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使用LabVIEW建立太陽能模組特性參數(shù)之量測系統(tǒng)
概述：太陽能模組的量測系統(tǒng)需使用許多的量測元件，整合式的量測需要速度快與整合性佳的作業(yè)系統(tǒng)為核心。本研究采用LabVIEW作為系統(tǒng)軟體，增加程式撰寫的效率，可在短時(shí)間完成系統(tǒng)的建立；亦藉由其的儀器控制能力，可解決多種通訊介面的溝通問題，縮短整體系統(tǒng)開發(fā)所需時(shí)間。硬體的量測設(shè)備中，NI的DAQ資料擷取卡即可解決多處感測器的量測，并可利用DAQ卡的輸出腳位達(dá)成所需的控制功能，單一DAQ卡片即可滿足系統(tǒng)中之大部分功能的整合。使用GPIB介面的電子負(fù)載及示波器，配合LabVIEW人機(jī)介面達(dá)到自動化量測程序；并且透過LabVIEW所提供之計(jì)算功能，可將所量測得到的數(shù)據(jù)，做進(jìn)一步的計(jì)算與分析。配合CVS機(jī)器視覺系統(tǒng)組件，可以檢驗(yàn)出太陽能模組外觀是否完整，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場畫面。終整合上述各種功能，并配合LabVIEW軟體開發(fā)出容易操控的人機(jī)介面，將可另使用者很方便的進(jìn)行資料分析及取樣，因此可建構(gòu)出具低成本、能且易于操作之太陽能模組特性參數(shù)之量測系統(tǒng)。

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圖五為本系統(tǒng)之讀取頁面，在此人機(jī)介面中系統(tǒng)操作者只需選擇所要讀取的檔案來源，按下開啟檔案，系統(tǒng)即會將所選擇的檔案資料，讀取處理后，將該次實(shí)驗(yàn)所測試的模板型號顯示于人機(jī)介面上，并且繪制出該次實(shí)驗(yàn)所測量之太陽能模組相關(guān)輸出特性曲線，在此介面中加入了PIV 特性曲線繪制。

圖五系統(tǒng)讀取頁面
將虛擬儀控的技術(shù)應(yīng)用在量測太陽能模組的輸出特性與計(jì)算上，發(fā)展出一套自動化量測太陽能模組特性參數(shù)的系統(tǒng)，們可以利用虛擬儀控，設(shè)計(jì)出人性化的監(jiān)控畫面，使得整個(gè)量測系統(tǒng)在操控上變得更容易、簡單，只需透過鍵盤與滑鼠在人機(jī)介面上即可操作整個(gè)系統(tǒng)，而且使用者也可自行增添所需的功能，使系統(tǒng)更為多樣化。

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使用NI CompactRIO、labview 建構(gòu)且完整的結(jié)構(gòu)監(jiān)控作業(yè)
概述：使用NI CompactRIO平臺開發(fā)感測器網(wǎng)路，于重要的建物結(jié)構(gòu)點(diǎn)布署分散式擷取作業(yè)與資料儲存功能。

義大利米蘭的梅雅薩球場(Meazza Stadium)，亦稱為圣西羅(San Siro) 球場，近年來面臨大型建物的常見問題，即包含由人們使用設(shè)施時(shí)所產(chǎn)生的建物壓力；如合唱團(tuán)、足球比賽，或搖滾音樂會。.針對Meazza Stadium 進(jìn)行完整研究，并設(shè)計(jì)創(chuàng)新的監(jiān)控系統(tǒng)，以量測建物結(jié)構(gòu)的振動、了解金屬零件的腐蝕情形，并勾勒出其他實(shí)體參數(shù)。更重要的1 點(diǎn)，系統(tǒng)能夠承受球場環(huán)境的高機(jī)械性、高溫，與高電磁波特性。
米蘭的梅雅薩球場興建于1925 年，并于1950 年代期間擴(kuò)建第二層外圍。目前的第三層外圍完成于1980 年代晚期，為了容納1990 年的足球賽達(dá)80,000 名球迷。球場本為足球比賽而興建，但于1980 年代晚期開始，更開放予如演唱會的非運(yùn)動性活動使用。
在偶然的情況下，音樂會與足球比賽的振動情形受到注意。由于數(shù)以千計(jì)的熱情樂迷，均會跟著音樂旋律隨之跳動，從而造成大規(guī)模的振動壓力。國立米蘭工業(yè)科技大學(xué)針對結(jié)構(gòu)評估、模型分析、動態(tài)/靜態(tài)量測，與建物材料的腐蝕情況，著手研究球場的整體堪用狀態(tài)。在個(gè)階段中，團(tuán)隊(duì)以完整的實(shí)驗(yàn)方案勾勒球場特征與物理現(xiàn)象，有系統(tǒng)的評估相關(guān)問題。且測試即獲得大量資料。這些結(jié)果證實(shí)了監(jiān)控系統(tǒng)對振動、壓力、溫度，與其他物理現(xiàn)象的必要性，且應(yīng)長期注意相關(guān)影響、取得球場的動態(tài)特性，并要能找出危險(xiǎn)情況的表征。
在球場舉辦演唱會時(shí)，樂迷們隨著歌曲跳動或玩波浪舞，均為建物結(jié)構(gòu)造成更多振動。當(dāng)然，振動強(qiáng)度與樂迷的激動程度成正比。還有，若歌曲或樂迷的律動正好吻合建物結(jié)構(gòu)的自然頻(Natural frequency)，則振動強(qiáng)度亦將大幅提升。演唱會的振動強(qiáng)度，端看樂迷與音樂節(jié)奏而定。某些歌曲的節(jié)奏若吻合建物結(jié)構(gòu)的自然頻率，振動強(qiáng)度理所當(dāng)然將高出平均值許多。因此針對相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行量測，在振動強(qiáng)度達(dá)到危險(xiǎn)等級之前，能夠及早控制并采取對策。

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監(jiān)控系統(tǒng)將持續(xù)量測0 ~ 50 Hz 頻率范圍內(nèi)的參數(shù)，并穩(wěn)定進(jìn)行資料擷取、儲存，與傳輸作業(yè)。針對梅雅薩球場，團(tuán)隊(duì)即以CompactRIO 平臺為架構(gòu)，并搭配使用NI LabVIEW 圖形化程式設(shè)計(jì)環(huán)境所開發(fā)的多層次軟體程式。
感測器的功用十分單純，即提供高量測品質(zhì)的資料；傳感器與所屬訊號處理單位之間的連接線，亦為精簡的長度。從網(wǎng)路架構(gòu)與經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)來看，要能以少的訊號處理單位達(dá)到所需的效能。團(tuán)隊(duì)即基于上述條件構(gòu)成完整的量測方案。由于是以加速規(guī)進(jìn)行量測作業(yè)，因此ICP 標(biāo)準(zhǔn)為量測主力。
主機(jī)電腦位于安全地點(diǎn)，并做為系統(tǒng)主體。在正常的作業(yè)條件下，電腦將搜集并分析儲存于周邊節(jié)點(diǎn)(Peripheral node) 的資料，且以同樣方式處理后續(xù)資料。在設(shè)定階段，電腦就如同節(jié)點(diǎn)組態(tài)與感測器校準(zhǔn)的使用者介面。電腦亦為可透過網(wǎng)際網(wǎng)路而遠(yuǎn)端存取系統(tǒng)的閘道。
量測系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的主要功能，即是要能分配擷取節(jié)點(diǎn)，以達(dá)成符合邏輯與經(jīng)濟(jì)效益的解決方案。而上述目的則縮短訊號連接線的長度，以期能于數(shù)萬支行動電話、數(shù)百組電視訊號天線，與數(shù)不清電線的環(huán)境中，提升整體的量測品質(zhì)。
透過CompacRIO節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)路，量測系統(tǒng)可達(dá)分散式資料擷取節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢，并可立于網(wǎng)路狀態(tài)之外，分配資料儲存的相關(guān)作業(yè)。正常情況下，主機(jī)電腦將整合節(jié)點(diǎn)，并控制資料的檢索與儲存作業(yè)。若重要的訊號處理單位或網(wǎng)路失去功能，每組CompactRIO節(jié)點(diǎn)均可立檢索并儲存資料達(dá)數(shù)天之久。
CompactRIO亦可達(dá)到的運(yùn)算與儲存效能，并以精巧體積承受嚴(yán)苛的環(huán)境條件。

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CompactRIO 亦可針對未來的新監(jiān)控解決方案，提供的彈性；此項(xiàng)特性亦是其他量測系統(tǒng)所望其項(xiàng)背的。系統(tǒng)的可調(diào)整性，亦為節(jié)點(diǎn)與訊號處理類型的考量要點(diǎn)之一。動態(tài)量測系統(tǒng)的要點(diǎn)即為其濾波功能，使用者選擇類比與數(shù)位濾波器，還有所需的高頻率取樣與線上降頻(Decimation) 功能。
而LabVIEW即可輕松符合上述需求。機(jī)械研究團(tuán)隊(duì)能夠直接與系統(tǒng)進(jìn)行互動。透過LabVIEW，不需通曉軟體程式設(shè)計(jì)的特殊技巧，亦可于任何時(shí)間進(jìn)行修改。
系統(tǒng)管理軟體可提供較佳的彈性與不同的功能，并讓系統(tǒng)進(jìn)行常式控制與初階設(shè)定。在經(jīng)過長時(shí)間的量測之后，此解決方案的自動診斷與校準(zhǔn)程序，確實(shí)達(dá)到量測系統(tǒng)所需的穩(wěn)定性。

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我們所建立的系統(tǒng)，是第二種虛擬實(shí)驗(yàn)「較實(shí)際的版本」。我們的系統(tǒng)主要是為了電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并于實(shí)驗(yàn)室中附掛電子電路以趨近真實(shí)經(jīng)驗(yàn)，另外能針對顯示與分析目的而設(shè)定儀器/量測系統(tǒng)。不論是完整或特定的電子電路，均可應(yīng)用此方法，但其實(shí)僅透過紙本就可呈現(xiàn)電路原型。使用者可真實(shí)互動實(shí)際的電子元件與儀器，甚至可透過手邊的面包板與元件，直接于電路中配置/連接電子元件。
硬體架構(gòu)
整體系統(tǒng)均以虛擬儀控為中心。虛擬儀器包含工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的電腦或工作站，并已搭載驅(qū)動程式、高成本效益的硬體(如插入式介面卡)、功能強(qiáng)大的應(yīng)用軟體，以執(zhí)行傳統(tǒng)儀器的功能。但透過虛擬儀控，工程師可使用圖形化的程式設(shè)計(jì)軟體，依自己的特殊需求而建立使用者定義的解決方案。此外，早已普及的個(gè)人電腦即可使用虛擬儀控，提供傳統(tǒng)儀器所無法達(dá)到的功能。圖1 即為整體系統(tǒng)的簡圖。

圖1. 遠(yuǎn)端電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的整體簡圖
軟體開發(fā)平臺
圖2即顯示遠(yuǎn)端電子實(shí)驗(yàn)的流程。我們使用LabVIEW而程式設(shè)計(jì)NI ELVIS。使用者介面主要可分為4大區(qū)塊：實(shí)驗(yàn)輸出指示元、硬體穩(wěn)定度與網(wǎng)表(此文字檔包含后電路設(shè)計(jì)的文字?jǐn)⑹?檢查指示元、文字訊息、實(shí)驗(yàn)流程控制。

圖2. 遠(yuǎn)端電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟體流程圖
使用者可虛擬配置3D 電路元件，再透過NI ELVIS 的原型制作機(jī)板完成電路設(shè)計(jì)。NI ELVIS 原型制作機(jī)板的3D 虛擬縮放/旋轉(zhuǎn)功能，可讓使用者真正感受到實(shí)際的互動，并于虛擬機(jī)板上附掛其他電路，就好像是真的在用硬體實(shí)驗(yàn)。
使用者介面可遠(yuǎn)端監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)室設(shè)定。實(shí)驗(yàn)輸出指示元則具備數(shù)字與圖形的輸出區(qū)塊。數(shù)字與圖形的輸出區(qū)塊，將分別透過數(shù)字與圖像的格式而顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果可能是電路中的潛在點(diǎn)或潛在電流。硬體穩(wěn)定度檢查指示元與網(wǎng)表檢查指示元，均屬于警示區(qū)塊。只要實(shí)驗(yàn)課程期間發(fā)生錯(cuò)誤事件，都會警告使用者。由于電子元件的使用壽命有限，因此好能避免硬體元件故障的情況，以獲得有意義的結(jié)果。透過文字訊息控制元與指示元，學(xué)生就可與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)師溝通。只要透過STOP 按鈕，即可開始或終止實(shí)驗(yàn)。