臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要研究目的是由圖形語言LabVIEW做為開發之工具，建置一套具備人機介面之感測訊號量測平台。本文中採用不同的感測器來量測自然界的物理訊號藉由外部電路將感測訊號放大、濾波、比較等方式，使物理訊號轉換成電壓訊號，再透過資料擷取卡（DAQ）轉換成數位訊號，並傳輸至後端電腦內。
本文在感測器虛擬量測平台之人機介面的設計上，除了提供基本的儲存、列印、讀取功能外，每種感測器都會對應其相關的人機面板，讓使用者可以輕易判讀面板上物理量資訊，此外，透過先前量測的資料，使用者透過模擬功能下，可還原當時感測器動作的情形。
在系統中，本文採用USB-6009通訊介面，利用USB傳輸能即插即用、容易擴充的優點，做為電腦與外部電路的資料傳輸。在多次的實際功能測試後，最終驗證了所設計的感測器虛擬量測平台在低成本、可程式化、功能多元於自動量測技術應用上具備顯著的優勢。

The main purpose of the study is to adopt graphical language LabVIEW as a development instrument, establishing a whole set of sensor signal measurement platform with human machine interface. Different sensors are adopted in the study to measure physical signals of nature by enlarging, filtering and comparing sensor signals through external circuit. Afterwards, the sensors transform physical signals into voltage signals, then digital signals with DAQ and eventually transmit the signals into the back computer.
In the design of human machine interface of sensor virtual measurement platform, the study offers basic functions of saving, printing and reading. Each type of sensor corresponds to the relevant human machine panel and allows users to have easy access to the physical data on the panel. Besides, users could return the sensor action to the original one through simulated function via the previously measured data.
In the system, the study adopts USB-6009 telecommunication interface. The advantages of USB transmission include instant access and multiple input between the computer and external circuit. After multiple tests on its functions, the study eventually proves that the designed sensor virtual measurement platform has remarkable advantages in the application of automatic measurement technology with low cost, programmable advantage, and expansible functions.

摘 要 I
Abstract III
謝 誌 V
目 錄 VII
圖目錄 IX
表目錄 XVII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究步驟 3
1.4 研究範圍與限制 5
1.5 名詞解釋 6
第二章 應用理論 11
2.1 虛擬儀器介紹 11
2.2 人機介面設計 13
2.3 感測器動作原理 14
2.4 量測技術於產業中之應用 39
第三章 系統架構 41
3.1 外部電路硬體架構 42
3.2 感測訊號量測平台架構 47
3.3 虛擬量測平台程式架構 50
第四章 技術建立與實現 55
4.1 外部硬體電路實現 55
4.2 虛擬感測器量測平台主程式實現 65
4.3 實際量測結果 94
第五章 結論與未來展望 105
5.1 結論 105
5.2 未來展望 107
參考文獻 109
附錄一 壓力單位轉換 113


圖目錄
圖1-1 本論文之流程步驟 4
圖1-2 感測系統之結構 7
圖2-1 LabVIEW 不同通訊介面應用 12
圖2-2 溫度不同紅外線波長的差異 16
圖2-3 人體檢知的方法 16
圖2-4 導線長度與電阻之關係 18
圖2-5 應變計之型式 19
圖2-6 橋式電路應變計 20
圖2-7 AD590 特性曲線 21
圖2-8 AD590 基本電路 22
圖2-9 鉑、銅、鎳三種金屬之「溫度—電阻」特性曲線圖 23
圖2-10 RTD 連接方法 23
圖2-11 RTD 基本電路 24
圖2-12 三線式RTD 惠斯登電路 24
圖2-13 光伏打電池結構 27
圖2-14 光伏打電池之V-I 特性曲線 28
圖2-15 入射光與輸出訊號之關係 28
圖2-16 V-I 轉換電路 29
圖2-17 電壓至頻率轉換器 30
圖2-18 頻率至電壓轉換器 31
圖2-19 氣壓感測器的等值電路 33
圖2-20 氣壓感測器的輸出特性 33
圖2-21 有溫度補償的氣壓感測器的等值電路 33
圖2-22 等效電路及外觀 33
圖2-23 LVDT 之構造圖與截面圖 34
圖2-24 電壓與位移方向關係圖 35
圖2-25 電位計圖解圖 37
圖2-26 可變電阻器類別上之分類 37
圖2-27 多旋轉型繞線可變電阻器之構造 37
圖2-28 霍爾元件的原理 39
圖2-29 電流檢出方法 39
圖3-1 感測器虛擬量測平台系統架構圖 41
圖3-2 焦耳式紅外線硬體電路方塊圖 42
圖3-3 重量感測硬體電路方塊圖 42
圖3-4 AD590 硬體電路方塊圖 43
圖3-5 PT100 硬體電路方塊圖 43
圖3-6 濕度感測硬體電路方塊圖 44
圖3-7 光伏打電池硬體電路方塊圖 44
圖3-8 V/F 硬體電路方塊圖 45
圖3-9 F/V 硬體電路方塊圖 45
圖3-10 氣壓感測硬體電路方塊圖 45
圖3-11 LDVT 硬體電路方塊圖 45
圖3-12 旋轉角度感測硬體電路方塊圖 46
圖3-13 霍爾電流感測硬體電路方塊圖 46
圖3-14 USB-6009 外觀 47
圖3-15 DAQ 卡通道設定 49
圖3-16 虛擬量測平台之功能 51
圖3-17 虛擬量測平台主程式之架構圖 52
圖3-18 主程式架構第一層之樹狀圖 53
圖4-1 焦耳式紅外線電路圖 55
圖4-2 重量感測電路圖 56
圖4-3 AD590 電路圖 57
圖4-4 PT100 電路圖 57
圖4-5 濕度感測電路圖 58
圖4-6 光照度感測電路圖 59
圖4-7 電壓轉頻率之電路圖 60
圖4-8 頻率轉電壓之電路圖 60
圖4-9 氣壓感測電路圖 61
圖4-10 LDVT 之電路圖 62
圖4-11 旋轉角度量測之電路圖 63
圖4-12 霍爾電流量測之電路圖 63
圖4-13 虛擬感測器量測平台之人機介面 65
圖4-14 虛擬感測器量測平台程式架構之標號圖 67
圖4-15 初始化與清除暫存檔 68
圖4-16 感測器選擇之BLOCK DIARGAM 68
圖4-17 波形調整之BLOCK DIARGAM 69
圖4-18 不同情形下參數設定之BLOCK DIARGAM 70
圖4-19 Enabled State 設定之示意圖 71
圖4-20 擷取功能之架構圖 72
圖4-21 三階5Hz 低通濾波前後比較圖 72
圖4-22 擷取功能之BLOCK DIARGAM 72
圖4-23 儲存功能之BLOCK DIARGAM 73
圖4-24 讀取檔案各欄位之意義 74
圖4-25 讀取功能之BLOCK DIARGAM 74
圖4-26 人機介面之模擬面板 75
圖4-27 模擬功能之架構圖 75
圖4-28 模擬介面之BLOCK DIARGAM 75
圖4-29 Print Graph.vi 設定 76
圖4-30 列印功能之BLOCK DIARGAM 76
圖4-31 紅外線感測之Front Panel 77
圖4-32 紅外線感測之BLOCK DIARGAM 77
圖4-33 upup.vi 之BLOCK DIARGAM 78
圖4-34 重量感測之Front Panel 79
圖4-35 重量感測之BLOCK DIARGAM 79
圖4-36 value show.vi 之BLOCK DIARGAM 80
圖4-37 value to BCD.vi 之BLOCK DIARGAM 80
圖4-38 AD590 溫度感測之Front Panel 81
圖4-39 AD590 溫度感測之BLOCK DIARGAM 82
圖4-40 color to LED 之BLOCK DIARGAM 82
圖4-41 PT100 溫度感測之Front Panel 83
圖4-42 PT100 溫度感測之BLOCK DIARGAM 83
圖4-43 濕度感測之Front Panel 84
圖4-44 濕度感測之BLOCK DIARGAM 84
圖4-45 光照度感測之Front Panel 85
圖4-46 光照度感測之BLOCK DIARGAM 85
圖4-47 電壓頻率轉換之Front Panel 87
圖4-48 電壓頻率轉換之BLOCK DIARGAM 87
圖4-49 氣壓感測之Front Panel 88
圖4-50 氣壓感測之BLOCK DIARGAM 88
圖4-51 位移量感測之Front Panel 90
圖4-52 位移量感測之BLOCK DIARGAM 90
圖4-53 數值分離之BLOCK DIARGAM 91
圖4-54 旋轉角度感測之Front Panel 92
圖4-55 旋轉角度感測之BLOCK DIARGAM 92
圖4-56 霍爾電流感測之Front Panel 93
圖4-57 霍爾電流感測之BLOCK DIARGAM 93
圖4-58 人機介面初始畫面 94
圖4-59 通過人數超過上限值（紅燈亮起） 95
圖4-60 遙控器重量量測結果 95
圖4-61 AD590 溫度之量測結果（低於下限值） 96
圖4-62 溫度之量測結果（高於上限值） 96
圖4-63 PT100 所量測到的室內溫度 97
圖4-64 濕度感測所量測到的室內濕度 98
圖4-65 鹵素燈於30 公分處照射時 98
圖4-66 輸入電壓1V 之量測結果 99
圖4-67 輸入頻率1kHz 之量測結果 100
圖4-68 氣壓感測之量測結果（200mmHg） 100
圖4-69 位移量向右位移1mm 101
圖4-70 旋轉角度之量測結果 102
圖4-71 霍爾電流輸入之量測結果（2.5A 以下） 102
圖4-72 霍爾電流輸入之量測結果（2.5A 以上） 103
圖4-73 AD590 模擬介面之初始畫面 104
圖4-74 AD590 之模擬畫面 104


表目錄
表2-1 虛擬儀器與傳統儀器之比較 12
表2-2 紅外線熱型、量子型比較 15
表2-3 光照度單位互換表 29
表2-4 感測器應用範例 40
表3-1 DAQ 卡規格表 48
表3-2 USB-6009 之外部接點 48
表3-3 主要子VI 功能說明 53
表4-1 SY-03 特性表 64
表4-2 不同情況下之參數狀態表 70
表4-3 upup.vi 之狀態表 78
表4-4 V/F 之輸出入結果比較 99
表4-5 F/V 之輸出入結果比較 99
表4-6 位移量量測結果與實際值比較 101
表4-7 旋轉角度量測結果與實際值比較 101
表4-8 霍爾電流量測結果與實際值比較 102
表4-9 各感測器之量測範圍 103

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