"為(wei)了(le)滿(man)足(zu)社(she)會(hui)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)的(de)要(yao)求(qiu)，環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)受(shou)到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)重(zhong)視(shi)。以(yi)現(xian)代(dai)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)環(huan)境(jing)監(jian)測(ce)技(ji)術(shu)可(ke)對(dui)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)與(yu)分(fen)析(xi)，是(shi)研(yan)究(jiu)環(huan)境(jing)質(zhi)量(liang)變(bian)化(hua)趨(qu)勢(shi)的(de)重(zhong)要(yao)手(shou)段(duan)和(he)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)的(de)基(ji)礎(chu)。"
- 李 誠, 上海聚星儀器有限公司應用工程師
The Challenge:
環境監測要求係統能夠在戶外較惡劣環境下監測多種環境參量，包括氣象、振動、噪聲、電磁場、圖像等，主要應用領域包括人居環境監測、結構健康監測以及節能減排項目監測，需采用分布式結構。
The Solution:
NI CompactRIO是一款工業級嵌入式數據采集平台，基於該平台開發的采集係統具有很好的穩定性和實時性，並能適應野外工作環境，我們采用NI CompactRIO豐富的C係列模塊采集各種傳感器輸出的模擬信號，通過TCP/IP協議傳輸到上位機，工作人員可以實時監測各種環境參數。
係統結構及主要特點
環境監測起步包基於NI的嵌入式硬件平台CompactRIO和圖形化設計平台LabVIWE開發而成，起步包結構如圖 1所示。
圖 1 環境監測起步包結構
各種環境參量通過相應的傳感器轉化為電信號，電信號通過C係列模塊輸入到CompactRIO中，CompactRIO對采集到的原始信號進行處理，並將處理後的數據通過路由器發送到監控端以及網絡服務器。監控端通過TCP/IP協議與CompactRIO通(tong)信(xin)，實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)顯(xian)示(shi)以(yi)及(ji)控(kong)製(zhi)命(ming)令(ling)的(de)發(fa)送(song)。瀏(liu)覽(lan)端(duan)用(yong)戶(hu)通(tong)過(guo)網(wang)頁(ye)瀏(liu)覽(lan)器(qi)訪(fang)問(wen)服(fu)務(wu)器(qi)中(zhong)的(de)監(jian)測(ce)數(shu)據(ju)，實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)的(de)網(wang)絡(luo)共(gong)享(xiang)和(he)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)。
環境監測起步包的主要特點有：
- 自定義的FPGA模塊和豐富的I/O模塊，能夠與幾乎所有的傳感器進行方便的連接；
- 模塊化的軟件結構，能夠輕鬆地實現係統的維護與升級；
- 采用WIFI和3G技術，實現監測數據的無線傳輸，有利於分布式監測和數據管理。
監測項目
環境監測起步包的監測項目如下：
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應用領域
監測項目 |
人居環境監測 |
結構健康監測 |
節能減排監測 |
| 氣象――風向、風速、溫濕度、氣壓、雨量 |
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| 振動――高低頻振動（結構、地震） |
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| 環境噪聲 |
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| 低頻電磁場 |
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| 圖像 |
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| 運動控製 |
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| 數字I/O |
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| 自定義 |
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係統指標
1. CompactRIO板卡指標
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模擬輸入
接口類型 |
電壓、電流、IEPE、電橋 |
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外接傳感器
類型 |
溫度（熱電偶、RTD）、電壓、電流、電阻、電荷、壓力、應變、
扭矩、位移、加速度、振動、轉速等 |
| 模擬通道數 |
單機箱4-256通道，支持多機箱級聯至上千通道 |
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模擬I/O
通道特性 |
最高采樣率 |
100kS/s（同步）、800kS/s（多路複選） |
| 耦合方式 |
AC/DC |
| AD分辨率 |
12位（經濟型）/16位（通用型）/24位（高性能） |
| 動態範圍 |
70dB（經濟型）/80dB（通用型）/120dB（高性能） |
| 通道間串擾 |
<-110dB |
| 輸入阻抗 |
1MΩ（典型值） |
| 最高采樣精度 |
±0.04%×讀數值+±0.07%×量程(典型值) |
| 信號輸入模式 |
單端，差分 |
| 抗混疊頻率 |
0.45fs |
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數字I/O
通道特性 |
最高頻率 |
20MHz |
| 信號類型 |
5V/TTL/24V |
| 工作方式 |
計數器/編碼器/PWM/繼電器 |
| 通訊接口 |
以太網、光纖、CAN、RS232/422/485 |
| 觸發采集 |
數字觸發（邊沿、脈衝），模擬觸發（閾值、區域、滯後） |
| 存儲容量 |
片上4G Flash（網絡硬盤擴展） |
| 數據吞吐量 |
單機箱6.4MB/s |
| 功耗 |
10W(典型值) |
| 工作溫度 |
-40oC-70oC |
| 可承受隨機振動 |
5g rms，10-500Hz（IEC 60086-2-64） |
| 可承受正弦振動 |
5g ，10-500Hz（IEC 60086-2-64） |
| 可承受衝擊 |
30g，11ms半正弦；50g，3ms半正弦（IEC 60068-2-27） |
2. 監測指標（標配、可擴展）
溫度：測量範圍-5～55℃
濕度：測量範圍0～100%
振動：測量範圍±250g，頻率範圍0.3～10KHz，靈敏度20mV/g，最小分辨率0.0005g
聲音：頻率範圍20～20KHz，動態範圍127dB，靈敏度50mV/Pa
電磁波：頻率範圍10～20KHz
xitongzhibiaodaduoshouxianyuxuanpeidechuanganqi，qibubaoweilejiangdixitongmenkancaiyonglejiaodichengbendechuanganqi，duiyudaduoshuyanzhenghekeyankeyishiyong，ruguoyonghuxuyaogenggaojingdudexitong，juxinggongchengshikeyixuanpeigenggaodengjidechuanganqi。
實物圖及軟件界麵
圖 2 係統實物圖
 
圖 3 係統軟件界麵
總結
基於NI CompactRIO平台開發的環境監測起步包能夠監測多種環境參量，係統具有很高可靠性和擴展性。采用NI的嵌入式硬件平台CompactRIO進行係統開發，能夠縮短開發周期，提高係統可靠性，使得用戶能夠把精力放在數據的分析處理上。
聚星儀器是NI的金牌係統聯盟夥伴，同時也是NI CompactRIO大陸地區獨家代理商和增值服務商。聚星儀器擁有一支全球頂尖的LabVIEW開發團隊，以NI CompactRIO為核心開發了許多創新應用，您可登陸聚星儀器主頁www.vi-china.com.cn 查看更多產品和應用案例，或聯係聚星儀器CompactRIO技術支持。
Author Information:
李 誠
上海聚星儀器有限公司應用工程師
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