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(jī)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(jī)，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(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(jī)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(tuán)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(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(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，以計(jì)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(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(jī)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(jī)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(dá)控制器端點(diǎn)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(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(shí)際接至系統(tǒng)再手動開始程式。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FPGA程式設(shè)計(jì)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(jì)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(tuán)隊(duì)判別駕駛行動是否正確。
因?yàn)檐囕v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(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、太陽能電池狀態(tài)、馬達(dá)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(jī)，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(tuán)隊(duì)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(jī)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(jìn)一步強(qiáng)化新一代的太陽能車。
結(jié)論
因?yàn)槲覀冊谶@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(diǎn)為何。隨著專案的進(jìn)展，我們于競賽與設(shè)計(jì)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(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(zhǔn)備繼續(xù)使用相同的機(jī)箱與控制器。

每次進(jìn)行EO 實(shí)驗(yàn)，COP 明顯均集中在同一區(qū)域。但若進(jìn)入EC 實(shí)驗(yàn)，受測人員的COP 分布就會產(chǎn)生的變化。結(jié)果顯示，所有受測人員若要在不平衡的表面上達(dá)到平衡，將極度依賴自己生理上的本體感受器(Proprioceptor) 告知大腦目前狀態(tài)，也解釋了COP 分配區(qū)域大幅增多的原因。
一項(xiàng)對EC 實(shí)驗(yàn)的有趣觀察指出，若受測人員對生活形態(tài)抱持輕微的積極態(tài)度，則搖擺的程度較大；若對生活形態(tài)抱持適當(dāng)?shù)姆e極態(tài)度，其搖擺程度亦較小。不同的生活形態(tài)亦反應(yīng)出COP 的分配范圍。與適當(dāng)積極態(tài)度的受測人員相較，較不積極的人其COP 分配范圍亦較大。
若受測人員已熟悉了Balance Trainer 動態(tài)平臺，亦將更能控制COP 的分配范圍，亦能進(jìn)一步控制自己的本體感受器。在實(shí)際擷取資料之前，這些受測人員已經(jīng)實(shí)際使用動態(tài)平臺達(dá)7 天。
結(jié)論
總的來說，我們用LabVIEW 與DAQ 建構(gòu)動態(tài)平圖，可了解人體在不穩(wěn)定表面上的平衡狀態(tài)。儀控式的動態(tài)平臺顯示了下列特性：
? 測得受測人員的姿勢控制與擺動情形若受測人員的COP分配范圍較大，也耗上更多力氣才能達(dá)到平衡
? 受測人員若對生活抱持積極的態(tài)度，也展現(xiàn)了較佳的姿勢控制能力
? 在切斷視覺之后，人體會立刻切換為本體感受器，通知身體是否在特定方向的擺動幅度過大
? 受測人員在熟悉了平臺之后，亦將縮小其COP分配范圍綜合以上結(jié)論，受測人員只要能控制自己的本體感受器，就越能在非平衡的表面上讓自己保持平衡。

使用LabVIEW和PXI定位飛行過程中飛機(jī)的噪聲源
概述：基于NI LabVIEW軟件搭建一個應(yīng)用程序，并使用NI PXI硬件從布置在跑道上的相位麥克風(fēng)陣列采集數(shù)據(jù)。

研究客機(jī)上的噪聲源
為了能開發(fā)出更為安靜的客機(jī)，我們定位所有的噪聲源，以加強(qiáng)我們對噪音生成原理的認(rèn)識。在開發(fā)一架飛機(jī)時，我們可以通過數(shù)值分析和模型測試預(yù)測噪音等級。然而，實(shí)際飛機(jī)噪音的屬性和特性只能在實(shí)際飛行測試中才能獲得。利用聲音波束成形技術(shù)來定位噪音源是一種有效可行的方法。波束成形是一種使用定位噪聲源的方法，同時能獲得噪聲源的振幅。雖然我們在JAXA項(xiàng)目上小型模型飛機(jī)的風(fēng)洞測試和飛行測試中已經(jīng)發(fā)展并改進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，但還未曾將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際飛行的飛機(jī)中。2009年，我們擁有了一架小型Mitsubishi MU-300 Diamond商務(wù)機(jī)。2010年，我們開始在跑道上設(shè)置了相位麥克風(fēng)陣列，通過噪聲源定位測量來驗(yàn)證我們現(xiàn)有的技術(shù)，并找到可以提高的空間。
相位麥克風(fēng)陣列的測量
相位陣列包含了許多麥克風(fēng)，分布在一個大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達(dá)每個麥克風(fēng)時間的微小差別，我們可以估算出每個噪聲源的位置和強(qiáng)度。在這個測試中，我們設(shè)計(jì)了相位陣列來辨識飛行于120米高度的飛機(jī)上兩個相距4米的1kHz音頻信號。這個相控陣列包含了99個麥克風(fēng)，分布在一個直徑30米的圓形區(qū)域上。
飛行中的噪聲源定位測試包括飛機(jī)發(fā)動機(jī)狀態(tài); 聲覺測量，以及飛機(jī)飛過相位陣列時的位置、高度和速度。因?yàn)轱w機(jī)產(chǎn)生的噪音在傳輸?shù)降孛纣溈孙L(fēng)的過程中會被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數(shù)據(jù)，例如風(fēng)向、速度、溫度和濕度。