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龍華科大電機系使用NI LabVIEW和PXI架構自動化量測系統用於遠端教學網頁平台

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自動化量測系統之實體架構照片

Author(s):
王 順忠 - 龍華科技大學 電機研究所
廖 瑋星 - 龍華科技大學 電機研究所
涂 政良 - 龍華科技大學 電機研究所
王 鴻諭 - 龍華科技大學 電機研究所
楊 嘉仁 - 龍華科技大學 電機研究所

Industry:
University/Education

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
現今傳統的實習教學是一個班級有40至50個學員，由一位老師教授課程，在課程中講解完電路的動作原理後，發放實驗材料給學員親手做電路的焊接與量測。但這樣無法降低實習的成本、教學的時間也不夠彈性。

The Solution:
所建置的虛擬實驗室包含著教授基本課程的理論，並利用LabVIEW建立的人機介面來操作遠端用GPIB連接的儀器；我們切換量測待測物的方式是使用PXI的Switches來做切換的動作，達到只要透過網路就能遠端操作待測物的選定；最後將所量測到的訊號透過GPIB傳回電腦做運算、分析及儲存。

"使用PXI系統後不論是硬體所占空間或者是軟體的撰寫都得到相當大的彈性空間，並縮短設計者的建置時程，對於空間有限的實驗室，PXI系統實屬優選，且Switches能讓示波器量測回的訊號穩定精確的傳回電腦中做分析與運算。"

本文榮獲2007第六屆虛擬儀控徵文比賽學術組佳作

欲研究之問題及目的

           現今傳統的實習教學是一個班級有40至50個學員，由一位老師教授課程，在課程中講解完電路的動作原理後，發放實驗材料給學員親手做電路的焊接與量測。但這樣無法降低實習的成本、教學的時間也不夠彈性，我們建置一網路虛擬實驗室以縮短教學時程並提高學員的學習興趣。

 

研究方法/應用方案

           所建置的虛擬實驗室包含著教授基本課程的理論，並利用LabVIEW建立的人機介面來操作遠端用GPIB連接的儀器；我們切換量測待測物的方式是使用PXI的Switches來做切換的動作，達到只要透過網路就能遠端操作待測物的選定；最後將所量測到的訊號透過GPIB傳回電腦做運算、分析及儲存。

 

研究/實驗架構

如圖一流程圖所示，在輸入吾人所建的教學網站網址後進入首頁，可在最新消息裡直接瀏覽網站內的近期更新與加入的實驗課程，然後，透過線上教學內容可反覆閱讀電力電子學門的專業知識來加深所學知識基礎；之後使用遠端實驗室操作伺服端的儀器來進行實驗，進入遠端實驗室前要先到資訊區的實驗內容注意事項裡下載LVRunTimeENG，此程式是避免沒有LabVIEW主程式的學習者無法開啟吾人所設計的人機介面，下載完成後並安裝在使用者端的電腦裡。安裝完畢操作者就能夠開啟遠端伺服器的人機介面；下一步驟就是到教學區的個人實驗室點選學習者所要做的實驗，進入人機介面前會先出現一個使用教學畫面，此頁面會說明人機介面各操作鈕的作用與參數代表的意義，學習者在瀏覽完人機介面說明後，可開始操作人機介面；開啟所選的人機介面後必須要按右鍵取得主控權(Request Control of VI)，取得主控權後才可在人機介面裡調整參數、操作遠端儀器，切換所要量測的待測點，最後按執行鍵就開始量測，並進行資料的運算分析與儲存；在量測完成後便可將儲存在電腦裡的實驗數據製作成報告呈交給指導老師。

 

研究/應用介紹

           圖為自動化量測系統，以電腦為基礎，透過與PXI機箱的溝通去控制Switches裝置來切換待測物，在此教學網頁吾人將以電力電子電路設計之實驗項目做系統的呈現。

           吾人利用可程式邏輯控制器PLC、機械式切換繼電器RAS-1210、與電晶體C9013組成切換電路。主要功能為讓電路的量測不受限於示波器的通道多寡，讓LabVIEW的人機介面可做多通道的切換，如此便能不需用手去更改量測的探棒位置。 

個人電腦的人機介面透過RS-232控制PLC再由PLC去觸發C9013電晶體導通控制訊號，將外加12伏特的線圈電壓依照導通訊號去激勵繼電器，讓繼電器切換到所要量測的量測點。

利用PXI的Switches裝置來代替PLC為主的切換方式，PXI體積小、用插卡的方式可有效的增加切換量測通道，在程式的撰寫上也比使用PLC更為方便，圖四為使用LabVIEW所撰寫之人機介面，讓使用者可以透過此人機介面在家中操作遠端實驗室的儀器進而量測所選的待測物。

 

結論與建議

現代教學方式多樣化，有何種訓練方式才能讓練習者能夠在自己家中就能反覆練習，而不需出門或是和其他學員擠著幾台儀器做實驗。本文提出利用網際網路來進行人員的訓練課程是可以有效降低成本與時間的，吾人所建構之遠端虛擬實驗室，可讓排定的使用者選擇所要做的實驗，在課程中使用的人機介面只要輸入幾個簡單、必要的參數，就能得到吾人所需量測之結果。結束實驗後也可在吾人所製作之教學網頁的教學區與其理論結果做對照，讓學習者更加深學習的印象、提升學習效果。

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For more information on this Case Study, contact:
王 順忠
龍華科技大學 電機研究所
Tel: (02)82093211
wangsc@mail.lhu.edu.tw

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