利用labview為太陽能車開發(fā)遙測系統(tǒng)
概述：使用1組NI CompactRIO控制器與8槽式機箱，監(jiān)控車輛的電壓、電流、溫度，與速度，再透過2.4 GHz數(shù)據(jù)機，將資訊無線傳送至太陽能車后方的追蹤車輛。

遙測(Telemetry)
WSC 與其他太陽能車賽不同之處，乃是團隊完成達爾文(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發(fā)生問題，甚至影響車輛能否完成賽事。使用CompactRIO 可重設(shè)機箱與NI LabVIEW 軟體，我們開發(fā)的搖測系統(tǒng)可監(jiān)控、記錄，并傳輸資料，以隨時反應(yīng)太陽能電池的狀態(tài)(如上圖1 )。受監(jiān)控的資料可觸發(fā)警示，在問題發(fā)生之前避免之；因此該筆即時資料可協(xié)助團對隨時擬定佳對策，以縮短除錯時間。同時系統(tǒng)亦將監(jiān)控并記錄駕駛的動作，以利賽后分析。
研發(fā)
雖然太陽能車本身的機械與電力資料，即為搜集與分析要點，但由于電子資料才是打造車輛的關(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)計階段的電池與太陽能電池，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資料，有助于我們佳化車輛的性能，亦可比較車輛實際規(guī)格與設(shè)計規(guī)格之間的差異。另外，策略團隊則使用此資料搭配天氣預(yù)測，以計算出理想的賽程速度。我們并透過CompactRIO 內(nèi)建記憶體而記錄所有資料，以利賽后分析并供未來改進之用。
使用CompactRIO 與可重設(shè)機箱
因為CompactRIO能在可客制化輸入通道上整合即時資料擷取功能，亦可記錄并傳輸資料，所以我們選用CompactRIO。而NI cRIO-9104 - 8槽式機箱可安裝任何必要模組，以滿足我們的監(jiān)控需求。透過多款NI模組，我們可隨著專案發(fā)展而調(diào)整機箱，并著重于太陽能車的不同面向。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存媒體。
我們的客制化機箱包含1組SEA cRIO-GPS+模組，可即時提供車輛位置；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，可透過馬達控制器端點取得車輛速度，并輸出資料；4個NI 9219類比I/O模組，可監(jiān)控火星塞、剎車、電流，與太陽能電池陣列的電壓；還有1個NI 9211熱電偶模組，可感測車輛周圍的溫度。我們另透過NI 9219通用類比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 進行程式設(shè)計
使用LabVIEW FPGA Module即可迅速且輕松設(shè)計此系統(tǒng)。另外，Express VI具備捷徑功能，可讓使用者迅速變更程式以滿足需求。此外，我們在啟動CompactRIO時隨即執(zhí)行程式，讓整個系統(tǒng)成為無線架構(gòu)，而不需實際接至系統(tǒng)再手動開始程式。我們雖屬業(yè)余團隊且程式設(shè)計經(jīng)驗有限，但直覺且圖形化的圖示與接線，都讓我們能加快程式設(shè)計的速度且趣味盎然。因為并非所有模組都支援CompactRIO的Scan Mode，所以我們透過FPGA程式設(shè)計模式，整合了共8個模組。我們檢視由追蹤車即時搜集的資料，再根據(jù)公式化的程式擬定比賽策略(圖2)。

圖2. 追蹤車上的即時資料
應(yīng)用
在專案設(shè)計階段，我們使用CompactRIO 控制器記錄太陽電池的效能，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，并于每次試駕時記錄駕駛的動作，以協(xié)助團隊判別駕駛行動是否正確。
因為車輛完全由太陽能供電，我們將電子設(shè)備的耗電量降至低，讓馬達獲得大部分的電力，才能完成賽程?？椭苹? 槽式機箱可擷取如GPS、電池資訊、太陽能電池狀態(tài)、馬達效能，與駕駛動作的資料。接著將所有資料儲存于cRIO-9014 – Real-Time 控制器內(nèi)建的2 GB 記憶體，同時透過LabVIEW VI 將資料格式化為字串，再透過低耗電的2.4 GHz 無線電數(shù)據(jù)機，將資料傳輸?shù)阶粉欆嚿?圖3)。

圖3. 遙測系統(tǒng)的程式區(qū)塊圖

Real-Time 控制器具備足夠的儲存空間，追蹤車上亦裝備1 組筆記型電腦。策略團隊在追蹤車上分析資料，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)太陽能車的機械元件，如調(diào)整車輪、轉(zhuǎn)向靈敏度、懸吊，與胎壓，以提升太陽能車的性能。透過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估太陽能陣列所提供的電力與功率。此外，我們也會在賽事過后分析所得的資料，以進一步強化新一代的太陽能車。
結(jié)論
因為我們在這個專案使用即時監(jiān)測系統(tǒng)，且太陽能車所能提供的資料范圍太過廣泛，所以我們初并無法確定主要的焦點為何。隨著專案的進展，我們于競賽與設(shè)計階段，均透過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能矩陣的效能。本專案從設(shè)計、實際比賽，到后續(xù)分析的所有階段，CompactRIO 實在助益良多。我們成功使用CompactRIO 為太陽能車開發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)，且針對未來的更多太陽能專案，我們亦準備繼續(xù)使用相同的機箱與控制器。

我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開發(fā)靈活的軟件架構(gòu)，以解決目前及未來的測試需求。這套軟件的功能眾多，能夠測試不同版本的產(chǎn)品，以及開放式與封閉式硬件。使用 NI TestStand，我們可以利用商業(yè)可用的測試執(zhí)行功能來節(jié)省開發(fā)時間。
使用定制化的操作界面，操作員可以登陸、載入選出的測試序列，然后監(jiān)控測試過程。界面也會提供即時資料更新給操作員、生成測試報告，然后將所有的測試資訊記錄到資料庫中，供日后分析之用。我們在 LabVIEW 中撰寫個別的測試，這也可以節(jié)省開發(fā)時間，因為我們擁有龐大的函數(shù)庫可以測量、與硬件連接、分析結(jié)果，以及顯示。通過模塊化操作界面進行序列控制，并將其與個別測試模塊分開，我們便能將開發(fā)的成果使用于更多有類似測試需求的產(chǎn)品上。以統(tǒng)一的格式記錄所有的數(shù)據(jù)，我們的研發(fā)與生產(chǎn)工程師就能進行分析并找出趨勢，并制作生產(chǎn)收益的報告。他們也會使用數(shù)據(jù)分析失敗原因，并在設(shè)備制造的過程中找出待改進之處。記錄中擁有所有的測試資料，包含使用的序列、參數(shù)、測試儀器的校正日期、測試時間，以及產(chǎn)品的通過 / 失敗狀態(tài)。

擷取的資料暫時儲存在CompactRIO 的內(nèi)部快閃硬碟中，然后透過無線連結(jié)自動下載到主要伺服器中，資料在主要伺服器中處理、與更多復(fù)雜的警報參數(shù)比較，然后儲存在資料庫中。如果無法無線連結(jié)到伺服器時，使用者可以透過短程、點對點的無線連結(jié)(使用者靠近機器鏟以建立連結(jié)) 連上并手動下載資料；接上乙太網(wǎng)路連接線，或是在CompactRIO的USB 插槽上插入隨身碟，資料便會自動上傳。<0}
資料一旦處理儲存好了，就可以供下列之用：使用者視覺化、分析、手動處理，以及在伺服器上進行趨勢管理，或是有網(wǎng)路可存取資料庫的電腦，也可進行趨勢管理。所有的組態(tài)、資料移轉(zhuǎn)、處理、視覺化與分析軟體都充分內(nèi)建在LabVIEW 里。

CompactRIO模塊
渦輪增壓器性能中重要的變量包含溫度、壓力和轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)組件包含多個NI C系列模塊，包括NI 9217 RTD模擬輸入模塊測量電阻溫度傳感器（RTD）溫度、NI 9211熱電偶輸入模塊測量熱電偶溫度、NI 9203數(shù)據(jù)采集模塊測量壓力和電流、NI 9423漏極數(shù)字輸入模塊測量轉(zhuǎn)速。此外，還采用了NI 9265同步更新模擬輸出模塊作為系統(tǒng)和模擬輸出值的外部接口，NI 9425漏極數(shù)字輸入模塊和NI 9476源數(shù)字輸出模塊用于數(shù)字I/O值。檢測系統(tǒng)由系統(tǒng)操作員通過用戶界面進行控制。監(jiān)視外部系統(tǒng)使得用戶可以控制和管理整個系統(tǒng)。
結(jié)論
渦輪增壓器是車輛引擎的重要部分，其性能直接影響整個引擎的性能。對渦輪增壓器性能進行適當?shù)臏y試是確保終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。以前的PLC系統(tǒng)無法提供所需的精度。使用基于CompactRIO的全新檢測系統(tǒng)替換PLC系統(tǒng)節(jié)省了空間，并且提供了更高的精度、更高的分辨率和更好的性能。此外，由于系統(tǒng)開發(fā)員熟悉CompactRIO的開發(fā)方法，可以在短時間內(nèi)讓系統(tǒng)開始運行，這樣節(jié)省了時間和開發(fā)資源。

透過LabVIEW，我們可量測香蕉的電容而決定水果的成熟度。而且平行電容板之間的距離，將高度影響量測結(jié)果。后我們發(fā)現(xiàn)，若電容板之間達4公分將可產(chǎn)生正確的結(jié)果。電容與電壓量測作業(yè)，既且不會損壞水果，實為合適的量測技術(shù)
使用LabVIEW 與NI CompactDAQ 測試小型牽引機的噪音與振動
概述：使用LabVIEW and NI CompactDAQ模組架構(gòu)的可攜式資料擷取系統(tǒng)記錄測試參數(shù)并且根據(jù)受測的單元與組態(tài)產(chǎn)生報告。

我們選擇LabVIEW 架構(gòu)的可攜式DAQ 系統(tǒng)，且NI CompactDAQ 模組可輕松攜帶至戶外測試場地。系統(tǒng)將記錄測試參數(shù)，并根據(jù)受測單元與組態(tài)產(chǎn)生報告。另外，我們也可重新設(shè)定系統(tǒng)，以用于如振動量測的其他應(yīng)用。
LabVIEW 圖形化程式設(shè)計的特性，讓我們可輕松學習，且軟體亦可無限制客制化。因為如此，我們功能以NI 軟體工程師撰寫的程式迅速上手，再針對自己的需求客制化其輸入與輸出，針對各個特定測試產(chǎn)生所需的報表。
牽引機噪音滿足多項排放標準，而為保護使用者所訂定的引擎噪音也有多種規(guī)范。售往歐洲的牽引機，先通過完整的測試，除了表明該設(shè)備已符合特定的歐洲標準，并需標示其他測試中的聲音功率強度。這些規(guī)范可避免機器損害使用者的聽力，且若人體長期暴露于高噪音與高振動的環(huán)境中，往往會對身體造成不良的影響。
聲音功率量測
適用于聲音功率的LabVIEW 參考函式庫VI，加上NI Sound and Vibration Measurement Suite，可讓我們按照ISO-3744 的標準，透過聲源周圍的麥克風陣列，而計算出聲音功率。聲音功率代表由聲源所發(fā)出的聲音能量強度，并可用于大多數(shù)的環(huán)境噪音測試作業(yè)。在受測聲源周圍，排列出既定幾何圖案的麥克風陣列，即可進行量測作業(yè)。我們將麥克風所測得的聲壓強度(dB ref 20 μPa) 加以平均，隨即得出聲音功率強度(dB ref 1 pW)。
此標準另說明麥克風幾何形式的大小與形狀，還有修正背景噪音的方式。在計算總聲音功率強度之前，我們平均表面區(qū)域的聲壓強度，以獲得表面的平均分數(shù)倍頻頻譜。在得出表面的平均分數(shù)(Octave) 頻譜之后，即可測定全部的聲音功率強度。聲音強度的量測結(jié)果，可透過各個頻帶(Band) 中的聲音強度，呈現(xiàn)為總強度或分數(shù)倍頻頻譜。我們使用內(nèi)建的參照函式庫VI，并由NI 工程師協(xié)助使用LabVIEW，客制化聲音功率的量測程式。
測試場地
我們于草地上建造半徑13 公尺的戶外水泥測試地。每6 個麥克風為1 組陣列，并安裝于三腳架上，且其中2 組三腳架約為518 公分(17 英尺) 高。為了設(shè)置測試作業(yè)，我們使用自己設(shè)計的容器安裝并保護的腳架、連接線、麥克風、筆記型電腦，與測試小桌。我們共設(shè)置6 組麥克風腳架，并有連接線將各組麥克風連至DAQ 機箱。完成參考量測以校準系統(tǒng)之后，隨即開始測試。