文獻回顧

(二) 強化現行監測視窗無法顯示即時風速與風力之數據歷時圖形。

(三) 以風洞試驗進行兩監測系統數據量測結果比對，用以確立新設系統程 式撰寫是否無誤。

(四) 現行風速/風力監測系統與新設系統構架異同探討:

(1)資料擷取輸入端與數據分析輸出端。

(2)顯示即時風速/風力平均與擾動圖形。

(3)建立三維移動機構圖控介面 (五) 風洞試驗量測

(1)風速剖面:進行地況 B(大城市市郊、小市鎮)之風速量測。

(2)風力量測:以六力平衡儀量測高寬比 7、深寬比 1:1 之矩形模型基 底受力歷時資料。

(六) 兩監測系統量測資料比對

(1)應用訊號產生器以一穩定正弦波當訊號來源，來確認 rawdata 經擷 取後振幅、相位是否是與輸入源一致。

(2)風速/風力同步量測結果數據之相關性。

第三節 文獻回顧

傳統的套裝儀器測試校無法妥善地因應越來越複雜的量測作業，因為 手動量測的限制會產生人為錯誤的風險。把傳統儀器連接至 PC 的虛擬儀 控方法，可提供自動化的資料儲存及分析，節省重複測試時間，可直接 重複執行軟體程式。從插卡式資料擷取硬體、軟體開發工具結合可程式 化硬體到目前以 USB 連結、價格較被接受的客製化量測儀器方案，虛擬 儀控制度演進似乎已逐步完備。但這種演進仍然在持續著，以便能符合 電腦和通訊技術的進步，同時在可用性和可擴充性方面持續進行創新。

在 1970 年以前，工程師通常要倚賴傳統的盒裝儀器，來進行量測測試

第一章 緒論

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機器原型或產品硬體設計。每部儀器包含例如數位萬用電表，信號產生 器，還輯分析儀等等，都有自己的顯示幕、功能、旋鈕和按鈕界面。大 部份的傳統儀器沒有儲存或記錄測量結果的機制，因此測試工程師必須 手動記錄資料。雖然這種互動式的測試方法，對於簡單、非重複性而資 料量少的測試而言，可以運作地相當好，但是當測試計劃變得越來越複 雜，包括許多步驟、儀器或多次重複操作之時，這種方式就顯得比較笨 拙。且由於儀器無法自動記錄或分析資料，因此手動記錄過程就會在資 料中產生人為錯誤的風險。

虛擬儀控（Virtual Instrumentation）於 1970 年代推出，一直到 1980 年 代早期，主要提供把傳統儀器連接至 PC 的方法，在那段時間裡 PC 也漸 漸開始變得普及。此階段虛擬儀控是指工程師可使用 PC 的軟體和硬體

（通常以介面卡為主），將其儀器連接在一個共用的匯流排上，那時由 IEEE 488 標準所定義的匯流排，現在被稱為 GPIB（General Purpose Interface Bus）。這個方法為傳統儀器使用者帶來好處，提供了自動化的 資料儲存及分析，因此可消除人為錯誤的變數。它也節省重複測試的時 間，工程師可直接重複執行軟體程式，而不需要每次重複做同樣的手動 步驟。

一開始，工程師仍然必須為了其想要進行的每一項功能，購買獨立的 盒裝儀器，這些儀器價格昂貴，而且佔用大量的空間。很快地，量測儀 器廠商便意識到：這些儀器有許多部份與本身所連接的 PC 是共通的，包 括顯示器、記憶體以及處理器等等。因此，量測儀器廠商開發出一般用 途的可程式 I／O 介面卡，用來直接插入 PC 內使用，這樣的方式現在被 稱為資料擷取或 DAQ 介面卡以及模組化儀器。插卡式資料擷取硬體的出 現，讓工程師可藉由此一般用途的硬體來進行量測，並藉由 PC 來進行自 訂數學分析，節省成本和空間並將系統自動化。軟體開發工具幫助這些

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工程師建立其虛擬儀器環境，提供一個設定其硬體的程式，執行任何必 要的數學分析，儲存資料，再將測試過程呈現於 PC 螢幕上。利用這種軟 體結合可程式硬體，過去使用眾多儀器和不變測試設定的工程師，現在 可以放下設備的負荷，透過自動化程序簡化複雜的測試。這種方法確實 對於多通道的測試、龐大的資料處理、複雜的數學分析而言很有幫助，

但工程師們對簡單的測試、卻要重新學習如何透過軟體來設定硬體的方 式，產生是否要採用虛擬儀控的遲疑態度

在過去幾年內，虛擬儀控產品立基在彈性和廉價的基礎上，繼續不斷 地發展。量測儀器製造商提出許多改良方案，就連初學者和執行簡單測 試的使用者，都可藉此獲得幫助，得以迅速建立客製化量測儀器方案。

現在的硬體安裝，也可簡化至插上 USB 纜線即可，價格也越來越低。大 眾化價格和簡單的設定模式，讓進行重大投資之前先行試用自動化好處 的客戶，提供極低的試用門檻。

此外，虛擬儀控軟體也改善使用介面，讓常用的作業變得更加容易，

對新使用者或進階使用者均有所幫助。舉例來說，NI LabVIEW 軟體加入 Express VI，也就是透過交談式視窗設定組態，帶領使用者完成各種作 業，例如進行測量、使用快速傅利葉轉換分析頻率資料、或是產生報表 的函數。NI LabVIEW 也包括新式結構，例如共用變數，建立複雜的分散 式量測及控制系統的工程師都可使用，這也增加了在節點之間分享資料 的方便性。因此，虛擬儀控軟體逐漸地演化成為非程式設計師的生產工 具，資料擷取硬體工具組附有立即可用的資料記錄軟體，因此初學者可 以在不需設計程式的情況下，迅速地進行基本測量。此外，諸如 NI Signal Express 之類專門為測試及設計使用者互動為理念的軟體工具，也在最近 出現。

LabVIEW 圖形介面可結合各種資料擷取器(如 NI.DAQ、IEEE-488 等)

第一章 緒論

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及 PC 本身的資料傳輸介面(如 USB)，對儀器作控制或資料的擷取分析，

其程式之撰寫係以圖形物件(Icon)及連線( Connect Wire)來取代一般程式 文字撰寫方式，藉由物件間的連線操作定義程式之執行邏輯程序及功能。

圖形化程式設計 (graphical system design, GSD) 又稱為「視覺化程式設 計」，現在已成為程式設計的發展趨勢與主流，其特點是讓使用者利用 圖形化元素進行程式設計，有別於以往文字條列式的程式呈現方式，其 利用圖塊、 接線與其他的輔助標誌進行圖形上的排列， 讓整體圖形的 呈現具有邏輯性與功能性，如 Visual Basic、Visual C# 及 Visual J# 等，

相較於傳統文字式程式設計語言，讓設計者更容易瞭解程式所組成的功 能與設計概念。

圖形化程式設計發展的歷史可追溯到約 1986 年左右，約為 Apple Ⅱ 的時代，主要代表的產品為國家儀器 (National Instruments, NI) 所開發以 Macintosh (Mac) 為平台的程式語言 LabVIEW 1.0，主要目的是支援亞德 諾半導體 (Analog Devices) 公司的 5B 系列的感測器訊號量測，以及 NI 公司起家之 GPIB 晶片與儀器控制。經過 4 年後，NI 再度推出了 LabVIEW 2.0，其圖形化設計重新改版後，編輯速度加速，但此版本也是架設在 Mac 系統上，而當期的 IBM PC 還處在 DOS 文字編輯的時代。1993 年 NI 推出 LabVIEW 3.0 並開始支 持 Windwos NT 作業系統，也因為接 下來的 20 年左右是 Windwos 作業系統大放異彩的年代，同時也奠定了 LabVIEW 未來快速發展的主因。LabVIEW 4.0 於 1996 年發布，此版本 加入了執行檔編譯器 (application builder)、 DAQ 精靈 (DAQ channel wizard)，步入了真正圖形化程式設計的概念，其可以透過選擇的 方式去 定義目前所要使用到的輸出入介面。 1988 年 LabVIEW 5.0 加入了執行 並結合其他程式語言，如 MATLAB。LabVIEW 6.0 於 2000 年發表，簡 化了訊號量測流程，加入了動態聯結函式庫(dynamic link library, DLL) 的

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檔案格式輸出。2003 年所發表的 LabVIEW 7.0 express，新增了創新的互 動式 express VI，讓使用者可以透過簡單的設定即產生繁複的程式碼，並 開始支援 FPGA、Palm OS 及 Pocket PC 等作業平台。 2005 年的 LabVIEW 8.0 使用程式專案的概念 來整合不同程式，讓使用者在龐大的 程式中更容易妥善管理。2009 年 LabVIEW 2009 開始改以西元年做為 其版本號，也開始支援 64 位元 的作業系統與 Windwos 7。直到 2011 年推出的 LabVIEW 2011，整合許多程式的資源與提供更多高效能的函 式，完整地提供使用者各方面的需求。

除了 NI 所推出的 LabVIEW 圖形化設計軟體，另一前身為 HP 惠普 的 儀 器 大 廠 安 捷 倫 科 技 (Agilent Technologies) 也 推 出 VEE (visual engineering environment) 軟體。1991 年 Agilent 推出第一代圖形化設計軟 體 VEE，目的是透過圖形化設計的方式控制其所發展的量測儀器，而到 1993 年推出的 VEE 2.2 版，開始全面支援 Windows 作業系統。2000 年 VEE 6 開始支援 MATLAB 等語法，並從 HP 轉換至 Agilent。2005 年的 VEE 7.5 開始支持 NI 的 PXI 與 PCI 產品，直到 2011 年推出的 VEE 9.3 版已可支持 Windows 7 作業系統、多核程式設計、多執行緒等多項功能，

並逐漸發展成熟。

依文獻[1]所述在虛擬儀控軟體的開發上，工業界所用的工具中以 LABview 占 32%、Microsoft Visual Basic(VB)占 13%、Visual C++占 10%、

Matlab 占 4%及 LabWINDOWS/CVI 占 4%。由此可知 LabVIEW 虛擬軟 體在工業用上的市占率頗高；加上現行風雨風洞實驗室之門窗及帷幕牆 風雨試驗所用以操控之介面(圖 1-1 與圖 1-2)係以 LabVIEW 撰寫而成，為 能兼顧後續整體監測系統之相容性，故本案採用 LabVIEW 來撰寫建築風 力測試之監控界面。

第一章 緒論

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圖1-1 門窗風雨試驗之操控界面 (資料來源:本研究)

圖1-2 帷幕牆風雨試驗之操控界面 (資料來源:本研究)

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