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利用labview为太阳能车开发遥测系统
概述：使用1组NI CompactRIO控制器与8槽式机箱，监控车辆的电压、电流、温度，与速度，再透过2.4 GHz数据机，将资讯无线传送至太阳能车后方的追踪车辆。
遥测(Telemetry)
WSC 与其他太阳能车赛不同之处，乃是团队完成达尔文(Darwin) 到阿德雷得(Adelaide) 共3,000 公里的距离；亦表示比赛期间可能随时发生问题，甚至影响车辆能否完成赛事。使用CompactRIO 可重设机箱与NI LabVIEW 软体，我们开发的摇测系统可监控、记录，并传输资料，以随时反应太阳能电池的状态(如上图1 )。受监控的资料可触发警示，在问题发生之前避免之；因此该笔即时资料可协助团对随时拟定佳对策，以缩短除错时间。同时系统亦将监控并记录驾驶的动作，以利赛后分析。
研发
虽然太阳能车本身的机械与电力资料，即为搜集与分析要点，但由于电子资料才是打造车辆的关键比赛要素，所以我们额外注重电子资料。我们所搜集的资料，包含设计阶段的电池与太阳能电池，还有电池的体积与其效能曲线均有。在赛程中搜集到的即时资料，有助于我们佳化车辆的性能，亦可比较车辆实际规格与设计规格之间的差异。另外，策略团队则使用此资料搭配天气预测，以计算出理想的赛程速度。我们并透过CompactRIO 内建记忆体而记录所有资料，以利赛后分析并供未来改进之用。
使用CompactRIO 与可重设机箱
因为CompactRIO能在可客制化输入通道上整合即时资料撷取功能，亦可记录并传输资料，所以我们选用CompactRIO。而NI cRIO-9104 - 8槽式机箱可安装任何必要模组，以满足我们的监控需求。透过多款NI模组，我们可随着专案发展而调整机箱，并着重于太阳能车的不同面向。NI cRIO-9014 - Real-Time控制器另内建记忆体与多种I/O，可提供弹性介面与次要的资料储存媒体。
我们的客制化机箱包含1组SEA cRIO-GPS+模组，可即时提供车辆位置；1组NI 9870序列介面模组，具备RS232介面，可撷取电池监控系统的资料；1组NI 9401数位I /O模组，可透过马达控制器端点取得车辆速度，并输出资料；4个NI 9219类比I/O模组，可监控火星塞、刹车、电流，与太阳能电池阵列的电压；还有1个NI 9211热电偶模组，可感测车辆周围的温度。我们另透过NI 9219通用类比I/O模组，以高度与解析度监控多种资料，包含电压、电流、温度，与电阻。
利用LabVIEW FPGA Module 进行程式设计
使用LabVIEW FPGA Module即可迅速且轻松设计此系统。另外，Express VI具备捷径功能，可让使用者迅速变更程式以满足需求。此外，我们在启动CompactRIO时随即执行程式，让整个系统成为无线架构，而不需实际接至系统再手动开始程式。我们虽属业余团队且程式设计经验有限，但直觉且图形化的图示与接线，都让我们能加快程式设计的速度且趣味盎然。因为并非所有模组都支援CompactRIO的Scan Mode，所以我们透过FPGA程式设计模式，整合了共8个模组。我们检视由追踪车即时搜集的资料，再根据公式化的程式拟定比赛策略(图2)。
图2. 追踪车上的即时资料
应用
在专案设计阶段，我们使用CompactRIO 控制器记录太阳电池的效能，以建立电池于不同气候条件下的效能曲线。我们连接电池与系统，以了解不同温度下的放电情形，并于每次试驾时记录驾驶的动作，以协助团队判别驾驶行动是否正确。
因为车辆完全由太阳能供电，我们将电子设备的耗电量降至低，让马达获得大部分的电力，才能完成赛程。客制化的8 槽式机箱可撷取如GPS、电池资讯、太阳能电池状态、马达效能，与驾驶动作的资料。接着将所有资料储存于cRIO-9014 – Real-Time 控制器内建的2 GB 记忆体，同时透过LabVIEW VI 将资料格式化为字串，再透过低耗电的2.4 GHz 无线电数据机，将资料传输到追踪车上(图3)。
图3. 遥测系统的程式区块图
Real-Time 控制器具备足够的储存空间，追踪车上亦装备1 组笔记型电脑。策略团队在追踪车上分析资料，并参考如道路、驾驶，与天候状况的外部因素，以决定车行速度。
完成所有试驾之后，我们接着分析资料并微调太阳能车的机械元件，如调整车轮、转向灵敏度、悬吊，与胎压，以提升太阳能车的性能。透过LabVIEW，我们可模拟澳洲所有的可能天候状况，这样我们更能有效评估太阳能阵列所提供的电力与功率。此外，我们也会在赛事过后分析所得的资料，以进一步强化新一代的太阳能车。
结论
因为我们在这个专案使用即时监测系统，且太阳能车所能提供的资料范围太过广泛，所以我们初并无法确定主要的焦点为何。随着专案的进展，我们于竞赛与设计阶段，均透过CompactRIO 绘制出电池在不同温度下的放电率图表，并借以了解自制太阳能矩阵的效能。本专案从设计、实际比赛，到后续分析的所有阶段，CompactRIO 实在助益良多。我们成功使用CompactRIO 为太阳能车开发了监控系统，且针对未来的更多太阳能专案，我们亦准备继续使用相同的机箱与控制器。
我们使用 NI LabVIEW 与 NI TestStand 开发灵活的软件架构，以解决目前及未来的测试需求。这套软件的功能众多，能够测试不同版本的产品，以及开放式与封闭式硬件。使用 NI TestStand，我们可以利用商业可用的测试执行功能来节省开发时间。
使用定制化的操作界面，操作员可以登陆、载入选出的测试序列，然后监控测试过程。界面也会提供即时资料更新给操作员、生成测试报告，然后将所有的测试资讯记录到资料库中，供日后分析之用。我们在 LabVIEW 中撰写个别的测试，这也可以节省开发时间，因为我们拥有庞大的函数库可以测量、与硬件连接、分析结果，以及显示。通过模块化操作界面进行序列控制，并将其与个别测试模块分开，我们便能将开发的成果使用于更多有类似测试需求的产品上。以统一的格式记录所有的数据，我们的研发与生产工程师就能进行分析并找出趋势，并制作生产收益的报告。他们也会使用数据分析失败原因，并在设备制造的过程中找出待改进之处。记录中拥有所有的测试资料，包含使用的序列、参数、测试仪器的校正日期、测试时间，以及产品的通过 / 失败状态。
监控系统包括了车载设备(on-board equipment)、1 个无线(off-board) 伺服器、电脑与无线网路设备。机器铲的车载设备包括：
加上NI cRIO-9014 - 8 槽式机箱的CompactRIO 系统
供振动量测用的NI 9233 模组
供动态应变量测用的NI 9237 模组
提供、高解析度转速测定资料的NI 9422 模组
提供机器铲控制系统补偿讯号的NI 9205 模组
装在机器铲主要旋转元件(马达与齿轮箱传动装置) 上的压电加速度计
装在机器铲主要结构元件上的应变计
主马达上的增量编码器
无线网路设备
电力滤波设备
车载的CompactRIO系统需要加速度计、编码器与应变计同时提供信号。振动与应变信号持续受到监控，并与设定的警报值做比较，在问题产生时可以抢先通报。如果发生警报时，信号会以使用者定义的间隔定期储存。发生这种状况时，CompactRIO平台的监控应用可以寻找佳的分析量测时段，并佳化信号杂讯比。运用本法，资料会定期以预设的间隔储存，以控制终的机械改变，而发生突发事件时资料也会记录下来。碰到以上2种状况时，机器铲控制系统的补偿信号会储存起来供参考之用，并提高主动校正的可能性。
使用LabVIEW FPGA和CompactRIO开发伺服控制系统
概述：利用NI LabVIEW FPGA 模块和CompactRIO 系统开发出世界上台在连续旋转式磁盘上进行三维全息数字数据存储的伺服控制系统。
全息数字数据存储（Holographic digital data storage，简称HDDS）技术是光学存储领域里有前景的新兴技术之一。传统的数据存储技术，是把单的比特信息存储为介质表面的磁或光变量，正在接近其物理的极限。然而，全息存储技术可以使数据的传输速率加速到10 亿比特每秒，把访问时间降低到几十微秒，同时将数据的存储密度增加到理论的大值，即1 万亿比特每立方厘米。
通过在存储介质的整个三维空间上编码数据，并且利用称为页的大容量并行存储块来进行记录和恢复，全息数据存储技术突破了传统二维技术（如DVD）的限制。
利用CompactRIO 对Daewoo HDDS 系统进行原型验证
我们的H D D S 原型包括两个主要的子系统：一个基于N ICompactRIO三百万门的FPGA 系列模块的电光运动控制系统和一个基于Xilinx 公司八百万门的FPGA 电路板的视频解码系统。CompactRIO 系统控制着一个线性电机、一个步进电机、一个电流镜和一个CMOS 相机。每一个运动控制环都要求的控制，所以我们利用反馈信号来控制和检测数据。不同于传统的计算型电路板，CompactRIO 系统使我们可以利用NI 公司的LabVIEWFPGA模块来定制脉冲发生器的时序，其精度可达到一个FPGA时钟周期。为了避免滑动，我们通过创建定制的用于加速和减速的数学函数，开发了复杂的电机控制算法。我们为三种类型的电机分别设计了驱动电路，并把它们连接到CompactRIO 的输入/ 输出模块上。除了运动控制，CompactRIO 还与用于视频解码的FPGA 电路板通信，该电路板是使用我们自有的用于视频恢复和CMOS相机控制的信号处理技术开发的。前端MPEG解码器积累在缓存中的数据量随速度变化很大，CompactRIO 还通过检查其变化来控制数据的传输速率。
使用LabVIEW测量内燃机气缸压力
概述：基于LabVIEW软件控制的DAQ板卡，开发出OPTIMIZER——一款灵活、经济的基于PC的气缸压力测量分析系统。
背景
内燃机的性能，取决于许多因素。对于给定压缩比的情况，佳马力和发动机扭矩会出现在以下情况：
每个气缸的进气口和进气阀的进气量均达到大
燃料/空气处于适当比例
燃料和空气充分混合
调整点火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空气混合物的燃烧产生的压力产生了发动机的扭矩和动力，所以在发动机研发中重要的检查参数就是在压缩和做功冲程中的气缸压力大小及其定时。进气歧管的台架测试是在恒流情况下记录一定压降下的气流情况。但当安装在发动机上后，进气歧管的气流就变成了受活塞运动、进气阀面积、气阀定时和重叠时间以及流道形状影响的非恒流过程。这些参数的共同作用，往往会导致多缸发动机不同气缸进气差异。
优化发动机性能的步就是设计进气歧管和气阀系以大限度的给每一个气缸提供等量空气。对于给定的压缩比和进气口温度，操作者可以通过测量点火之前压缩冲程中的气缸压力来获得进气信息。因为油气混合物的燃烧是一个复杂的反应过程，牵涉到很多气缸的几何因素以及其它因素，如油气混合情况、汽油辛烷值、燃料当量比、发动机温度、空气温度和湿度，以及点火时间等—— 调整这些参数，以获得佳的性能，将是一个相当大的挑战。
通过观察气缸压力测量值以及峰值压力相对活塞顶死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，发动机技术人员可以迅速将发动机调校到佳性能。由燃烧质量分数可见，对于大多数传统发动机而言，如果峰值压力出现在TDC之后12到15度，并且燃烧发生在TDC附近的等容阶段时，发动机将表现出佳性能。但在给定压缩比和燃油辛烷值情况下，为了达到佳性能所采取的点火提前可能会因为严重的火花爆击现象而导致气阀过热。因此，在性能优化过程中，发动机技术人员需要检测TDC之后的10和40度之间火花爆击的气缸压力。如果检测到爆震，点火提前取消，以避免活塞受损。
使用LabVIEW和PXI定位飞行过程中飞机的噪声源
概述：基于NI LabVIEW软件搭建一个应用程序，并使用NI PXI硬件从布置在跑道上的相位麦克风阵列采集数据。
研究客机上的噪声源
为了能开发出更为安静的客机，我们定位所有的噪声源，以加强我们对噪音生成原理的认识。在开发一架飞机时，我们可以通过数值分析和模型测试预测噪音等级。然而，实际飞机噪音的属性和特性只能在实际飞行测试中才能获得。利用声音波束成形技术来定位噪音源是一种有效可行的方法。波束成形是一种使用定位噪声源的方法，同时能获得噪声源的振幅。虽然我们在JAXA项目上小型模型飞机的风洞测试和飞行测试中已经发展并改进了这项技术，但还未曾将这项技术应用于实际飞行的飞机中。2009年，我们拥有了一架小型Mitsubishi MU-300 Diamond商务机。2010年，我们开始在跑道上设置了相位麦克风阵列，通过噪声源定位测量来验证我们现有的技术，并找到可以提高的空间。
相位麦克风阵列的测量
相位阵列包含了许多麦克风，分布在一个大直径的范围上。利用噪声源的声波到达每个麦克风时间的微小差别，我们可以估算出每个噪声源的位置和强度。在这个测试中，我们设计了相位阵列来辨识飞行于120米高度的飞机上两个相距4米的1kHz音频信号。这个相控阵列包含了99个麦克风，分布在一个直径30米的圆形区域上。
飞行中的噪声源定位测试包括飞机发动机状态; 声觉测量，以及飞机飞过相位阵列时的位置、高度和速度。因为飞机产生的噪音在传输到地面麦克风的过程中会被大气削弱，因此我们还需要记录气象数据，例如风向、速度、温度和湿度。
