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使用LabVIEW建立太陽(yáng)能模組特性參數(shù)之量測(cè)系統(tǒng)
概述：太陽(yáng)能模組的量測(cè)系統(tǒng)需使用許多的量測(cè)元件，整合式的量測(cè)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(wèn)題，縮短整體系統(tǒng)開發(fā)所需時(shí)間。硬體的量測(cè)設(shè)備中，NI的DAQ資料擷取卡即可解決多處感測(cè)器的量測(cè)，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(dòng)化量測(cè)程序；并且透過(guò)LabVIEW所提供之計(jì)算功能，可將所量測(cè)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(jué)系統(tǒng)組件，可以檢驗(yàn)出太陽(yáng)能模組外觀是否完整，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(yáng)能模組特性參數(shù)之量測(cè)系統(tǒng)。

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本系統(tǒng)架構(gòu)包含了硬體架構(gòu)與軟體設(shè)計(jì)兩部分。圖一所示為本套太陽(yáng)能模組特性參數(shù)量測(cè)系統(tǒng)之系統(tǒng)硬體架構(gòu)圖，是由個(gè)人電腦、可程式環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生源、各種感測(cè)裝置、電子負(fù)載、示波器、攝影機(jī)、資料影像輸出入介面卡、測(cè)試機(jī)架與待測(cè)太陽(yáng)能電池模組所構(gòu)成，各單元之功能分述如下：
? 個(gè)人電腦(PC)：個(gè)人電腦為整個(gè)太陽(yáng)能模組量測(cè)系統(tǒng)之大腦，與人機(jī)界面軟體(LabVIEW)配合做為本系統(tǒng)之控制器，它控制整個(gè)系統(tǒng)之運(yùn)作。在軟體規(guī)劃下，系統(tǒng)控制器控制資料流程、指揮系統(tǒng)中儀器之操作、接收量測(cè)資料、執(zhí)行計(jì)算與分析、驗(yàn)證量測(cè)讀值是否有效、作資料儲(chǔ)存管理、以即將測(cè)試結(jié)果顯示在螢?zāi)换蜉敵鲋疗渌苓呇b置。
? 可程式環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生源(Programmable Environment Conditioner，簡(jiǎn)稱PEC)：可程式環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生源用來(lái)產(chǎn)生待測(cè)太陽(yáng)能模組所需之人造環(huán)境測(cè)試源，如照度、溫度、傾斜角與方位角等主要影響太陽(yáng)能模組輸出特性之主要環(huán)境因素，內(nèi)部包含調(diào)光電路、溫度偵測(cè)與控制電路、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)光電路用來(lái)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的模擬日照，溫度偵測(cè)與控制電路根據(jù)所偵測(cè)到的實(shí)際溫度，與所設(shè)定的溫度作一比較，當(dāng)超過(guò)所設(shè)定的溫度時(shí)，則啟動(dòng)風(fēng)扇以進(jìn)行降溫；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路可控制方位角、傾斜角與燈源位置，除了Z軸方向之控制外，亦接受傾斜角、方位角命令來(lái)控制步進(jìn)馬達(dá)，以調(diào)整整個(gè)測(cè)試機(jī)架之傾斜角與方位角，以作追日控制特性量測(cè)。電腦根據(jù)照度計(jì)與熱電偶之感測(cè)讀值，經(jīng)計(jì)算后送出正確測(cè)試命令給PEC，以形成閉回路控制，確?？沙淌江h(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生源之準(zhǔn)確性。
? 各種感測(cè)裝置：有照度計(jì)與熱電偶，用來(lái)感測(cè)光源所產(chǎn)生之照度，以及目前測(cè)試環(huán)境之溫度，感測(cè)裝置為系統(tǒng)可構(gòu)成閉回路控制之重要設(shè)備，其精度愈準(zhǔn)愈可控制量測(cè)準(zhǔn)確度。當(dāng)熱電偶回傳溫度值進(jìn)入電腦后，若超過(guò)所設(shè)定的保護(hù)溫度，電腦即會(huì)下命令透過(guò)資料擷取卡來(lái)控制風(fēng)扇是否開啟，以達(dá)到散熱的效果。照度計(jì)與熱電偶分別透過(guò)RS-232與資料擷取卡與電腦連接，以作即時(shí)照度與溫度感測(cè)顯示。
? 電子負(fù)載(E-Load)：電子負(fù)載作為太陽(yáng)能模組之輸出負(fù)載，透過(guò)GPIB(General Purpose Interface Bus，簡(jiǎn)稱GPIB)通訊介面與電腦連接，利用程式設(shè)定方式，可使自動(dòng)化改變電子負(fù)載之負(fù)荷值，以提供不同負(fù)載給待測(cè)太陽(yáng)能模組，如此便可連續(xù)測(cè)的特性曲線上之不同工作點(diǎn)之電壓與電流。
? 示波器：示波器用來(lái)量測(cè)太陽(yáng)能模組在接不同負(fù)載下之輸出電壓與電流，示波器亦透過(guò)GPIB通訊介面與電腦連接，所量到的值回送回電腦，在做完所有測(cè)試點(diǎn)后，所儲(chǔ)存之讀值數(shù)據(jù)，即可畫出太陽(yáng)能模組之IV特性曲線。所儲(chǔ)存之?dāng)?shù)據(jù)資料，還可做之后不同的分析利用。
? 攝影機(jī)：數(shù)位攝影機(jī)用來(lái)監(jiān)控整個(gè)量測(cè)系統(tǒng)之硬體設(shè)備是否正常運(yùn)作，要是有突發(fā)狀況產(chǎn)生時(shí)，使用者從電腦畫面上即可作緊急處理，以免發(fā)生災(zāi)害；另外若系統(tǒng)作為太陽(yáng)能模組品質(zhì)管控時(shí)，數(shù)位攝影機(jī)透過(guò)網(wǎng)路與電腦連接，可檢測(cè)出瑕疵產(chǎn)品。

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由于近年來(lái)生物科技的備受重視，使得環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要性也開始顯現(xiàn)出來(lái)，而其中，又以生物感測(cè)器的量測(cè)需要將其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做詳盡的討論及分析。所以，微生物行為量測(cè)實(shí)驗(yàn)，成為取得行為條件非常關(guān)鍵的方式，之后便可藉由大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用以進(jìn)行分析以及驗(yàn)證。所以對(duì)于此點(diǎn)，挑選草履蟲來(lái)作為觀察及研究的對(duì)象。由于草履蟲能直接反應(yīng)出自身的感受，并且對(duì)外在環(huán)境所產(chǎn)生的改變能明顯的反應(yīng)出，是個(gè)很好的研究對(duì)象。如此一來(lái)，便可提供觀察者，藉由量測(cè)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析及驗(yàn)證，利用此，以達(dá)到環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)行。
在草履蟲的觀察及量測(cè)方面，日本國(guó)家對(duì)此有著多年的實(shí)驗(yàn)及研究，但其研究所搭配的龐大硬體設(shè)備，如：高速攝影機(jī)、高精密度XY移動(dòng)平臺(tái)、以及電腦周邊配備…等，其高成本，是我們于學(xué)術(shù)研究上無(wú)須去追從的。因此，本研究利用LabVIEW軟體中的功能，針對(duì)草履蟲的活動(dòng)方式，自訂出一套利于辨識(shí)和追蹤的演算法，用以記錄草履蟲的移動(dòng)軌跡及環(huán)境下的移動(dòng)模式。
而系統(tǒng)人機(jī)介面的部份，設(shè)計(jì)包括了背景畫面的顯示視窗、原始影片的顯示視窗、和處理過(guò)程與辨識(shí)的顯示視窗、以及移動(dòng)顯示畫面、軌跡顯示畫面、位置(X , Y)資料呈現(xiàn)、判斷的草履蟲數(shù)量、移動(dòng)速度…等多項(xiàng)結(jié)果呈現(xiàn)。并且藉由和電腦的連結(jié)，能于PC視窗直接呈現(xiàn)軌跡的移動(dòng)并記錄，以提供于研究人員做詳盡的分析?？芍苯咏逵纱罅坑涗浀挠捌胺治觯私猸h(huán)境對(duì)草履蟲的影響，無(wú)須耗費(fèi)人工費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的在顯微鏡下慢慢觀察，且無(wú)法直接記錄其變化，改善了以往所遇到的問(wèn)題。而本研究更加上了模擬顯微鏡XY移動(dòng)平臺(tái)的介面，用以將草履蟲此觀察物鎖定于視窗中心，如同于日本團(tuán)隊(duì)制作的XY平臺(tái)，利用其移動(dòng)以追蹤待測(cè)物，讓研究者能更容易地觀察與記錄。

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CompactRIO 亦可針對(duì)未來(lái)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(cè)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(hào)處理類型的考量要點(diǎn)之一。動(dòng)態(tài)量測(cè)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(dòng)。透過(guò)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間的量測(cè)之后，此解決方案的自動(dòng)診斷與校準(zhǔn)程序，確實(shí)達(dá)到量測(cè)系統(tǒng)所需的穩(wěn)定性。

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使用NI ELVIS 與LabVIEW 建構(gòu)遠(yuǎn)端電子工程實(shí)驗(yàn)課程
概述：透過(guò)Nationals Instruments Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (NI ELVIS)與NI LabVIEW軟體，開發(fā)遠(yuǎn)端電子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程，可即時(shí)附掛所需的電子電路，并針對(duì)顯示與分析作業(yè)而設(shè)定儀器/量測(cè)系統(tǒng)。

遠(yuǎn)距學(xué)習(xí)已經(jīng)成為教育界必要且逐漸普及的教學(xué)方法。成長(zhǎng)迅速的資訊與科技，也促使教育界持續(xù)升級(jí)教學(xué)技巧，以免學(xué)生的學(xué)習(xí)與知識(shí)落于人后。基于時(shí)間與空間的根本限制，大家已經(jīng)越來(lái)越依賴遠(yuǎn)距學(xué)習(xí)。目前的遠(yuǎn)距學(xué)習(xí)主要需整合電腦與通訊，以利使用者能與遠(yuǎn)端資源即時(shí)互動(dòng)。許多教學(xué)機(jī)構(gòu)更已納入遠(yuǎn)距學(xué)習(xí)，作為課程方案的一部份。
工程教學(xué)的主要目的之一，就是要能統(tǒng)合課堂說(shuō)明、實(shí)作實(shí)驗(yàn)、理論知識(shí)，讓學(xué)生獲得完整的工程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。若能以虛擬實(shí)驗(yàn)而達(dá)到遠(yuǎn)距學(xué)習(xí)，則可改善實(shí)驗(yàn)資源難以取得的缺點(diǎn)，并讓越來(lái)越多選課進(jìn)修的學(xué)生補(bǔ)足其欠缺之處。當(dāng)然，理想的情況就是能直接在實(shí)驗(yàn)室中獲得實(shí)作經(jīng)驗(yàn)；但在無(wú)法滿足客觀條件的情況下，我們也期待遠(yuǎn)距學(xué)習(xí)能彌補(bǔ)不足之處。
遠(yuǎn)端與虛擬操作實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不是新的概念，且目前主要可分為2 大類。種就是透過(guò)電腦模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)。如此先建立實(shí)際系統(tǒng)的模型，再使之盡量貼近實(shí)際實(shí)驗(yàn)。第二種就是透過(guò)虛擬儀控，由真正的實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)端操作虛擬實(shí)驗(yàn)。
由目前看來(lái)，第二種虛擬實(shí)驗(yàn)需用到真正的設(shè)備，因此也事先完成接線與設(shè)定。另外，我們幾乎不用變動(dòng)實(shí)體組態(tài)，且使用者的互動(dòng)過(guò)程，主要僅受限于操作實(shí)際系統(tǒng)所必要的「更改控制參數(shù)」或「下載控制程式碼」。透過(guò)操作中的實(shí)際系統(tǒng)，即可傳輸相關(guān)響應(yīng)的圖表或影片，直接顯示于學(xué)生眼前的螢?zāi)?。目前為止，針?duì)遠(yuǎn)端實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際硬體設(shè)定，所產(chǎn)生的虛擬實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告仍舊不多?；趯W(xué)生與實(shí)驗(yàn)室之間的地理位置距離，不得不承認(rèn)實(shí)驗(yàn)本身即存在既有難度。

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視頻測(cè)試解決方案
我們使用具有高數(shù)據(jù)吞吐能力的PXI Express和具有處理能力的NI FlexRIO開發(fā)了FlexMedia VA-01視頻分析儀和FlexMedia VG-01高清視頻發(fā)生器，為自動(dòng)視頻測(cè)試提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)合算的解決方案。FlexMedia V系列視頻測(cè)試模塊可以以超過(guò)20G比特每秒的速率測(cè)試3D和高清電視以及電腦顯示器主板，從而使電子制造商顯著減少測(cè)試時(shí)間，同時(shí)繼續(xù)生產(chǎn)產(chǎn)品。
這套經(jīng)濟(jì)合算的FlexMedia V系列產(chǎn)品適用于高容量視頻生產(chǎn)測(cè)試，為高清和3D屏幕測(cè)試提供了全面、低功耗的理想解決方案。用戶將受益于其人工立、全自動(dòng)測(cè)量，比人工操作快30秒。因?yàn)楫a(chǎn)品是基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PXI平臺(tái)的，故新系統(tǒng)有助于降低輸出制造缺陷，并提供良好的支持和維護(hù)。
FlexMedia V系列產(chǎn)品
VA-01視頻分析儀具有利用高速LVDS信號(hào)采集來(lái)執(zhí)行實(shí)時(shí)的全高清視頻像素和比特誤碼率分析的特點(diǎn)。它可同時(shí)測(cè)試多達(dá)8個(gè)HDTV（包括刷新率為240Hz的1080p視頻和新的刷新率為60Hz的4Kx2K超寬顯示器）和多達(dá)30位色深。除了多個(gè)被測(cè)設(shè)備的并行處理能力和高視頻分辨率，VA-01分析儀還與單槽PXI設(shè)計(jì)相適應(yīng)，工程師也可以使用諸如LabVIEW函數(shù)庫(kù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件集成。
VG-01高清視頻發(fā)生器提供的多復(fù)合、分量視頻生成和數(shù)字接口。VG-01發(fā)生器可以生成高達(dá)30Hz/48位色深的1080p高清視頻或60Hz/36位色深的3D視頻，并支持HEC、ARC、CEC、DDC以及編碼標(biāo)簽比特傳輸。該系統(tǒng)可支持7+1音頻，擁有YPbPr、RGB、RGBS、YC以及CVBS等模擬視頻，和6通道視頻矩陣視頻輸出觸發(fā)器。
結(jié)論
FlexMedia VA-01視頻分析儀和VG-01高清視頻發(fā)生器為自動(dòng)化視頻測(cè)試提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)合算的解決方案。通過(guò)創(chuàng)建基于PXI和NI FlexRIO的產(chǎn)品，我們開發(fā)了一個(gè)解決方案，它可以為用戶提供很高的性能和數(shù)據(jù)吞吐率，而由于利用了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，故其易于支持和維護(hù)。后，我們使用相對(duì)于完全定制解決方案明顯更少的時(shí)間和更小的團(tuán)隊(duì)，完成了這個(gè)視頻測(cè)試產(chǎn)品。