CompactRIO平臺是一種高級嵌入式數(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用而設計。系統(tǒng)基于開放的嵌入式體系結(jié)構(gòu)、尺寸小、高度堅固、具有網(wǎng)絡互聯(lián)和豐富的傳感器測量功能，這些特點使其成為結(jié)構(gòu)健康和地震監(jiān)測應用的理想選擇。CompactRIO結(jié)合NI LabVIEW實時模塊和LabVIEW FPGA技術(shù)，讓您能夠使用簡單易用的圖形化編程工具對CompactRIO嵌入式系統(tǒng)進行設計、編程和定制。

本文檔是面向現(xiàn)場應用的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測資源集的一部分。

1. NI CompactRIO特性

小型堅固的嵌入式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)

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

嵌入式實時處理器和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片，用于可靠的獨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)連接可以進行方便的Internet和網(wǎng)絡接入

極限工業(yè)認證和環(huán)境評級：

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

CompactRIO系統(tǒng)包括一個實時控制器、一個可重配置機箱和若干測量I/O模塊。可重配置機箱帶有一個高性能FPGA，能夠為高速傳感器數(shù)據(jù)提供專用帶寬，還提供了定時與I/O信號處理等底層定制功能。實時控制器包括一個工業(yè)級處理器，可以以聯(lián)網(wǎng)或獨立方式運行，控制器上還同時包含用于網(wǎng)絡互聯(lián)和通信功能的以太網(wǎng)口、內(nèi)置Web服務器以及用于與外圍設備連接的串口、USB端口、以及用于數(shù)據(jù)記錄的非易失性存儲器。

?

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量與I/O模塊，將信號連接、信號調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換集成在一起，能夠與多種傳感器直接連接，滿足動態(tài)采集與靜態(tài)監(jiān)測的需求。低噪聲設計、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)采集的可靠性和準確性。

表1列出的C系列模塊可以支持結(jié)構(gòu)監(jiān)測應用中的常見傳感器，例如應變計、加速度計、位移計以及多種環(huán)境傳感器。要查看所有C系列模塊的完整列表，請訪問ni.com/compactrio/cseries。

表1：用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測與測試的C系列模塊舉例

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

CompactRIO機箱還包含一個嵌入式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FPGA編程就可以完成所有C系列模塊的定時與同步，將數(shù)據(jù)直接傳送到LabVIEW實時系統(tǒng)中，進行本地處理、記錄或通信。此外，您也可以使用LabVIEW FPGA工具直接對嵌入式FPGA進行圖形化編程，并實現(xiàn)對模擬I/O和數(shù)字I/O的自定義定時、觸發(fā)、同步、控制和信號處理等復雜功能。

4. 本地數(shù)據(jù)存儲器
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)存存儲器。您可以選擇從128 MB直至2 GB、帶有容錯能力文件系統(tǒng)的內(nèi)置存儲器。部分控制器還帶有可連接USB閃存和內(nèi)存設備的USB端口。此外，可選的NI 9802插入式模塊提供了用于可移動SD內(nèi)存卡的兩個插槽。

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)議進行通信?？刂破鬟€可以方便地進行Internet連接的內(nèi)置Web服務器（HTTP）和文件服務器（FTP）。

表2：CompactRIO控制器通信端口一覽表

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

CompactRIO的緊湊尺寸和較高的I/O密度也有利于簡化安裝過程。CompactRIO機箱有4槽和8槽兩種配置。請參閱表2了解尺寸選項。

表3：CompactRIO機箱/控制器物理尺寸一覽表

7. CompactRIO軟件概述

LabVIEW作為一個圖形化開發(fā)環(huán)境，能夠為高性能的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)記錄應用提供高度靈活性和簡單易用性。您可以使用LabVIEW實時模塊建立一個能夠可靠運行在CompactRIO實時控制器上的程序，可以從600多個內(nèi)置LabVIEW函數(shù)中進行選擇，其中包括對I/O模塊的直接訪問，為實時控制、分析、數(shù)據(jù)記錄和通信建立應用程序。您還可以將現(xiàn)有的C/C++代碼與LabVIEW實時模塊代碼整合在一起。對于需要自定義定時與信號處理的應用而言，您可以使用LabVIEW FPGA模塊，在CompactRIO機箱中對FPGA進行自定義編程。使用圖形化編程在上位機上開發(fā)您的LabVIEW實時程序或LabVIEW FPGA程序，然后將程序下載到CompactRIO中。下載到CompactRIO中的程序可獨立運行，或與其他系統(tǒng)連接成網(wǎng)絡運行。當與其他PC或嵌入式觸摸屏聯(lián)網(wǎng)運行時，您還可以使用LabVIEW為CompactRIO系統(tǒng)快速建立人機界面（HMI）或其他用戶接口。