng)能車(chē)本身的機(jī)械與電力資料，即為搜集與分析要點(diǎn)，但由于電子資料才是打造車(chē)輛的關(guān)鍵比賽要素，所以我們額外注重電子資料。我們所搜集的資料，包含設(shè)計(jì)階段的電池與太陽(yáng)能電池，還有電池的體積與其效能曲線均有。在賽程中搜集到的即時(shí)資料，有助于我們佳化車(chē)輛的性能，亦可比較車(chē)輛實(shí)際規(guī)格與設(shè)計(jì)規(guī)格之間的差異。另外，策略團(tuán)隊(duì)則使用此資料搭配天氣預(yù)測(cè)，以計(jì)算出理想的賽程速度。我們并透過(guò)CompactRIO 內(nèi)建記憶體而記錄所有資料，以利賽后分析并供未來(lái)改進(jìn)之用。
使用CompactRIO 與可重設(shè)機(jī)箱
因?yàn)镃ompactRIO能在可客制化輸入通道上整合即時(shí)資料擷取功能，亦可記錄并傳輸資料，所以我們選用CompactRIO。而NI cRIO-9104 - 8槽式機(jī)箱可安裝任何必要模組，以滿(mǎn)足我們的監(jiān)控需求。透過(guò)多款NI模組，我們可隨著專(zhuān)案發(fā)展而調(diào)整機(jī)箱，并著重于太陽(yáng)能車(chē)的不同面向。NI cRIO-9014 - Real-Time控制器另內(nèi)建記憶體與多種I/O，可提供彈性介面與次要的資料儲(chǔ)存媒體。
我們的客制化機(jī)箱包含1組SEA cRIO-GPS+模組，可即時(shí)提供車(chē)輛位置；1組NI 9870序列介面模組，具備RS232介面，可擷取電池監(jiān)控系統(tǒng)的資料；1組NI 9401數(shù)位I /O模組，可透過(guò)馬達(dá)控制器端點(diǎn)取得車(chē)輛速度，并輸出資料；4個(gè)NI 9219類(lèi)比I/O模組，可監(jiān)控火星塞、剎車(chē)、電流，與太陽(yáng)能電池陣列的電壓；還有1個(gè)NI 9211熱電偶模組，可感測(cè)車(chē)輛周?chē)臏囟?。我們另透過(guò)NI 9219通用類(lèi)比I/O模組，以高度與解析度監(jiān)控多種資料，包含電壓、電流、溫度，與電阻。
利用LabVIEW FPGA Module 進(jìn)行程式設(shè)計(jì)
使用LabVIEW FPGA Module即可迅速且輕松設(shè)計(jì)此系統(tǒng)。另外，Express VI具備捷徑功能，可讓使用者迅速變更程式以滿(mǎn)足需求。此外，我們?cè)趩?dòng)CompactRIO時(shí)隨即執(zhí)行程式，讓整個(gè)系統(tǒng)成為無(wú)線架構(gòu)，而不需實(shí)際接至系統(tǒng)再手動(dòng)開(kāi)始程式。我們雖屬業(yè)余團(tuán)隊(duì)且程式設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有限，但直覺(jué)且圖形化的圖示與接線，都讓我們能加快程式設(shè)計(jì)的速度且趣味盎然。因?yàn)椴⒎撬心＝M都支援CompactRIO的Scan Mode，所以我們透過(guò)FPGA程式設(shè)計(jì)模式，整合了共8個(gè)模組。我們檢視由追蹤車(chē)即時(shí)搜集的資料，再根據(jù)公式化的程式擬定比賽策略(圖2)。

圖2. 追蹤車(chē)上的即時(shí)資料
應(yīng)用
在專(zhuān)案設(shè)計(jì)階段，我們使用CompactRIO 控制器記錄太陽(yáng)電池的效能，以建立電池于不同氣候條件下的效能曲線。我們連接電池與系統(tǒng)，以了解不同溫度下的放電情形，并于每次試駕時(shí)記錄駕駛的動(dòng)作，以協(xié)助團(tuán)隊(duì)判別駕駛行動(dòng)是否正確。
因?yàn)檐?chē)輛完全由太陽(yáng)能供電，我們將電子設(shè)備的耗電量降至低，讓馬達(dá)獲得大部分的電力，才能完成賽程?？椭苹? 槽式機(jī)箱可擷取如GPS、電池資訊、太陽(yáng)能電池狀態(tài)、馬達(dá)效能，與駕駛動(dòng)作的資料。接著將所有資料儲(chǔ)存于cRIO-9014 – Real-Time 控制器內(nèi)建的2 GB 記憶體，同時(shí)透過(guò)LabVIEW VI 將資料格式化為字串，再透過(guò)低耗電的2.4 GHz 無(wú)線電數(shù)據(jù)機(jī)，將資料傳輸?shù)阶粉欆?chē)上(圖3)。

圖3. 遙測(cè)系統(tǒng)的程式區(qū)塊圖

Real-Time 控制器具備足夠的儲(chǔ)存空間，追蹤車(chē)上亦裝備1 組筆記型電腦。策略團(tuán)隊(duì)在追蹤車(chē)上分析資料，并參考如道路、駕駛，與天候狀況的外部因素，以決定車(chē)行速度。
完成所有試駕之后，我們接著分析資料并微調(diào)太陽(yáng)能車(chē)的機(jī)械元件，如調(diào)整車(chē)輪、轉(zhuǎn)向靈敏度、懸吊，與胎壓，以提升太陽(yáng)能車(chē)的性能。透過(guò)LabVIEW，我們可模擬澳洲所有的可能天候狀況，這樣我們更能有效評(píng)估太陽(yáng)能陣列所提供的電力與功率。此外，我們也會(huì)在賽事過(guò)后分析所得的資料，以進(jìn)一步強(qiáng)化新一代的太陽(yáng)能車(chē)。
結(jié)論
因?yàn)槲覀冊(cè)谶@個(gè)專(zhuān)案使用即時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，且太陽(yáng)能車(chē)所能提供的資料范圍太過(guò)廣泛，所以我們初并無(wú)法確定主要的焦點(diǎn)為何。隨著專(zhuān)案的進(jìn)展，我們于競(jìng)賽與設(shè)計(jì)階段，均透過(guò)CompactRIO 繪制出電池在不同溫度下的放電率圖表，并借以了解自制太陽(yáng)能矩陣的效能。本專(zhuān)案從設(shè)計(jì)、實(shí)際比賽，到后續(xù)分析的所有階段，CompactRIO 實(shí)在助益良多。我們成功使用CompactRIO 為太陽(yáng)能車(chē)開(kāi)發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)，且針對(duì)未來(lái)的更多太陽(yáng)能專(zhuān)案，我們亦準(zhǔn)備繼續(xù)使用相同的機(jī)箱與控制器。

使labview用于電廠保護(hù)的發(fā)電機(jī)綜合數(shù)據(jù)采集與分析裝置
概述：采用NI 的LabVIEW 和CompactRIO 硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了水輪發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)采集及分析裝置各個(gè)裝置通過(guò)以太網(wǎng)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)和故障分析的結(jié)果傳輸?shù)奖O(jiān)控中的服務(wù)器上。

應(yīng)用方案：
水輪發(fā)電機(jī)側(cè)裝配一套數(shù)據(jù)采集及分析裝置，各個(gè)裝置通過(guò)以太網(wǎng)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)和故障分析的結(jié)果傳輸?shù)奖O(jiān)控中的服務(wù)器上，整個(gè)系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：
1. 采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為，監(jiān)控中心的存儲(chǔ)以及監(jiān)控服務(wù)器
2. 采用NI 公司的實(shí)時(shí)嵌入式處理器、FPGA模塊、采集卡組成高速數(shù)據(jù)采集及分析裝置
3. 采用相應(yīng)的傳感器對(duì)相關(guān)的電測(cè)量和非電量進(jìn)行采集，通過(guò)前端信號(hào)處理模塊處理之后送到高速數(shù)據(jù)采集及分析裝置的采集卡，以作為后續(xù)存儲(chǔ)與分析的信號(hào)輸入。


投放市場(chǎng)的必要性
發(fā)電廠的機(jī)組故障錄波器基本上都沒(méi)有使用，老式的故障錄波器也正是要更新?lián)Q代的時(shí)候，而且隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，電力的需求越來(lái)越緊張，電網(wǎng)的建設(shè)步伐也在加快，電力系統(tǒng)故障錄波器作為系統(tǒng)事故分析不可缺少的組成部分，市場(chǎng)的需求正在日益的增加。
使用NI 的硬件提高開(kāi)發(fā)速度
CompactRIO硬件的高可靠性，實(shí)時(shí)處理器的，以及FPGA的并行高速計(jì)算能力以及LabVIEW的信號(hào)處理能力和便捷開(kāi)發(fā)為本裝置的研制提供了一個(gè)比較合適的軟硬件平臺(tái)。

監(jiān)控系統(tǒng)包括了車(chē)載設(shè)備(on-board equipment)、1 個(gè)無(wú)線(off-board) 伺服器、電腦與無(wú)線網(wǎng)路設(shè)備。機(jī)器鏟的車(chē)載設(shè)備包括：
? 加上NI cRIO-9014 - 8 槽式機(jī)箱的CompactRIO 系統(tǒng)
? 供振動(dòng)量測(cè)用的NI 9233 模組
? 供動(dòng)態(tài)應(yīng)變量測(cè)用的NI 9237 模組
? 提供、高解析度轉(zhuǎn)速測(cè)定資料的NI 9422 模組
? 提供機(jī)器鏟控制系統(tǒng)補(bǔ)償訊號(hào)的NI 9205 模組
? 裝在機(jī)器鏟主要旋轉(zhuǎn)元件(馬達(dá)與齒輪箱傳動(dòng)裝置) 上的壓電加速度計(jì)
? 裝在機(jī)器鏟主要結(jié)構(gòu)元件上的應(yīng)變計(jì)
? 主馬達(dá)上的增量編碼器
? 無(wú)線網(wǎng)路設(shè)備
? 電力濾波設(shè)備
車(chē)載的CompactRIO系統(tǒng)需要加速度計(jì)、編碼器與應(yīng)變計(jì)同時(shí)提供信號(hào)。振動(dòng)與應(yīng)變信號(hào)持續(xù)受到監(jiān)控，并與設(shè)定的警報(bào)值做比較，在問(wèn)題產(chǎn)生時(shí)可以搶先通報(bào)。如果發(fā)生警報(bào)時(shí)，信號(hào)會(huì)以使用者定義的間隔定期儲(chǔ)存。發(fā)生這種狀況時(shí)，CompactRIO平臺(tái)的監(jiān)控應(yīng)用可以尋找佳的分析量測(cè)時(shí)段，并佳化信號(hào)雜訊比。運(yùn)用本法，資料會(huì)定期以預(yù)設(shè)的間隔儲(chǔ)存，以控制終的機(jī)械改變，而發(fā)生突發(fā)事件時(shí)資料也會(huì)記錄下來(lái)。碰到以上2種狀況時(shí)，機(jī)器鏟控制系統(tǒng)的補(bǔ)償信號(hào)會(huì)儲(chǔ)存起來(lái)供參考之用，并提高主動(dòng)校正的可能性。

使用LabVIEW 建構(gòu)非侵入式技術(shù)而測(cè)得水果成熟度
概述：NI LabVIEW可找出平行板電容器雙板之間的佳距離。

因?yàn)檗r(nóng)業(yè)的原料與后農(nóng)產(chǎn)品均需達(dá)到相同品質(zhì)，所以在采收前后了解水果的品質(zhì)與成熟度格外重要。但是一般果農(nóng)難以確實(shí)得知水果的成熟度，特別是果色與成熟度無(wú)關(guān)的水果。雖然或果農(nóng)可以看出水果成熟度，但也無(wú)法因應(yīng)大量采收的水果。因此我們需要穩(wěn)定、快速、非侵入式的技術(shù)，測(cè)得水果的物理屬性而進(jìn)一步了解水果的品質(zhì)與其成熟度。只要能且自動(dòng)分類(lèi)水果的成熟度，就能進(jìn)一步讓農(nóng)業(yè)升級(jí)，并造福超級(jí)市場(chǎng)的消費(fèi)者。舉例來(lái)說(shuō)，若能根據(jù)采收條件而系統(tǒng)性的了解水果成熟度，就能讓消費(fèi)者進(jìn)一步判斷水果品質(zhì)。
大多數(shù)的傳統(tǒng)方式均具有破壞性，而無(wú)法大量應(yīng)用于實(shí)務(wù)中。某些方式則透過(guò)硬度計(jì)(Penetrometer) 或沖擊力，測(cè)得水果的硬度。另可量測(cè)與成熟度相關(guān)的參數(shù)或化學(xué)物含量，如pH 酸堿值、可滴定酸度(Titratable acidity，TA)、可溶性固態(tài)物(Soluble-solid，SS) 含量、乙烯(Ethylene) 含量等。若要量測(cè)這些化學(xué)值與參數(shù)，往往侵入水果再應(yīng)用復(fù)雜的分析技術(shù)，如氣液相層析(Gas - Liquid Chromatography (GLC) 與滴定法(測(cè)酸度)。
但近出現(xiàn)了非侵入式的水果成熟度檢測(cè)法。這些方法包含核磁共振(NMR) 與質(zhì)子共振(PMR)，可了解可溶性固態(tài)物的含量；機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)則可減測(cè)水果果皮的顏色；音訊系統(tǒng)則可測(cè)出水果硬度。但是這些方式仍有潛在問(wèn)題，如NMR 與PMR 均為位的設(shè)備，且水果顏色不一定與其成熟度相關(guān)。

使用LabVIEW測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)氣缸壓力
概述：基于LabVIEW軟件控制的DAQ板卡，開(kāi)發(fā)出OPTIMIZER——一款靈活、經(jīng)濟(jì)的基于PC的氣缸壓力測(cè)量分析系統(tǒng)。

背景
內(nèi)燃機(jī)的性能，取決于許多因素。對(duì)于給定壓縮比的情況，佳馬力和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩會(huì)出現(xiàn)在以下情況：
? 每個(gè)氣缸的進(jìn)氣口和進(jìn)氣閥的進(jìn)氣量均達(dá)到大
? 燃料/空氣處于適當(dāng)比例
? 燃料和空氣充分混合
? 調(diào)整點(diǎn)火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空氣混合物的燃燒產(chǎn)生的壓力產(chǎn)生了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和動(dòng)力，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中重要的檢查參數(shù)就是在壓縮和做功沖程中的氣缸壓力大小及其定時(shí)。進(jìn)氣歧管的臺(tái)架測(cè)試是在恒流情況下記錄一定壓降下的氣流情況。但當(dāng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上后，進(jìn)氣歧管的氣流就變成了受活塞運(yùn)動(dòng)、進(jìn)氣閥面積、氣閥定時(shí)和重疊時(shí)間以及流道形狀影響的非恒流過(guò)程。這些參數(shù)的共同作用，往往會(huì)導(dǎo)致多缸發(fā)動(dòng)機(jī)不同氣缸進(jìn)氣差異。
優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能的步就是設(shè)計(jì)進(jìn)氣歧管和氣閥系以大限度的給每一個(gè)氣缸提供等量空氣。對(duì)于給定的壓縮比和進(jìn)氣口溫度，操作者可以通過(guò)測(cè)量點(diǎn)火之前壓縮沖程中的氣缸壓力來(lái)獲得進(jìn)氣信息。因?yàn)橛蜌饣旌衔锏娜紵且粋€(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，牽涉到很多氣缸的幾何因素以及其它因素，如油氣混合情況、汽油辛烷值、燃料當(dāng)量比、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、空氣溫度和濕度，以及點(diǎn)火時(shí)間等—— 調(diào)整這些參數(shù)，以獲得佳的性能，將是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
通過(guò)觀察氣缸壓力測(cè)量值以及峰值壓力相對(duì)活塞頂死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員可以迅速將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校到佳性能。由燃燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)可見(jiàn)，對(duì)于大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，如果峰值壓力出現(xiàn)在TDC之后12到15度，并且燃燒發(fā)生在TDC附近的等容階段時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將表現(xiàn)出佳性能。但在給定壓縮比和燃油辛烷值情況下，為了達(dá)到佳性能所采取的點(diǎn)火提前可能會(huì)因?yàn)閲?yán)重的火花爆擊現(xiàn)象而導(dǎo)致氣閥過(guò)熱。因此，在性能優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員需要檢測(cè)TDC之后的10和40度之間火花爆擊的氣缸壓力。如果檢測(cè)到爆震，點(diǎn)火提前取消，以避免活塞受損。
使用LabVIEW和PXI進(jìn)行東海大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)
概述：部署一個(gè)堅(jiān)固耐用的PXI系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境對(duì)大橋產(chǎn)生的影響，進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算以確定大橋的即時(shí)結(jié)構(gòu)健康狀況，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，進(jìn)行離線處理。

東海大橋作為中國(guó)跨海大橋，耗資12億美元，于2005年完成通車(chē)。六車(chē)道的大橋?qū)⑸虾Ｅc洋山島連在了一起，大橋全長(zhǎng)32.5千米，并設(shè)計(jì)成S形以避開(kāi)臺(tái)風(fēng)和海浪區(qū)，以車(chē)輛安全行駛。
我們搭建了一個(gè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）系統(tǒng)，它能夠提供大量的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估大橋損壞和退化程度、結(jié)構(gòu)性能狀況、對(duì)于突發(fā)性災(zāi)難的反應(yīng)。利用這些數(shù)據(jù)可以對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)進(jìn)行研究。
我們使用基于NI PXI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，源于其良好的堅(jiān)固性和小巧的體積，適用于放置在大橋的保護(hù)區(qū)域中。事實(shí)證明，系統(tǒng)在安裝完畢后成功地克服了大橋所遇到的濕度、灰塵、震動(dòng)和化學(xué)腐蝕等各種難題。使用LabVIEW，工程師能夠進(jìn)行重要的實(shí)時(shí)分析，同時(shí)，能夠?qū)Υ髽蛏洗罅康膫鞲衅鳟a(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行離線處理。
硬件系統(tǒng)設(shè)置
對(duì)東海大橋?qū)嵤┍O(jiān)控需要使用超過(guò)500個(gè)傳感器，在大橋每段都放置了加速度計(jì)和FBG光學(xué)傳感器，來(lái)采集環(huán)境激勵(lì)所引起的頻率響應(yīng)。同時(shí)，大橋還配備了風(fēng)速儀和壓式傳感器，以記錄頻率響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的環(huán)境條件。大橋每一段還設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)采集站，配備N(xiāo)I PXI-4472B動(dòng)態(tài)信號(hào)采集卡（DSA）從周?chē)募铀俣扔?jì)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。
另外，我們使用NI PXI-6652同步模塊和?NI PXI-6602計(jì)數(shù)器模塊，以及NI PXI-8187機(jī)箱控制器，來(lái)解決數(shù)據(jù)采集的同步問(wèn)題。
在對(duì)東海大橋上的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，我們給每個(gè)PXI機(jī)箱都安裝了一個(gè)GPS，使用脈沖每秒（PPS）和IRIG-B定時(shí)信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)同步和時(shí)間標(biāo)識(shí)。PPS每秒傳輸一千萬(wàn)脈沖，為每個(gè)機(jī)箱提供采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘。這使得采集模塊可以在100納秒的分辨率下對(duì)大橋上所有設(shè)備的通道實(shí)現(xiàn)同步采樣。