1
行政院國家科學發展委員會專題研究計劃畫成果報告
感測轉換暨資料擷取系統處理教材及教具研製(Ⅱ)
The Development of Sensor -based Data Acquisition & Pr ocessing
System for Education Labor ator y Envir onments(Ⅱ)
計劃編號： NSC 89-2511-S151-007 執行期限： 89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日 主 持 人： 謝勝治 講 師 國立高雄應用科技大學電機系 共同主持人： 王冠智 副教授 國立高雄應用科技大學電機系 共同主持人： 蔡繁仁 副教授 國立高雄應用科技大學電機系 一、 中文摘要： 在講求自動化的今日,微電腦代替傳 統的手動以控制電子裝置與設備之工作, 而感測器之加入,更可使微電腦具有感官 之能力,但它需再配合電腦之軟體硬體以 做大量資料擷取、儲存、高速運算處理與 遠端傳輸,及利用自動化動態量測圖控,才 可使系統在無人監控下,快速且正常的運 作。在此過程中圖控式程式語言和資料擷 取介面以及量測儀器連接的熟悉扮演著人 機介面，舉足輕重的重要角色，由於它的 存在才能將實際的感測電路訊號輸出/入 電腦以做處理和運用。 因此本計畫以 N.I 的圖控式語言為藍 本，完成了下列的實習教材及教具： (一)迴圈函數 (二)陣列及圖表函數 (三)Case 和 Sequence 函數
(四)字串和檔案(String & File)函數 (五)資料擷取(DAQ)函數 (六)GPIB 介面函數 (七)RS-232C 介面函數 (八)信號處理函數 關鍵詞： 圖控人機介面
Abstracts
Microcomputer control methodology has overwhelmingly replaced the con-ventional manually controlled one. Mic- rocomputer also possesses the sensory function due to the inclusions of sensory devices. By incorporating the soft-tware/hardware elements, microcomputer can conduct high-speed data retrieving/storing and remote transmission. The entire micr-ocomputer system will become autonomous provided that certain automated GUI (Graphic-User-Interface) software is emp-loyed. The most crucial part in the system is the GUI software, data acquisition interface, and the interconnection of sub-systems.
This project utilizes the LabVIEW (from National Instrument) software as the building blocks for the interconnections of each subsystem, and it constructs the following training kits and manuals,
(1) Looping function
2
(3) Case and Sequence functions (4) String and Files function (5) Data acquisition functions (6) GPIB interface function (7) RS-232 interface function (8) Signal processing function. Keyword : Graphic-User-Interface(GUI) 二、 緣由與目的： 為了銜接第一年工作進度，本階段將 致力於圖控軟體與實際訊號的連接使用及 教材的編寫，其中有關圖控體軟的選擇牽 涉了和感測訊號連結介面，以及爾後訊號 處理的能力，人機介面軟體的方便性和自 動量測的能力等問題，而目前符合這方面 且較有名並廣受產業界喜愛的軟體有 HP 的 VEE 及 N.I 的 LabVIEW，同時它們均有 免費的學生版軟體，在教育推廣及投資上 也 較 為 划 算 ， 而 本 計 畫 選 擇 了 N.I 的 LabVIEW。(它的適用範圍較廣，且因 N.I 和本校有建教合作的關係，提供了 50 套免 費專業版圖控軟體和 10 套 GPIB、RS-232C 介面及模擬器) 本研究計劃的目的為: 1. 圖控軟體的熟悉：此部分就得按部就班 從最基礎的地方開始反覆操作直到熟練 為止，它的困難處在於須有程式軟體基 礎及有教材的引導，解決之道必須以初 學者的心態去撰寫教材，引導初學者入 門，此部分本計畫可以做得到，並且可 以提供子計畫三(MATLAB)、子計畫四 (Control)及子計畫五(信號處理)模擬兼 實做用。 2. 實際訊號的連接：將感測到的訊號連接 到 LabVIEW 的系統，藉 A/D，D/A， RS-232C，GPIB 介面，使學生了解介面 的重要性，並熟悉國際上一些知名的標 準介面，進而踏入國際化的領域.。並利 用圖控軟體使學生熟悉了一些像統計， 回歸分析，線性代數，訊號處理演算法 則，時域、頻域演算法則及數位濾波器 等數學函數的使用，接著將它們應用在 實際的系統裡，以達到產學合一的務實 目標。 3. 對社會人士或產業界工程師提供了一完 整的訓練教材，並透過推廣方式代為培 訓，以造福人群及社會。 4. 編寫感測轉換暨資料擷取系統實習和課 程所需的教材,以支援學生上課以及產 業界人士參考用。 此計畫的完成可以訓練學生對人機圖 控軟、硬體的認識，進而進入研發人機介 面軟、硬的設計領域。 三、 結果與討論 本研究計畫設立的感測轉換暨資料擷 取處理的硬體架構，已於計畫第一年完 成。有關電腦內部的軟體及介面為本次計 畫，它包含了各種輸出/入的人機介面軟 體，對訊號分析、處理的各式庫存程式庫， 可視需要再自行設計或部份增購。本計畫 擬分三階段以三年的時間來執行。 第二階段（第二年完成了）： 1.為了讓學生瞭解一般程式軟體轉換成圖 控軟體的圖像之關連性，因此包含了： (一)迴圈函數 (二)陣列及圖表函數 (三)Case 和 Sequence 函數 (四)字串和檔案函數 (五)資料擷取(DAQ)函數 (六)GPIB 介面函數 (七)RS-232C 介面函數 (八)信號處理函數 2.實際訊號的連結：其選擇方式有(1)直接 經 DAQ 卡(2)經 RS-232C(3)由儀表量測 經 GPIB 介面卡；其中以方式(1)最為方
3 便，但必須另行購買 DAQ 卡，但值得， 而 方 式 (2) 亦 不 錯 ， 因 一 般 PC 均 有 RS-232C Ports，但缺點在於須在訊號輸 入處另設計一 RS-232C 介面，此部分可 由單晶片微型電腦來完成，方式(3)須有 GPIB 介面的專業知識及 GPIB 介面儀器 才行，而產業界又極其欠缺此方面的人 才，因此藉此機會加強這方面的人才訓練 正是時候，其最大的困難在於必須加開課 程，最好指名為實務等方面的內容，但為 了培育學生的實務能力，這部份建議必須 做。 3.在此階段可做一訊號處理(DSP)的模擬及 一些自動控制理論的分析。(因它可以和 MATLAB 合用)。 4.教材的編寫：依程度由淺入深的方式並以 實例經測試後才編入教材。 5.本階段完成後，子計畫三、四、五即可模 擬兼實做使用和測試，因而多了一個另類 的方法。 成果: 1.充實學校電機系館相關實驗室設備 及提供系統整合實作與應用的實習課 程,增加學生對人機圖控介面研發的 經驗,藉由本研究計畫的完成,可成為 電機系儀控組的特色之一。 2.由規畫建立感測轉換人機圖控介面 研發的經驗,可推廣到各系所及產業 界,以降低產業界研發的成本。 3.資料擷取與處理可推廣到各系所及 產業界,以做為系統整合的參改。 4.提供產業界在職社會人士的訓練課 程參考,幫助培育專門技術人才,並可 進一步與產業界合作進行技術交流, 以提升工業界在這方面的應用能力。 四、 參考文獻 1. 姜建國”訊號與系統分析處理”全華圖 書，1995 2. 林宸生”數位訊號處理實務入門”，高立 圖書，1995 3. 謝勝治”自動量測系統-IEEE-488”，全華 圖書，1997 4. 邱創乾”資料擷取系統實務”，力治公 司，1997 5. 林踐”LabVIEW 入門手冊”，凡異出版 社，1998 6. 蕭 子 健 ”LabVIEW 基 礎 篇 ” 高 立 圖 書,1998 7. 王智昱”LabVIEW 進階篇，高立圖書， 1999” 8. 周森益”LabVIEW 分析篇”，高立圖書， 2000 9. 謝勝治”圖控式程式語言-LabVIEW”， 全華圖書，2001
10. “LabVIEW Basic Course Manual”，N.I 11. “IEEE 488.2 GPIB Course Manual ”，N.I 12. “LabVIEW GPIB”，N.I
13. “LabVIEW Signal Processing”，N.I 14. OPPEN SCHAFER ”Discrete-time
Signal Processing”
15. 林祥輝”空調機監測程式開發”，工研院 16. 陳志隆”溫度變化下半導體雷射複雜輸
出形狀之研究”，成大物理
17. 許志宇”A Position Control and Vibration Measurement system Performed by LabVIEW-Base Data Acquistion”，工研 院
18. 蕭文欣”Developing a LabVIEW Based Award Winning Ultra-High Precision Interferometer”，台大應力所
19. 林 啟 萬 ”General Protocol on Vitual Melical Instrument-The Application of Non0Invastive Blood Glucose Mon-itoring”，台大醫學研究中心
4
of Autoclaves Using LabVIEW”，高科 技學院
21. 邱 創 乾 ”The Data Acquistion and Analysis for Speech Signal ”，逢甲大學 22. Y.Zhon ”Implemention of a Networked
Virtual Nuclear Magnetic Resonance” Department of Electrical Engineering， Lamar Unuverstiy，1997
23. Leo Van Der Schunr “A LabVIEW Based Cure Temperature Control System for Composites Processing”，University of Connecticut，Storrs，Connecticut，1997 24. Vincent Wilzynski ”A Virtual Instr-umentation Based Engineering Expe-rimentation Course” ， United Stated Coast Guard Acadmy New London ， Connecticut，1997
25. Dr. James Burns ”The use of Virtual Inst-rumentiation in Agile Manufacturing”， Department of Mechanical Engineering San Diego State University，1997
26. A Bruce Buckman ”A Introductory Ele-trical Engineering Laboratory Based on Virtual Instrumentation ”University of Texas at Austim，1997
27. Kevin W. Wenzel ”Application of Virtual Instrumentation in Nuclear Engineering”， MIT Department of Nuclear Engineering
Cambridge，MA 02139 U.S.A 1997 28. Burry E.Paton “LaBVIEW Puts a New
Spin on Teaching Dgital Electronics” Dalhousie University Halifax ， Nova Sctia，Canada 1997
29. Michael F. Vineyard “Virtual Instr-umentation a cross the Undergratute Physics Curriculum” ， University of Richmond
30. G..Kaltemborn ”Virtual Instruments create and control Virtual Values”
Martin–Luther–University Halle –Wittenberg
31. Yair Manor ”Dynamic synapse simulator for studying heuronal circuitry using Lab Windows/CVI Brandeis University， Waltham，MA02554
32. Manish Sinha ”Control station software for process Control System Analysis， Tuning and Training” University of Connecticut， storrs
33. S.G halogrianitis “Implementation of Full Tensor Optical Rheometry using Virtual nstrumentation” University of Massachusetts A mhersst
