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以NI PXI 模組化儀器與LabVIEW 建立UHF RFID 平臺
概述：以NI PXI模組化儀器搭配NI LabVIEW軟體，建構可重設的UHF RFID讀取器(Reader)與標簽模擬(Tag emulation)平臺，可迅速實驗新概念并制作原型。

讀取器模擬平臺
讀取器模擬平臺，可針對EPC C1G2相容的讀取器，模擬其傳輸與接收作業(yè)。傳輸作業(yè)是由1組NI PXIe-8108嵌入式控制器、1組NI PXI-5652 RF訊號產(chǎn)生器、1組NI PXIe-5450 I/Q波形產(chǎn)生器、1組NI PXIe-5611 I/Q向量調(diào)變器所進行。另一方面的接收作業(yè)，則是由NI PXIe-5641R IF收發(fā)器所建構的「RFID Tag Sniffer」所進行。此收發(fā)器可數(shù)位化已接收的訊號，并對基頻執(zhí)行相位解調(diào)與降轉換作業(yè)。系統(tǒng)亦內(nèi)建Xilinx FPGA，可呈現(xiàn)位元切割器(Slicer)與改良的FM0解碼器。平臺外接元件則有1組Alien ALR-9800 RFID讀取器，還有1組UPM Raflatac主動式RFID標簽。相關通訊作業(yè)將由讀取模擬器擷取之后接著處理。
為了控制RFID 讀取模擬器的作業(yè)，我們撰寫了LabVIEW VI。VI 將搜集相關RFID 的Reader-to-Tag 輸入?yún)?shù)，如開機/關機期間、前置符碼(Preamble) 值、讀取器指令序列等。這些參數(shù)將產(chǎn)生編碼序列，以建構復數(shù)值的基頻訊息波形，再升轉換為UHF 頻帶以利傳輸。如此一來，所傳輸?shù)淖x取器波形即可符合EPC C1G2 UHF RFID 標準，還有自動化測試作業(yè)所使用的FCC Part 15 規(guī)范。
標簽模擬平臺
讀取器模擬平臺，可針對EPC C1G2 相容的讀取器，模擬其傳輸與接收作業(yè)。此篇解決方案的創(chuàng)新之處，在整合了多組天線而能建構多樣的接收器，而能提升如SNR 的效能，并延伸RFID 標簽的讀取或涵蓋范圍。多組天線的標簽測試臺，則使用NI PXIe-8108 嵌入式控制器、NI PXI-5652 RF 訊號產(chǎn)生器、16 位元NI PXIe-5622 - IF 示波器、NI PXIe-5601 - RF 降轉換器、客制化UHF 印刷式偶極(Printed dipole) 天線。我們以NI 模組呈現(xiàn)下列UHF 主動式RFID 標簽的區(qū)塊：(1) 功率擷取器(2) 振幅移鍵解調(diào)器(3) 基頻處理器。
標簽的功率擷取器(Harvester) 包含倍壓器(Voltage multiplier) 與穩(wěn)壓器(Voltage regulator) 各1 組，可供電至標簽。振幅移鍵(Amplitude shift keying，ASK) 解調(diào)器則屬于簡易的封包偵測器，可解調(diào)RF 訊號再傳送至基頻處理器?；l處理器會接著解碼封包訊號，再粹取、解譯RFID 指令。圖2 為RFID 讀取器的程式圖，還有NI PXI 系統(tǒng)上所建置的標簽。

圖2. 建構RFID 讀取器與標簽模擬的程式圖
提升RFID 讀取器與標簽的效能
針對UHF RFID 讀取器，我們開發(fā)并測試了新的FM0 解碼器，并于RFID 標簽中整合智慧型天線的技術，如空間分集組合(Spatial diversity combining)。目前的FM0 解碼組合，易受到標簽后向散射(Back-scattered) 訊號的影響而達+/- 22% FM0 資料率變量；而普遍的相關架構(Correlation-based) 組合尤為如此。
我們在這里布署了復雜的頻率同步化組合，用以補償此資料率變數(shù)；但高度依賴FPGA 資源并忍受極長的處理延遲。為了解決此問題，我們于RFID 讀取器模擬平臺上開發(fā)創(chuàng)新的FM0 解碼組合。此解碼器是采用工作周期(Duty cycle) 的量測作業(yè)，可立于資料率變數(shù)之外而作為主要的解碼參數(shù)。圖3a 即為改良后FM0 解碼器的LabVIEW VI 程式圖。
FPGA 綜合報表指出，改良之后的FM0 解碼器僅占用了5.9% 的FPGA 分割，且處理延遲僅達8 個時脈周期。透過目前通用標簽的實際后向散射標簽訊號，即可確實驗證解碼器的功能。在此設定中，我們將編碼器平臺設定為RFID Sniffer，從RFID 讀取器與標簽通訊作業(yè)中擷取后向散射訊號。圖3b 即為已接收的后向散射標簽回應，還有對應的解碼波形。來自于標簽的實際后向散射訊號，均可由改善后的FM0 解碼器完成解碼。透過位元錯誤率(BER) 量測作業(yè)可發(fā)現(xiàn)，若工作周期計算所用各符碼的樣本數(shù)增加，則改善后的FM0 解碼器可達更能。

圖3. LabVIEW 中的FM0 解碼器：(a) VI 程式圖與(b) 人機介面正顯示解碼器波形
我們也整合了分集集合，進一步提升了RFID 標簽效能。另針對主動式UHF RFID 標簽，更于標簽模擬平臺上建構了前/后封包(Pre-/Post-envelop) 偵測集合技術。此集合技術包含Selection diversity combining、Predetection direct additive combining、Predetection equal gain combining、Predetection maximal ratio combining、Postdetection direct additive combining、Postdetection ratio squared combining 等。圖4a 為RFID 標簽系統(tǒng)的LabVIEW VI，并整合了分集組合。
此系統(tǒng)所進行的測試作業(yè)，可了解標簽讀取范圍所提升的程度。讀取器模擬平臺將傳送20,000 筆預先建立的讀取器指令，且均由標簽模擬平臺接收/讀取。針對不同的分集組合，均由標簽記錄成功的讀取數(shù)，且讀取器與標簽將以0.3 m 為單位而區(qū)隔0.6 m ~ 6 m。圖4b 則為標簽模擬平臺人機介面顯示成功的讀取。透過實驗結果，我們的平臺可整合接收分集(Receive diversity) 至RFID 標簽中，提升主動式UHF RFID 系統(tǒng)達26.67% 讀取涵蓋效能。

圖4. LabVIEW 中的RFID 標簽模擬：(a) VI 程式圖與(b) 人機介面正顯示成功的作業(yè)
使用NI 軟硬體的優(yōu)勢
在選用了NI PXI 模組化儀器之后，將可透過模擬與實際硬體實驗，進一步提升RFID 系統(tǒng)的概念驗證(POC)。且能取得有效、有意義的數(shù)值，更逼近實際建構的結果。NI PXI 平臺的可重設特性，可隨時因應不同的硬體設定，如多重接收器系統(tǒng)鏈與不同的空間分集；我們的案例即為UHF RFID 系統(tǒng)中的智慧型天線。此外，LabVIEW VI 的直覺式設計環(huán)境與內(nèi)建的完整函式庫，可大幅縮短系統(tǒng)開發(fā)時間(如RFID 標簽訊號的所需解碼功能)。

以NI PXI、labview 及SCXI 硬體做為架構，為醫(yī)療用血管支架建立測試系統(tǒng)
概述：藉由模擬血管支架植入人體時的動作并量測其擴張?zhí)匦?，建?套自動化的測試系統(tǒng)，能同時測試30根血管支架。

醫(yī)療領域日新月異，醫(yī)學研發(fā)的腳步進展快速。各種植入人體以協(xié)助運作或維持生命的設備，使用率不斷攀升。對于患有動脈瘤的病人來說，動脈壁會變薄弱、容易破裂。有1 種針對動脈瘤病患使用的動脈壁裝置，效用非常強大，但是這種裝置要如何在不干擾敏感區(qū)域、不致使動脈瘤提早破裂的情況下，能夠進入動脈呢（有些動脈的直徑只有硬幣大小）

以模組化的NI labview 硬、軟體執(zhí)行結構安全監(jiān)控(SHM) 應用
概述：使用NI CompactDAQ/CompactRIO平臺搭配NI LabVIEW軟體，因應特性描述需求而設定可調(diào)整的SHM系統(tǒng)，用于如體育場、高樓、橋梁的大型建物。

NI 模組化硬體用于橋梁結構安全監(jiān)控
NI軟硬體工具，均可為客戶提供穩(wěn)定的結構安全解決方案，并協(xié)助強化建物結構。在過去多年來，我們橫跨全美布署NI平臺，以建構橋梁疲勞監(jiān)控作業(yè)。為了確實取得疲勞系數(shù)，我們亦于現(xiàn)場設定了電腦架構的NI CompactDAQ量測系統(tǒng)，以于短時間內(nèi)搜集足夠資料。常見量測系統(tǒng)可能具備多個NI C系列的資料擷取(DAQ)模組，如NI 9237同步橋接模組、NI 9205類比輸入模組、NI 9219通用類比輸入模組、NI 9211熱電偶輸入模組。透過這些模組，即可進行必要的量測作業(yè)(如應變、壓力、位移、傾斜、溫度)，以取得完整的疲勞系數(shù)。
在建構NI平臺之后，僅需跨橋安裝控制負載，即可執(zhí)行負載測試。透過LabVIEW SignalExpress軟體，我們可即時監(jiān)控所搜集的資料、依需要調(diào)整監(jiān)控程式，并在布署長期系統(tǒng)之前，微調(diào)量測與儀控位置。若要開發(fā)更強大的長期監(jiān)控方案，則即時監(jiān)控短期資料將為基本功能。
在使用NI CompactDAQ系統(tǒng)建構基本的量測作業(yè)之后，即可將C系列模組用于CompactRIO系統(tǒng)，進而達到更長期的監(jiān)控作業(yè)。由于這些系統(tǒng)具備模組化與可調(diào)整的特性，因此特別適用于結構安全監(jiān)控。此外，CompactRIO系統(tǒng)亦具備穩(wěn)定的通訊功能，讓我們可安心放任系統(tǒng)自行運作1個月，并將搜集的資料儲存至32 GB的隨身碟內(nèi)或定期下載之，再透過行動資料數(shù)據(jù)機，定期將資料下載至WJE或客戶的主系統(tǒng)中。


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