安徽LabVIEW开发,LabVIEW软件开发

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使用NI LabVIEW开发思想控制轮椅
概述：利用NI LabVIEW 开发了一个计算机辅助的通信设备，该设备可以将人的思想转换为语音或命令，以实现计算机对轮椅或其它设备的控制。

采集并转换神经信号，使得丧失语言或行动能力的患者可以通过这一方式进行沟通。用来开发这一项目并将其推向市场。NI LabVIEW 在这一过程中发挥了极其重要的作用。
奥迪欧设备支持对轮椅进行基于思想的控制。一个LabVIEW 应用程序构成了这个基于笔记本电脑的原型构造的核心部分，它采集来自围绕在患者颈部的传感器的神经脉冲信号。一个定制的基于LabVIEW 的算法处理并解析这些信号，生成适当的轮椅控制信号。
奥迪欧是一个放置于患者颈部周围的传感设备。在工作过程中，它截取来自大脑的控制声带与声道的信号。随后，这些信号被发送至一台计算机，并滤除所有背景噪声，利用复杂的信号处理算法对其进行处理，再解析信号所表达的患者意念，生成语音。该语音信号可以直接输出或用于控制外部设备，例如一台电动轮椅。?“ALS患者或许可以轻微地嚅动嘴唇，但是他们无法从其肺部呼出足够的气流以产生可听见的语音。但由于语音信号是由大脑生成的，所以即使他们无法发音，我们也可以解析这些信号并为他们创建语音”，科尔曼说。
借助于LabVIEW，该团队已经实现了多个原型设计来控制信号采集过程，并运用信号处理算法将神经脉冲信号的采样值转换为轮椅控制命令或语言。
为了实现对轮椅的控制，系统需要识别有关方向的命令——前进、右转、左转、停止等。为了实现这些功能，软件从语言模式中识别那些特殊的命令，而不是处理数据以生成连续的语音。
连续语音处理策略允许用户在操作的同时听到操作所生成的语音，但这还处于研发过程中。“挑战之一便是，”卡拉汉解释道，“需要开发一个适用于每一个人的并且通用的数学方法转换数据，而不仅仅是针对某些特定的个体。”
这一任务需要复杂的信号处理算法，这些算法可以适应随个体和时间变化而不同的神经脉冲模式。LabVIEW 直观的图形化编程方式为整个开发过程提供了帮助，它协助卡拉汉与他的团队利用实际信号和变化的算法与参数进行快速验证。
“LabVIEW 的这种图形化的编程方式，简化了整个开发过程，工程师们将主要精力放在工程创新上而不是编程细节。”，卡拉汉说。他与他的同事在2005 年使用LabVIEW 编程实现了软件部分，构建了初的原型系统，并在此基础上进行了重大改进。
开发人员在整个开发过程中继续使用LabVIEW。卡拉汉与科尔曼已经从众多的个体中收集了大量的数据，并基于LabVIEW进行了系统开发，该系统可以生成类似转换算法并在运行中评估其有效性。当开发人员发现了优的处理算法并确定了系统的具体设计参数时，他们希望将整个采集与处理工程用硬件实现，从而可以包含在奥迪欧设备内部。通过这样的方式，系统将不再需要外部计算机。
据介绍，终将不仅仅是一台设备，而是定位于大量不同用户需求的一系列的设备。例如，一台这样的设备或许仅专注于语音的产生，而另一台设备或许用于支持残疾患者控制各种不同的设备，如轮椅、计算机或甚至移动电话等。

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使用NI PXI、labview 及 SCXI 硬件为医疗用血管支架建立测试系统
概述：借由模拟血管支架植入人体时的动作并量测其扩张特性，建立一套自动化的测试系统，能同时测试 30 根血管支架。

医疗领域日新月异，医学研发的脚步进展快速。各种植入人体以协助运作或维持生命的设备，使用率不断攀升。对于患有动脉瘤的病人来说，动脉壁会变薄弱、容易破裂。目前有种针对动脉瘤病患使用的动脉壁装置，非常有效，但是这种装置要如何在不干扰敏感区域、不致使动脉瘤提早破裂的情况下，能够进入动脉呢（有些动脉的直径只有硬币大小）？
一种叫做血管支架的装置可以支撑因动脉瘤而变薄弱的动脉。血管支架是一 种弹簧，在原始状态下体积微小、经过压缩及过冷处理，由方便的位置（通常是大腿内侧）植入动脉。然后血管支架会通过动脉，在病灶处展开到适当的直径大小以支撑动脉壁。血管支架符合严格的产品规格，以适当的速度展开到适当的大小，稍有闪失就会危及生命。
以 NI PXI 及 SCXI 硬件做为架构，设计、开发并执行了一 套全自动的测试系统，以测量及比较在不同温度下，医疗用血管支架的展开率与大的展开直径。这套系统取代了先前的传统测试系统，并且让血管支架一 次测试量增加了 10 倍。
系统
使用 NI LabVIEW、PXI 及 SCXI 数据采集硬件，设计出一 套的生产测试设备。这套系统使用了线性变异位移传感器 (linear variable displacement transducer，LVDT) 来同时测试 30 根血管支架的展开情况，以确定支架在从过冷状态下加热到正常体温时，直径的变化为何。
执行 LabVIEW 应用的 PC 会收集数据，然后以图表即时显示每根测试中的支架，其展开与温度的关系。使用者一次多可以选择观看三根支架。在测试的后阶段，也就是测试液 (test bath) 达到体温时，便会针对位移曲线进行分析，以判定支架是否符合标准的规格。每次测试完毕都会建立一 份报告。
软件也会控制测试液的温度与气动阀，气动阀能将 LVDT 感测器放低到测试中的支架。新的测试系统一次可以测试 30 根支架，然而旧系统一次只能同时测试 3 根。
获得 FDA 批准
这套测试设备的软件需要获得美国食品及药物管理局 (FDA) 的批准，于是我们使用 LabVIEW 撰写一项应用来测试系统的每个输入与输出。我们提供给 FDA 完整的计算文件、预期结果与实际结果。
因为使用医疗用血管支架来协助动脉瘤病患的作法广受好评，近更获得 FDA 的认可，于是血管支架的生产量便暴增。有了 Cal-Bay Systems 公司设计的自动化测试系统，1 次就能测试 30 根支架，测试量提高了足足 10 倍。目前市场上使用的生产测试系统共有 5 种。

使用NI VideoMASTER、labview开发功能完整，测试快速的Set-Top-Box 自动化测试系统
概述：使用NI VideoMASTER搭配NI-5122示波器，来完成影像测试需求;使用LabVIEW搭配NI-4472或NI-4461来完成声音测试需求。其他的测试项目，则选择适当的NI多功能资料撷取模组来快速的整合到测试系统中。在整合多种测试于同一测试平台上，NI提供了良好的解决方案。

Set-top-box 测试通常包括各类型影像与声音讯号的输出讯号品质测试，网路测试还有其他各类I/O测试等等。影像讯号包括分析影像于多种不同解析度，多种不同讯号介面(CAV，CVBS，S-Video)，较高阶的型号还需要HDMI 或其他数位介面。常见的测试项目有Average Picture Level(APL)，Bar Line Time，K Factor，Color Bars 等等。声音讯号测试包括类比和数位声音讯号测试，例如SPDIF。常见的测试项目有gain，noise level，SNR，THD，THD+N，SINAD 等等。

使用NI labview软件与PXI硬件，进行、点对多点的无线电系统自动化测试
概述：基于NI PXI平台、NI LabVIEW、NI TestStand、NI Switch Executive软件创建测试系统，通过气动式测试设备连接至被测部件(UUT) - 包括射频区域的自定义屏蔽，以实现的射频测试解决方案。

测试开发进程
我们记录了计划中的测试目标，并需达到下列特性：
 板卡测试需在5分钟内完成
 每月需能测试3000组产品
 测试期间不能有人为干预
 即使非技术人员也能操作
 测试针可存取板卡另一边的所有测试点
 包含除错设备
 可针对未来产品随时扩充，如更多的射频频带与频宽
我们将测试分为3大块：

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以NI PXI 模组化仪器与LabVIEW 建立UHF RFID 平台
概述：以NI PXI模组化仪器搭配NI LabVIEW软体，建构可重设的UHF RFID读取器(Reader)与标签模拟(Tag emulation)平台，可迅速实验新概念并制作原型。

读取器模拟平台
读取器模拟平台，可针对EPC C1G2相容的读取器，模拟其传输与接收作业。传输作业是由1组NI PXIe-8108嵌入式控制器、1组NI PXI-5652 RF讯号产生器、1组NI PXIe-5450 I/Q波形产生器、1组NI PXIe-5611 I/Q向量调变器所进行。另一方面的接收作业，则是由NI PXIe-5641R IF收发器所建构的「RFID Tag Sniffer」所进行。此收发器可数位化已接收的讯号，并对基频执行相位解调与降转换作业。系统亦内建Xilinx FPGA，可呈现位元切割器(Slicer)与改良的FM0解码器。平台外接元件则有1组Alien ALR-9800 RFID读取器，还有1组UPM Raflatac主动式RFID标签。相关通讯作业将由读取模拟器撷取之后接着处理。
为了控制RFID 读取模拟器的作业，我们撰写了LabVIEW VI。VI 将搜集相关RFID 的Reader-to-Tag 输入参数，如开机/关机期间、前置符码(Preamble) 值、读取器指令序列等。这些参数将产生编码序列，以建构复数值的基频讯息波形，再升转换为UHF 频带以利传输。如此一来，所传输的读取器波形即可符合EPC C1G2 UHF RFID 标准，还有自动化测试作业所使用的FCC Part 15 规范。
标签模拟平台
读取器模拟平台，可针对EPC C1G2 相容的读取器，模拟其传输与接收作业。此篇解决方案的创新之处，在整合了多组天线而能建构多样的接收器，而能提升如SNR 的效能，并延伸RFID 标签的读取或涵盖范围。多组天线的标签测试台，则使用NI PXIe-8108 嵌入式控制器、NI PXI-5652 RF 讯号产生器、16 位元NI PXIe-5622 - IF 示波器、NI PXIe-5601 - RF 降转换器、客制化UHF 印刷式偶极(Printed dipole) 天线。我们以NI 模组呈现下列UHF 主动式RFID 标签的区块：(1) 功率撷取器(2) 振幅移键解调器(3) 基频处理器。
标签的功率撷取器(Harvester) 包含倍压器(Voltage multiplier) 与稳压器(Voltage regulator) 各1 组，可供电至标签。振幅移键(Amplitude shift keying，ASK) 解调器则属于简易的封包侦测器，可解调RF 讯号再传送至基频处理器。基频处理器会接着解码封包讯号，再粹取、解译RFID 指令。图2 为RFID 读取器的程式图，还有NI PXI 系统上所建置的标签。

图2. 建构RFID 读取器与标签模拟的程式图
提升RFID 读取器与标签的效能
针对UHF RFID 读取器，我们开发并测试了新的FM0 解码器，并于RFID 标签中整合智慧型天线的技术，如空间分集组合(Spatial diversity combining)。目前的FM0 解码组合，易受到标签后向散射(Back-scattered) 讯号的影响而达+/- 22% FM0 资料率变量；而普遍的相关架构(Correlation-based) 组合尤为如此。
我们在这里布署了复杂的频率同步化组合，用以补偿此资料率变数；但高度依赖FPGA 资源并忍受极长的处理延迟。为了解决此问题，我们于RFID 读取器模拟平台上开发创新的FM0 解码组合。此解码器是采用工作周期(Duty cycle) 的量测作业，可立于资料率变数之外而作为主要的解码参数。图3a 即为改良后FM0 解码器的LabVIEW VI 程式图。
FPGA 综合报表指出，改良之后的FM0 解码器仅占用了5.9% 的FPGA 分割，且处理延迟仅达8 个时脉周期。透过目前通用标签的实际后向散射标签讯号，即可确实验证解码器的功能。在此设定中，我们将编码器平台设定为RFID Sniffer，从RFID 读取器与标签通讯作业中撷取后向散射讯号。图3b 即为已接收的后向散射标签回应，还有对应的解码波形。来自于标签的实际后向散射讯号，均可由改善后的FM0 解码器完成解码。透过位元错误率(BER) 量测作业可发现，若工作周期计算所用各符码的样本数增加，则改善后的FM0 解码器可达更能。

图3. LabVIEW 中的FM0 解码器：(a) VI 程式图与(b) 人机介面正显示解码器波形
我们也整合了分集集合，进一步提升了RFID 标签效能。另针对主动式UHF RFID 标签，更于标签模拟平台上建构了前/后封包(Pre-/Post-envelop) 侦测集合技术。此集合技术包含Selection diversity combining、Predetection direct additive combining、Predetection equal gain combining、Predetection maximal ratio combining、Postdetection direct additive combining、Postdetection ratio squared combining 等。图4a 为RFID 标签系统的LabVIEW VI，并整合了分集组合。
此系统所进行的测试作业，可了解标签读取范围所提升的程度。读取器模拟平台将传送20,000 笔预先建立的读取器指令，且均由标签模拟平台接收/读取。针对不同的分集组合，均由标签记录成功的读取数，且读取器与标签将以0.3 m 为单位而区隔0.6 m ~ 6 m。图4b 则为标签模拟平台人机介面显示成功的读取。透过实验结果，我们的平台可整合接收分集(Receive diversity) 至RFID 标签中，提升主动式UHF RFID 系统达26.67% 读取涵盖效能。

图4. LabVIEW 中的RFID 标签模拟：(a) VI 程式图与(b) 人机介面正显示成功的作业
使用NI 软硬体的优势
在选用了NI PXI 模组化仪器之后，将可透过模拟与实际硬体实验，进一步提升RFID 系统的概念验证(POC)。且能取得有效、有意义的数值，更逼近实际建构的结果。NI PXI 平台的可重设特性，可随时因应不同的硬体设定，如多重接收器系统链与不同的空间分集；我们的案例即为UHF RFID 系统中的智慧型天线。此外，LabVIEW VI 的直觉式设计环境与内建的完整函式库，可大幅缩短系统开发时间(如RFID 标签讯号的所需解码功能)。

研究员还想在不同的外部压力及温度之下，评估电阻的分布，压力是用来固定LGA，而温度则是模拟LGA 周围的电脑工作环境。他们也需要评估LGA 长期使用时的效能，以确保度。所以，确认的工作通过困难重重的过程，要在不同且充满变化的状况下(温度循环、压力调整，以及接触点疲劳) 量测所有的电阻；另外还包含要能制作呈现资料的架构，以追踪不同状况之下的效能。
显然，IBM需要1套确认与分析的自动化工具。IBM跟本公司接洽，请身为NI联盟伙伴的我们开发1套架构于PXI模组工具与LabVIEW的自动化系统。我们透过MXI-4介面将PXI系统连结至PC，PC会执行由LabVIEW开发的应用程式。
IBM 使用这套PXI 系统作为量测与切换工具，以量测LGA 上所有可测量接触点的电阻。679 组测试点聪明地分布在数千个实际的接触点中，既能反应实际的电阻图，又能避免若要量测每个点时就会碰到的某些实际限制。
为了此解决方案，我们修改了晶片模组，做为短路区块(用以调整Jumper)，修改的方法是将每面涂上金漆，然后将2条讯号线拉出封包，以代表每个接触点的「高」侧。而7个NI PXI-2575多工器模组，会在LGA另一边拉出来的2条接触测试点讯号线之间切换，以代表每个接触点的「低」侧。
我们将产生的「高」「低」讯号组传送至NI PXI-2503多工器，针对4线式电阻量测，多工器会传送全部的4个讯号，若是2线式量测则只会传送2个讯号。系统会将讯号传送至NI PXI-4072数位电表(DMM)，进行电阻量测。4线式量测在毫欧姆的范围中会提供比较准确的量测值，而2线式量测比较能清楚确认较高的电阻值，做为实际的开电路接触点。
LabVIEW软体会自动化整个量测的过程，包含透过PXI-2503设定2线式或4线式的电阻模式，透过PXI-2575在每个通道循环，并透过PXI-4072量测电阻值。系统会为2线式与4线式的电阻，以及综合的电阻箱制作各别的电阻图，综合的电阻箱中每个接触点电阻都会对应适当量测类型的数值，而适当的量测类型则由使用者的断流强度(cutoff level)所定义。
我们将电阻图以多种格式储存至档案中，供本应用与离线分析工具日后使用。这套解决方案也会将资料制作成图形，有2D 电阻图与3D 形貌。IBM 可以使用数种图形化使用者介面(GUI) 工具来设定图形的影像参数，例如颜色、界线、灰阶、伸缩、平滑化与检视角度。使用者随时可以将影像类型输出成影像档案，里面有图像显示与关键操作参数。IBM 可以使用图形化工具组来分析新的测试资料，以及先前测试与储存的资料。