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基于LabVIEW和NI myRIO的智能避障小车设计李立;孙龙建【摘要】综合运用传感器监测、NI myRIO和LabVIEW技术,设计完成了基于LabVIEW和NI myRIO的具有智能和人工操控两种控制模式的智能避障小车.利用NI myRIO处理传感器采集障碍物的距离、小车移动的速度和小车前方是否存在障碍物等参数,通过板载的WiFi模块将数据传输给PC机,并由LabVIEW编写的用户界面实时动态显示和存储上述参数.测试结果表明,该系统高效灵活,具有较好的扩展性和兼容性,同时提供良好的用户操作界面,对智能车领域的发展具有重大意义.%By applying sensor and the technology of NI myRIO and LabVIEW integrally,intelligent obstacle avoid-ance vehicle with both smart action and manual control mode based on LabVIEW and NI myRIO were designed and completed. NI myRIO sensor collects parameters of obstacle distance,car moving speed and the presence of obstacles in front of the car and transmits data to PC via on-board WiFi module. Above mentioned parameters were dynamically displayed and stored by the user interface written by LabVIEW. The testing results indicated that the system was of great significance for the development of smart car field with its highly efficient,flexible,extensible and compatible feature and user friendly interface.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】6页(P543-548)【关键词】智能小车;NImyRIO;LabVIEW;无线监控;传感器【作者】李立;孙龙建【作者单位】安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000;安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000【正文语种】中文【中图分类】TP242.6当今全世界已进入智能时代的探索和发展,将生活中能够与芯片和电脑连接在一起的事物构建一种控制联系方式,采用IOT(Internet of Things)技术来方便人的生活。
![[NI技术]使用NI CompactRIO 在线监控核反应堆](https://img.taocdn.com/s1/m/b01d39faf61fb7360b4c65ec.png)
[NI技术]使用NI CompactRIO 在线监控核反应堆"使用 LabVIEW软件和 CompactRIO 硬件，AMS公司开发了OLM解决方案，以实现对不易靠近或处在危险场所的设备的实时远程监控。
"- Brent ShumakerThe Challenge:开发沸水反应堆在线监控方案 (OLM)，其中沸水反应堆包含有位于危险或难以靠近区域的机械设备。
The Solution:使用集成的嵌入式 NI CompactRIO 系统开发EWV-1 及OLM-32硬件，并结合AMS的监控软件实现工厂资产的实时无线监控。
Using LabVIEW software and CompactRIO使用LabVIEW 软件和 CompactRIO硬件，AMS公司快速开发了用于监控关键组件的解决方案Author (s):Brent Shumaker -机械振动可能会损坏旋转的机械部件，并且在许多情况下会严重降低机械的可操作性和使用寿命。
连续监测振动及其他信号是预测机械特性和效率的关键，而且通常需要连续数据采集和在线数据库分析。
Analysis and Measurement Services Corporation (AMS)专门致力于过程仪表的测试以及开发电力和制造工业专用的测试设备和软件产品。
此外， AMS公司还提供自动化设备，用于实现操作流程中多种组件和系统的预见性维护及性能测试。
迄今为止，几乎所有在线监控(OLM) 方案都是针对压水反应堆(PWR)，大概是由于全球压水反应堆数量较多的缘故；然而，沸水反应堆(BWR)和研究用反应堆也能从 OLM技术中获益。
例如，使用软件和硬件，AMS迅速开发了用于监控这些关键组件的解决方案，并在美国橡树岭 (Oak Ridge, TN)部署了一个原型至高通量同位素反应堆(HFIR)。
AMS最近也获得了更多的政府资助来实现沸水反应堆 (BWR) OLM 技术的商业化。
NI CompactRIO和LabVIEW应用案例集锦
无
【期刊名称】《自动化信息》
【年(卷),期】2011(000)003
【摘要】1利用CompactRIO和LabVIEW控制心脏模拟器挑战：开发一个逼真、可靠和可重新配置测试环境，帮助最新的心脏辅助装置进行提高和改善，而无需进行动物试验。
【总页数】8页(P77-84)
【作者】无
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
【相关文献】
1.利用NI新型CompactRIO系统有效简化高级控制应用——新款高性价比、集
成的控制器与机箱，可支持LabVIEW8．6控制特性，有效简化FPGA编程 [J],
无
2.FIRST机器人竞赛选用NI CompactRIO作为下一代机器人控制系统——超过42000位参加FIRST机器人竞赛的学生使用基于NI LabVIEW的NI机器人平台
来开发高级机器人应用 [J],
3.利用NI LabVIEW和CompactRIO进行森林环境监控 [J], William
Kaiser;Philip Rundel;汤敏
4.NI为新一代智能电网自动化系统推出电网同步相量测量单元(PMU) 开放的
PMU LabVIEW代码与CompactRIO模块化硬件相结合提供了高度可自定义的交钥匙PMU解决方案 [J],
5.使用NI CompactRIO和NI LabVIEW,开发自主机器人 [J], Zachary Oliver;Jonathan Perkins
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基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计一、引言在现代工业生产中，智能仪器的应用越来越广泛，它们可以实时监测各种参数并进行控制，提高了生产效率和质量。
而LabVIEW作为一款强大的图形化编程软件，为智能仪器的监控与控制系统设计提供了便利。
本文将介绍基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计的相关内容。
二、LabVIEW简介LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一款图形化编程软件，它以其直观的可视化编程界面和强大的功能在工业自动化、仪器仪表、数据采集等领域得到广泛应用。
通过LabVIEW，用户可以通过拖拽连接各种功能模块来构建程序，而无需编写繁琐的代码。
三、智能仪器监控与控制系统设计1. 系统架构设计在设计智能仪器监控与控制系统时，首先需要考虑系统的整体架构。
通过LabVIEW可以方便地搭建系统框架，包括数据采集模块、数据处理模块、控制算法模块等。
这些模块可以通过图形化界面直观地展示出来，方便用户进行操作和监控。
2. 数据采集与处理智能仪器通常需要对各种参数进行实时采集，并对采集到的数据进行处理分析。
在LabVIEW中，可以通过各种传感器模块或者仪器接口模块实现数据的采集，同时利用LabVIEW强大的数据处理功能对数据进行处理，如滤波、平滑、转换等操作。
3. 控制算法设计针对不同的智能仪器，需要设计相应的控制算法来实现对其进行精确控制。
在LabVIEW中，可以通过编写各种算法模块来实现PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种控制方法，从而满足不同应用场景下的需求。
4. 用户界面设计一个好的用户界面可以提高系统的易用性和友好性。
在LabVIEW 中，用户可以通过拖拽各种控件来设计出美观直观的用户界面，包括曲线图、仪表盘、按钮等元素，使用户可以清晰地了解系统状态并进行操作。
四、案例分析以某工业生产线上的温度监控与调节系统为例，我们可以使用LabVIEW来设计一个智能仪器监控与控制系统。
一阶惯性环节虚拟实验系统一、一阶惯性环节原理1、 原理概述自动控制系统是由各种元件组合而成的。
虽然不同的控制系统所用的元件不同，但描述系统动态特性的传递函数均可表示为典型环节的组合。
线性定常系统的典型环节可以归纳为比例环节、积分环节、微分环节、惯性环节、振荡环节和延迟环节等几种形式。
应该指出，典型环节只是代表一种特定的数学模型，而不一定是一种具体的元件。
惯性环节又称为非周期环节，该环节由于含有储能元件，因此对突变的输入信号，输出量不能立即跟随输入，而是有一定的惯性。
惯性环节的微分方程为()()()dc t T c t r t dt+= 式中，T 为惯性环节的时间常数，代表系统的惯性；()()r t c t 、为系统的输入信号和输出信号。
其传递函数为 ()1K G s Ts =+ 一阶惯性环节的方框图为2、单位阶跃响应当输入信号为单位阶跃信号，即()1()r t t =时，在零初始条件下，惯性环节输出量的拉氏变换为 111()()()()11K C s R s G s K Ts s s s T==∙=-++ 将上式拉氏反变换后，得惯性环节的单位阶跃响应为 ()(1)tT c t K e -=-由上式可知，时间常数T 越大，环节的惯性越大，则响应时间也越长。
二、一阶惯性环节虚拟实验系统设计一阶惯性环节虚拟实验系统功能是根据用户输入的不同一阶惯性参数K 、T ，可以得到不同的单位阶跃响应曲线。
1、 Labview 程序设计1） 面板设计启动Labview ，进入仪器编辑环境，建立仪器的面板。
如图1所示，面板主要控件如下：2个“数值输入控件”控件，功能是分别输入惯性环节的系统参数K 、T ，1个“Express XY 图”控件，功能是输出惯性环节的单位阶跃响应曲线；１个“确定按钮”布尔控件，功能是退出系统。
图1 一阶惯性环节虚拟实验系统前面板2）程序框图设计a、执行“数学》脚本与公式》脚本节点》Matlab脚本”操作，然后添加如下输入、输出变量：输入变量类型输出变量类型K real t 2-D Array of realT real y 2-D Array of real然后将下列的Matlab程序写入节点内num=[K];den=[T 1];sys=tf(num,den);t=0:0.01:1.2;y=step(sys,t);b、将y和t数据维数统一c、连线，完成后如图2所示图2 程序框图d 、保存，运行例：K=10、T=0.5和K=10、T=1时的单位阶跃响应曲线为图3 （T=0.5）图4 （T=1）二、实验系统的Matlab仿真和正确性验证在设计虚拟实验系统中，为了对设计好的实验系统进行验证，采用Matlab软件进行仿真，仿真结果如下图所示由图可得，系统的单位阶跃响应Matlab仿真结果与虚拟实验结果一致。
利用CompactRIO和LabVIEW搭建变压器监测系统变压器监测系统提供了一套用户界面友好并且可靠的解决方案，系统基于CompactRIO 平台和LabVIEW 实现了对远程分布的配电变压器的集中监测和诊断的功能。
– Jaswinder Singh, Project Leader Power System Automation, NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.The Challenge:设计开发变压器监测系统(TMS)以完成关键参数的采集、处理、分析以及与数据中心的通信工作，进而对电力网络中广泛分布的配电变压器进行分析处理和可视化监控。
The Solution:采用NI LabVIEW 软件和CompactRIO 平台、利用通用无线分组业务(GPRS)通信接口实现远程配电变压器的数据采集任务。
使用地理信息系统(GIS)和基于Web 的应用提供Author(s):Jaswinder Singh - Project Leader Power System Automation, NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.Ravinder Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.Abhishek Gaur - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.Yashwant Shrimali - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.Himanshu Goyal - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.配电变压器是配电系统的重要组成部分。
我们决定开发一套远程系统以实现对变压器的定期监测，因为人工检测的成本较高，不够经济。
虽然我们很早以前就需要对变压器进行实时的远程监测，但直到最近我们才拥有了可行的通信媒介和数据采集系统。
在过去几十年里，随着现场可编程门阵列(FPGA)的技术快速发展，分布式网络的可靠性得到了很大的提升。
LabVIEW 和 CompactRIO 开发一个惯性检管
器 第一次管道中的现场 测试
Author (s): Ricardo Artigas Langer - EngeMOVI "借助于 LabVIEW ，我 们很容易实现对 PIG （检管器）的 编程，以满足任务要 求。
并且，我们还使 用了相同的程序设计 语言开发一个后处理 程序，以便转换采集 的大多数数据。
" - Ricardo Artigas Langer, EngeMOVI The Challenge: 寻找石油或者天然气 管道的参考位置，并 确保空间误差小于1 米 The Solution: 通过使用 LabVIEW 实时 模块和NI CompactRIO ， 设计和实现一个实时 数据采集和处理系 统，以管理在石油或 者天然气管道内部通 行的惯性导航系统 （INS ）的数据。
系统实现了对数据的 采集、预处理和储 存，还可以利用 LabVIEW 对数 据进行后处理，以获 得最终结果。
PIG （检管器）是 一个用于石油和天然 气管道检验的工具， 它插入管道中并且借 助于关内液体流动产 生的压力前进。
PIG 可以检验管道 的变形和异常腐蚀情 况，有助于排查可能 造成生态事故的故 障。
为了降低成本并 且在监测到异常情况 后尽快更换管道，我 们必须要知道异常现 象的参考位置。
惯性 PIG 被设计用于检 测由地形运动产生的 管道移位。
由于惯性PIG 在地 面以下运行，被管道 所屏蔽，我们不可能 获得连续的GPS 信 号。
所以惯性PIG 必须使用INS （惯 性导航系统）来测量 加速度和角速度，并 通过综合的数据分 析，获得仪器的速 度、位置和方向。
然 而，由系统中还夹杂 了由偏移和噪音等因 素造成的传感器不精 确的问题，随着时间 的推移，定位准确度 会下降。
一种避免偏移的有效 方式是添加辅助测 量。
我们使用里程表 和一些沿管道的 GPS 参考导航点， 以便及时更新定位的 位置。
这些GPS 标 记借助于管道外的传 感器采集到PIG 通 过的瞬间，并与检管 器的惯性导航系统同 步。
GPS 和INS 的结合的测量方式被 称作GPS 辅助惯性 导航。
这种结构允许 根据用于动态系统的 迭代状态估计法（卡 尔曼滤波器 Kalman Filter ）进行 轨迹的寻迹和登记。
虽然设置更多GPS 点可以减少系统误 差，但是这需要技术 团队花费更多的准备 时间。
因此，我们选 择了更节省成本的方 案。
执行惯性PIG 任务 的计算机必须满足一 些要求，包括在启动 之前对现场所有传感 器进行复杂状态检 查，以避免影响整个 任务。
它还必须在高 采集频率下，在60 多个小时内持续实现 对20多个传感器的 管理。
由于系统对耐 温性要求高，并且必 须能够抵御超过 20G 的冲击，还需 要足够的小以放置到 PIG 内部，所以目 前没有任何现成可用 的硬盘可以在管道内 存储这些数据。
因 此，我们在PIG 内 实施了实时统计无损 耗浮点数据压缩法。
我们采用了一个带有 现场可编程门阵列 （FPGA ）的NI cRIO- 9014控制器，它小巧灵 活，抗振性好，并且 功能强大，足以满足 PIG 任务的苛刻要 求。
我们还使用了强 大而易用的 LabVIEW 开发平台进行编程。
图一中展示了惯性 PIG 的硬件架构。
通过对任务中计算机 VI进行远程访问，我们可以很容易诊断原型机的可能故障。
这就使团队能够集中精神于开发数学算法，而非通信协议，来进行数据融合
和统计分析。
最终，借助于LabVIEW对于多核的支持，这些算法在乘以经过惯性导航和卡尔曼滤波器的状态空间估计的数千个矩阵之后，运行的更快。
项目开发仅用了18 个时间，还包括了在完成机械设计之前所进行的一系列测试。
因为我们设计的是能够输送液体而非固体的管道，我们必须实现一个复杂的悬
浮系统，以保证INS的正常工作。
检管器计算不正确，在管道内会有很多因素会导致 PIG被破坏，例如阀门、转角、缝隙、限位器、液体流量，甚至是非法安
装的用于偷窃燃料的阀门。
因此，硬件和软件的开发必须与机械设计同时进行，以避免造成整个项目延迟的。
在开发过程中，我们需要一个平台用于测试算法。
我们在一辆自行车上安装了 CompactRIO 控制器和传感器（图 2），并且按照和在管道内使用PIG绘制路径地图一样
的方式来绘制路径地图。
图2 使用自行车进行现场试验
虽然我们从这个试验平台收集了许多数据，但是自行车比管道具有更多的自由度；因此最终我们用轨道小车（图3）来代替自行车，它提供了一个更像最终真实运行条件的试验平台。
图3 使用轨道小车进行现场试验
最后，在装配好 PIG机械结构后，我们在管道上进行了现场试验。
之前所提到的每个现场试验平台都具有不同的特性，而 LabVIEW可以快速适应于每个现场试验平台，以保证项目按时完成。
我们利用NI的产品开发了所有软件，而一段文本代码都不用写。
在巴西和哥伦比亚，在投入商业使用将近一年的时间里， CompactRIO 控制器经受了各种苛刻的考验。
其中有一次，由于对接收程序的错误操作造成惯性 PIG与管道底部
正面相撞，撞击力非常大，破环PIG小车间的联轴器。
这些由 8毫米粗的钢条制成联轴器完全扭曲，并穿透了PIG外壳，到达了放置 CompactRIO 的位置。
裂口使整个隔
间都充满40大气压的增压汽油。
虽然 CompactRIO 的数据采集卡被破环了，但是实时控制器在弄干并且清洁后仍然能够运行，使得我们抢救回了40小时任务的数据。
这
意味着，即使PIG几乎完全被破环，我们也能够收回所有的检测数据，而无需进行重复实验。
EngeMOVI和 NI工程师已经经过了多次合作，实现了各种不同的项目：包括惯性PIGs、几何和磁性PIGs、用于深水管道检查的水下机器人、具有冗余运动功能的
焊接机器人以及最近由 NI 9505运动控制模块驱动的的机动PIG，这些合作获得了非常积极的结果。
我们开发的首个惯性 PIG可以在直径为 25.3～35.6 厘米、长度为 289.7英里的管道内行进。
最大的可接受曲率是1.5D （D为管道直径），在管道内部行进的最大速度是8
米/秒。
初始原型正在不断被改进，并在其之上已经研制出完整的系列产品，我们深信NI 提供的产品将会不断地在我们的新产品开发上扮演重要角色。
Tel: 55 41 3095- 2124
artigas@engemovi. com.br
第一次管道中的现场测试
管道位置
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