CompactRIO平臺(tái)是一種高級(jí)嵌入式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，專為需要高性能與高可靠性的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。系統(tǒng)基于開放的嵌入式體系結(jié)構(gòu)、尺寸小、高度堅(jiān)固、具有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和豐富的傳感器測(cè)量功能，這些特點(diǎn)使其成為結(jié)構(gòu)健康和地震監(jiān)測(cè)應(yīng)用的理想選擇。CompactRIO結(jié)合NI LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和LabVIEW FPGA技術(shù)，讓您能夠使用簡(jiǎn)單易用的圖形化編程工具對(duì)CompactRIO嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程和定制。

本文檔是面向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)資源集的一部分。

1. NI CompactRIO特性

小型堅(jiān)固的嵌入式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)

可熱插拔的C系列測(cè)量模塊，內(nèi)置信號(hào)調(diào)理功能可與多種類型傳感器直接連接

嵌入式實(shí)時(shí)處理器和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）芯片，用于可靠的獨(dú)立操作或分布式操作

LabVIEW圖形化編程工具加速系統(tǒng)開發(fā)

通過以太網(wǎng)連接可以進(jìn)行方便的Internet和網(wǎng)絡(luò)接入

極限工業(yè)認(rèn)證和環(huán)境評(píng)級(jí)：

（1）－40至70℃（－40至158°F）工作溫度
（2）50 g防震等級(jí)
（3）高達(dá)2,300 Vrms隔離（承受）
（4）國際安全、EMC以及環(huán)境認(rèn)證
（5）針對(duì)惡劣工作環(huán)境的評(píng)級(jí)為1類2級(jí)

CompactRIO系統(tǒng)包括一個(gè)實(shí)時(shí)控制器、一個(gè)可重配置機(jī)箱和若干測(cè)量I/O模塊?？芍嘏渲脵C(jī)箱帶有一個(gè)高性能FPGA，能夠?yàn)楦咚賯鞲衅鲾?shù)據(jù)提供專用帶寬，還提供了定時(shí)與I/O信號(hào)處理等底層定制功能。實(shí)時(shí)控制器包括一個(gè)工業(yè)級(jí)處理器，可以以聯(lián)網(wǎng)或獨(dú)立方式運(yùn)行，控制器上還同時(shí)包含用于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和通信功能的以太網(wǎng)口、內(nèi)置Web服務(wù)器以及用于與外圍設(shè)備連接的串口、USB端口、以及用于數(shù)據(jù)記錄的非易失性存儲(chǔ)器。

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圖2：CompactRIO系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2. C系列I/O模塊
NI提供的C系列模塊是緊湊的測(cè)量與I/O模塊，將信號(hào)連接、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換集成在一起，能夠與多種傳感器直接連接，滿足動(dòng)態(tài)采集與靜態(tài)監(jiān)測(cè)的需求。低噪聲設(shè)計(jì)、帶有內(nèi)置抗混迭濾波器的24位A/D技術(shù)、高速A/D轉(zhuǎn)換速率和電氣隔離特性可以確保傳感器數(shù)據(jù)采集的可靠性和準(zhǔn)確性。

表1列出的C系列模塊可以支持結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的常見傳感器，例如應(yīng)變計(jì)、加速度計(jì)、位移計(jì)以及多種環(huán)境傳感器。要查看所有C系列模塊的完整列表，請(qǐng)?jiān)L問ni.com/compactrio/cseries。

表1：用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與測(cè)試的C系列模塊舉例

3. 實(shí)時(shí)處理器和嵌入式FPGA
CompactRIO嵌入式系統(tǒng)帶有主頻為400 MHz的工業(yè)級(jí)Freescale MPC5200處理器，它可以在可靠的Wind River VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上以高度的時(shí)間確定性執(zhí)行LabVIEW實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。同時(shí)可以使用600多個(gè)LabVIEW自帶的函數(shù)實(shí)現(xiàn)您的多線程嵌入式系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)控制、分析、數(shù)據(jù)記錄和通信應(yīng)用中。您還可以將現(xiàn)有的C/C++代碼與LabVIEW實(shí)時(shí)代碼整合在一起，從而節(jié)省開發(fā)時(shí)間。

CompactRIO機(jī)箱還包含一個(gè)嵌入式FPGA，它是一塊高性能、可重配置的芯片，提供了匹配C系列I/O模塊的接口。在將CompactRIO配置為掃描模式（Scan Mode）之后，無需對(duì)FPGA編程就可以完成所有C系列模塊的定時(shí)與同步，將數(shù)據(jù)直接傳送到LabVIEW實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，進(jìn)行本地處理、記錄或通信。此外，您也可以使用LabVIEW FPGA工具直接對(duì)嵌入式FPGA進(jìn)行圖形化編程，并實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬I/O和數(shù)字I/O的自定義定時(shí)、觸發(fā)、同步、控制和信號(hào)處理等復(fù)雜功能。

4. 本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器
CompactRIO控制器中還包括了用于本地保存數(shù)據(jù)的非易失內(nèi)存存儲(chǔ)器。您可以選擇從128 MB直至2 GB、帶有容錯(cuò)能力文件系統(tǒng)的內(nèi)置存儲(chǔ)器。部分控制器還帶有可連接USB閃存和內(nèi)存設(shè)備的USB端口。此外，可選的NI 9802插入式模塊提供了用于可移動(dòng)SD內(nèi)存卡的兩個(gè)插槽。

5. 通信與連接
CompactRIO控制器帶有10/100 Mb/s以太網(wǎng)端口和串行端口，可以通過TCP/IP、UDP、Modbus/TCP和串行協(xié)議進(jìn)行通信?？刂破鬟€可以方便地進(jìn)行Internet連接的內(nèi)置Web服務(wù)器（HTTP）和文件服務(wù)器（FTP）。

表2：CompactRIO控制器通信端口一覽表

6. 適合現(xiàn)場(chǎng)使用的緊湊尺寸與堅(jiān)固特性
CompactRIO這樣的堅(jiān)固系統(tǒng)具有較寬的工作溫度范圍（－40至70℃）和高級(jí)別的抗震能力（高達(dá)50 g的抗震能力），是安裝在橋梁和其他室外結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的理想選擇。

CompactRIO的緊湊尺寸和較高的I/O密度也有利于簡(jiǎn)化安裝過程。CompactRIO機(jī)箱有4槽和8槽兩種配置。請(qǐng)參閱表2了解尺寸選項(xiàng)。

表3：CompactRIO機(jī)箱/控制器物理尺寸一覽表

7. CompactRIO軟件概述

LabVIEW作為一個(gè)圖形化開發(fā)環(huán)境，能夠?yàn)楦咝阅艿臄?shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用提供高度靈活性和簡(jiǎn)單易用性。您可以使用LabVIEW實(shí)時(shí)模塊建立一個(gè)能夠可靠運(yùn)行在CompactRIO實(shí)時(shí)控制器上的程序，可以從600多個(gè)內(nèi)置LabVIEW函數(shù)中進(jìn)行選擇，其中包括對(duì)I/O模塊的直接訪問，為實(shí)時(shí)控制、分析、數(shù)據(jù)記錄和通信建立應(yīng)用程序。您還可以將現(xiàn)有的C/C++代碼與LabVIEW實(shí)時(shí)模塊代碼整合在一起。對(duì)于需要自定義定時(shí)與信號(hào)處理的應(yīng)用而言，您可以使用LabVIEW FPGA模塊，在CompactRIO機(jī)箱中對(duì)FPGA進(jìn)行自定義編程。使用圖形化編程在上位機(jī)上開發(fā)您的LabVIEW實(shí)時(shí)程序或LabVIEW FPGA程序，然后將程序下載到CompactRIO中。下載到CompactRIO中的程序可獨(dú)立運(yùn)行，或與其他系統(tǒng)連接成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。當(dāng)與其他PC或嵌入式觸摸屏聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，您還可以使用LabVIEW為CompactRIO系統(tǒng)快速建立人機(jī)界面（HMI）或其他用戶接口。