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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)生源用來產(chǎn)生待測(cè)太陽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，若超過所設(shè)定的保護(hù)溫度，電腦即會(huì)下命令透過資料擷取卡來控制風(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)載作為太陽能模組之輸出負(fù)載，透過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：示波器用來量測(cè)太陽能模組在接不同負(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)作為太陽能模組品質(zhì)管控時(shí)，數(shù)位攝影機(jī)透過網(wǎng)路與電腦連接，可檢測(cè)出瑕疵產(chǎn)品。

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測(cè)試機(jī)架與待測(cè)太陽能電池模組：本測(cè)試機(jī)架為根據(jù)太陽能電池模板之尺寸特別訂作，可作三軸控制，包含光源高度、太陽能模組傾斜角、與方位角，電腦經(jīng)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生所要控制之脈波，即可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)，根據(jù)步進(jìn)角很容易就可計(jì)算出所要送之脈波數(shù)，本系統(tǒng)利用資料擷取卡(DAQ)之?dāng)?shù)位I/O埠，來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)之脈波訊號(hào)。

圖一系統(tǒng)硬體架構(gòu)圖
圖二所示為本套系統(tǒng)之操作流程圖，系統(tǒng)開機(jī)后會(huì)先作初始化與自我檢測(cè)，為求量測(cè)資料之可靠度與準(zhǔn)確性，需等到系統(tǒng)內(nèi)所有儀器設(shè)備皆正常后，才允許進(jìn)入?yún)?shù)量測(cè)鑒別程序。系統(tǒng)正常后接下來為在人機(jī)界面上設(shè)定測(cè)試程序，包含幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)之設(shè)定，測(cè)試點(diǎn)多寡會(huì)影響整個(gè)測(cè)試時(shí)間，不同特性曲線量測(cè)設(shè)定，主要有兩類：IV特性曲線、PV特性曲線，接著是所要測(cè)試之環(huán)境條件設(shè)定，包含照度、溫度與角度之設(shè)定。測(cè)試程序設(shè)定好后，可程式環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生源就會(huì)根據(jù)命令產(chǎn)生所要的測(cè)試源，若所產(chǎn)生之測(cè)試源是不正確的，需重新作計(jì)算再一次作修正到測(cè)試源準(zhǔn)確為止，短暫延遲使太陽能電池模組輸出響應(yīng)穩(wěn)定后，接著就可一點(diǎn)一點(diǎn)的量測(cè)輸出電壓與電流，后就可畫出該設(shè)定照度、角度、溫度下之IV特性曲線，并在人機(jī)界面上作顯示或儲(chǔ)存列印。

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本系統(tǒng)以圖控程式LabVIEW所設(shè)計(jì)的，主要可以分為三個(gè)主要的人機(jī)介面，分別為系統(tǒng)設(shè)定頁面、系統(tǒng)測(cè)量頁面與系統(tǒng)讀取頁面，使用者可以透過在系統(tǒng)上方中間的三個(gè)按鈕，即可切換不同的頁面。在系統(tǒng)設(shè)定頁面部分，包含了系統(tǒng)時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)畫面、儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)資料相關(guān)設(shè)定、環(huán)境產(chǎn)生源相關(guān)設(shè)定與所使用儀器的相關(guān)通訊設(shè)定；而在系統(tǒng)測(cè)量頁面，包含了可輸入待測(cè)模組型號(hào)與相關(guān)資料、量測(cè)系統(tǒng)相關(guān)環(huán)境參數(shù)與量測(cè)結(jié)果及相關(guān)計(jì)算數(shù)值的呈現(xiàn)；后使用者可在系統(tǒng)讀取頁面，將所儲(chǔ)存的實(shí)驗(yàn)資料，直接讀取顯示在螢?zāi)簧希恍柚匦略僮鲆淮螌?shí)驗(yàn)。此系統(tǒng)采用視覺化的人機(jī)介面，可使操作人員方便清楚的了解系統(tǒng)中之各種功能，而快速輕易的熟悉系統(tǒng)操作。以下針對(duì)各個(gè)人機(jī)介面做一介紹：
1. 系統(tǒng)設(shè)定頁面
圖三為本系統(tǒng)之設(shè)定頁面，在此人機(jī)介面中包含系統(tǒng)時(shí)間顯示、選擇測(cè)量資料儲(chǔ)存方式與路徑、設(shè)定并顯示現(xiàn)場(chǎng)畫面、方位角與入射角的調(diào)整、光源位置高低調(diào)整、照度計(jì)通訊協(xié)定設(shè)定與光源調(diào)整參數(shù)設(shè)定。

圖三系統(tǒng)設(shè)定頁面
2. 系統(tǒng)測(cè)量頁面
圖四為本系統(tǒng)之測(cè)量頁面，在此人機(jī)介面中包含LeCroy LT342示波器測(cè)量值顯示、系統(tǒng)環(huán)境條件、太陽能模組溫度監(jiān)控與保護(hù)、所待測(cè)太陽能模組型號(hào)與尺寸大小的輸入、PRODIGIT 3254高功率交直流電子負(fù)載設(shè)定與操控、顯示實(shí)驗(yàn)所測(cè)量之模組相關(guān)特性曲線與計(jì)算后之相關(guān)特性參數(shù)。

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使用NI CompactRIO、labview 建構(gòu)且完整的結(jié)構(gòu)監(jiān)控作業(yè)
概述：使用NI CompactRIO平臺(tái)開發(fā)感測(cè)器網(wǎng)路，于重要的建物結(jié)構(gòu)點(diǎn)布署分散式擷取作業(yè)與資料儲(chǔ)存功能。

義大利米蘭的梅雅薩球場(chǎng)(Meazza Stadium)，亦稱為圣西羅(San Siro) 球場(chǎng)，近年來面臨大型建物的常見問題，即包含由人們使用設(shè)施時(shí)所產(chǎn)生的建物壓力；如合唱團(tuán)、足球比賽，或搖滾音樂會(huì)。.針對(duì)Meazza Stadium 進(jìn)行完整研究，并設(shè)計(jì)創(chuàng)新的監(jiān)控系統(tǒng)，以量測(cè)建物結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、了解金屬零件的腐蝕情形，并勾勒出其他實(shí)體參數(shù)。更重要的1 點(diǎn)，系統(tǒng)能夠承受球場(chǎng)環(huán)境的高機(jī)械性、高溫，與高電磁波特性。
米蘭的梅雅薩球場(chǎng)興建于1925 年，并于1950 年代期間擴(kuò)建第二層外圍。目前的第三層外圍完成于1980 年代晚期，為了容納1990 年的足球賽達(dá)80,000 名球迷。球場(chǎng)本為足球比賽而興建，但于1980 年代晚期開始，更開放予如演唱會(huì)的非運(yùn)動(dòng)性活動(dòng)使用。
在偶然的情況下，音樂會(huì)與足球比賽的振動(dòng)情形受到注意。由于數(shù)以千計(jì)的熱情樂迷，均會(huì)跟著音樂旋律隨之跳動(dòng)，從而造成大規(guī)模的振動(dòng)壓力。國(guó)立米蘭工業(yè)科技大學(xué)針對(duì)結(jié)構(gòu)評(píng)估、模型分析、動(dòng)態(tài)/靜態(tài)量測(cè)，與建物材料的腐蝕情況，著手研究球場(chǎng)的整體堪用狀態(tài)。在個(gè)階段中，團(tuán)隊(duì)以完整的實(shí)驗(yàn)方案勾勒球場(chǎng)特征與物理現(xiàn)象，有系統(tǒng)的評(píng)估相關(guān)問題。且測(cè)試即獲得大量資料。這些結(jié)果證實(shí)了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)、壓力、溫度，與其他物理現(xiàn)象的必要性，且應(yīng)長(zhǎng)期注意相關(guān)影響、取得球場(chǎng)的動(dòng)態(tài)特性，并要能找出危險(xiǎn)情況的表征。
在球場(chǎng)舉辦演唱會(huì)時(shí)，樂迷們隨著歌曲跳動(dòng)或玩波浪舞，均為建物結(jié)構(gòu)造成更多振動(dòng)。當(dāng)然，振動(dòng)強(qiáng)度與樂迷的激動(dòng)程度成正比。還有，若歌曲或樂迷的律動(dòng)正好吻合建物結(jié)構(gòu)的自然頻(Natural frequency)，則振動(dòng)強(qiáng)度亦將大幅提升。演唱會(huì)的振動(dòng)強(qiáng)度，端看樂迷與音樂節(jié)奏而定。某些歌曲的節(jié)奏若吻合建物結(jié)構(gòu)的自然頻率，振動(dòng)強(qiáng)度理所當(dāng)然將高出平均值許多。因此針對(duì)相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行量測(cè)，在振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到危險(xiǎn)等級(jí)之前，能夠及早控制并采取對(duì)策。

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監(jiān)控系統(tǒng)將持續(xù)量測(cè)0 ~ 50 Hz 頻率范圍內(nèi)的參數(shù)，并穩(wěn)定進(jìn)行資料擷取、儲(chǔ)存，與傳輸作業(yè)。針對(duì)梅雅薩球場(chǎng)，團(tuán)隊(duì)即以CompactRIO 平臺(tái)為架構(gòu)，并搭配使用NI LabVIEW 圖形化程式設(shè)計(jì)環(huán)境所開發(fā)的多層次軟體程式。
感測(cè)器的功用十分單純，即提供高量測(cè)品質(zhì)的資料；傳感器與所屬訊號(hào)處理單位之間的連接線，亦為精簡(jiǎn)的長(zhǎng)度。從網(wǎng)路架構(gòu)與經(jīng)濟(jì)效益的觀點(diǎn)來看，要能以少的訊號(hào)處理單位達(dá)到所需的效能。團(tuán)隊(duì)即基于上述條件構(gòu)成完整的量測(cè)方案。由于是以加速規(guī)進(jìn)行量測(cè)作業(yè)，因此ICP 標(biāo)準(zhǔn)為量測(cè)主力。
主機(jī)電腦位于安全地點(diǎn)，并做為系統(tǒng)主體。在正常的作業(yè)條件下，電腦將搜集并分析儲(chǔ)存于周邊節(jié)點(diǎn)(Peripheral node) 的資料，且以同樣方式處理后續(xù)資料。在設(shè)定階段，電腦就如同節(jié)點(diǎn)組態(tài)與感測(cè)器校準(zhǔn)的使用者介面。電腦亦為可透過網(wǎng)際網(wǎng)路而遠(yuǎn)端存取系統(tǒng)的閘道。
量測(cè)系統(tǒng)所預(yù)設(shè)的主要功能，即是要能分配擷取節(jié)點(diǎn)，以達(dá)成符合邏輯與經(jīng)濟(jì)效益的解決方案。而上述目的則縮短訊號(hào)連接線的長(zhǎng)度，以期能于數(shù)萬支行動(dòng)電話、數(shù)百組電視訊號(hào)天線，與數(shù)不清電線的環(huán)境中，提升整體的量測(cè)品質(zhì)。
透過CompacRIO節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的網(wǎng)路，量測(cè)系統(tǒng)可達(dá)分散式資料擷取節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，并可立于網(wǎng)路狀態(tài)之外，分配資料儲(chǔ)存的相關(guān)作業(yè)。正常情況下，主機(jī)電腦將整合節(jié)點(diǎn)，并控制資料的檢索與儲(chǔ)存作業(yè)。若重要的訊號(hào)處理單位或網(wǎng)路失去功能，每組CompactRIO節(jié)點(diǎn)均可立檢索并儲(chǔ)存資料達(dá)數(shù)天之久。
CompactRIO亦可達(dá)到的運(yùn)算與儲(chǔ)存效能，并以精巧體積承受嚴(yán)苛的環(huán)境條件。

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使用NI LabVIEW FPGA 建立高速控制系統(tǒng)，以測(cè)試美國(guó)太空總署(NASA) 微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 的微快門(Microshutter) 裝置
概述：使用NI LabVIEW FPGA Module與NI PXI-7813R可重設(shè)I/O模組，以定位磁石位置并進(jìn)行輸出，進(jìn)一步以的同步作業(yè)控制MEMS微快門。

何謂微快門？
微快門是100 x 200 μm 的長(zhǎng)方形快門，藉由其開關(guān)動(dòng)作決定是否需阻擋光線?？扉T轉(zhuǎn)軸安裝于氮化矽的撓曲(Flexure) 之上，以磁性涂層(Magnetic coating) 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并可透過電力連結(jié)進(jìn)行靜電鎖存。
當(dāng)我們開始進(jìn)行此專案時(shí)，快門陣列的制作程序?qū)崬殚_發(fā)中的復(fù)雜新技術(shù)。NASA 所制作的單一陣列為365 行與171 列所構(gòu)成，共超過62,000 組快門。我們將快門固定于基板(Substrate) 上，并以1 組格線(Grid) 銜接陣列，使其可判斷(Assert) 行列乃至于各組快門。若要開啟快門，我們將1 組磁石傳送過陣列前端，借以將高電壓傳導(dǎo)至每組快門的行列中。該磁場(chǎng)將開啟快門，而行列之間的靜電電荷將維持其開啟狀態(tài)。
我們自行制作快門陣列，以針對(duì)整體設(shè)計(jì)的某些概念進(jìn)行測(cè)試。但此種測(cè)試的制程更為小心謹(jǐn)慎。透過NI PCI-7344 的4 軸式步進(jìn)馬達(dá)控制器，還有NI MID-7604 電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，我們所開發(fā)的軟體可控制真空室(Vacuum chamber)、快門控制儀控作業(yè)、相機(jī)，與其他裝置，以評(píng)估陣列的整體效能。
透過此系統(tǒng)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)未受控制的快門釋放(Shutter release)，將影響快門的效能。在此不進(jìn)行控制的方法中，關(guān)閉快門行列的電源，才能夠關(guān)閉快門。在每次開關(guān)的過程中，快門均對(duì)擋光板(Baffle) 產(chǎn)生沖擊，并大幅縮短其使用壽命。
開發(fā)團(tuán)隊(duì)決定使用磁石以同步開啟快門，并以磁場(chǎng)緩沖關(guān)閉快門時(shí)的沖擊力道。于2005 年時(shí)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室完成同步化的鎖存與釋放(Latching-and-release) 功能。