CompactDAQ-Technologie: Mehrere Timing-Engines, Signal-Streaming und mehr

Überblick

In diesem Dokument werden einige der Technologien und Funktionen beschrieben, auf denen CompactDAQ (cDAQ) basiert und die es zu einem einfachen, vollständigen DAQ-System machen. In diese auf Leistung ausgelegten Chassis und Controller ist das Know-how aus jahrelanger Erfahrung in der Mess- und Prüfindustrie eingeflossen. Dank vieler der in diesem Beitrag beschriebenen Technologien hebt sich CompactDAQ von anderen Geräten auf dem Markt ab.

Inhalt

I/O-Module der C-Serie

Es stehen über 60 I/O-Module der C-Serie für verschiedene Messungen zur Verfügung, darunter Thermoelemente, Spannungs-, Strom-, Widerstands- und Dehnungsmesser, RTDs, Digitalmodule (TTL und andere), Beschleunigungsaufnehmer und Mikrofone. Die Kanalanzahl der einzelnen Module liegt zwischen 1 und 32, sodass die unterschiedlichsten Systemanforderungen abgedeckt werden. I/O-Module der C-Serie kombinieren Signalaufbereitung, Konnektivität und Datenerfassung in einem kompakten Modul für jede spezifische Messungsart, wodurch sich die Systemkomplexität verringert und die Messgenauigkeit erhöht. Diese Module können in alle Chassis oder Controller der C-Serie eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Systemen zu erstellen. Sie können die gewünschten Module auswählen und in eines von mehreren CompactDAQ-Systemen installieren, um verschiedene Kombinationen aus Kanalanzahlen und Messungsarten in einem System zu erstellen. Mit CompactDAQ können Sie das richtige System für Ihre Messanwendung erstellen.

Abbildung 1: Sie haben die Wahl aus mehr als 60 I/O-Modulen der C-Serie.

Integrierter Prozessor und Speicher

CompactDAQ-Controller unterstützen die Integration Ihres DAQ-Systems, indem sie Prozessor und Datenspeicher mit der Datenerfassung und Signalaufbereitung in einem kompakten, robusten Formfaktor kombinieren. Dank einer Partnerschaft mit Intel bringt NI industrielle Prozessoren wie den Quad-Core- und Dual-Core-Atom-Prozessor auf den DAQ-Markt. Darüber hinaus bietet CompactRIO mit NI-DAQmx-Controllern dieselbe Integration, wobei Prozessor und Datenspeicher mit der Datenerfassung und Signalaufbereitung in Ihrem DAQ-System kombiniert werden, während der Vorteil eines benutzerprogrammierbaren FPGAs hinzukommt, um benutzerdefinierte Timing- und Trigger- und Steuerungsalgorithmen direkt in der Hardware auszuführen und so Zuverlässigkeit und Determinismus zu maximieren.

Mehr über die Vorteile von CompactDAQ erfahren

Mehr über CompactRIO mit NI-DAQmx-Controllern erfahren

Mechanisches Design

Die Platzierung und Installation von Instrumenten sind wichtige Bestandteile eines Testaufbaus. Sie können elektrisches Rauschen in der Umgebung minimieren, indem Sie Messgeräte in der Nähe des Prüflings platzieren, da die von USB, Ethernet, 802.11 WiFi und verschiedenen anderen Protokollen verwendeten digitalen Signale weniger anfällig für elektromagnetische Störungen sind. CompactDAQ kann viele Kanäle in einem kompakten, robusten Gehäuse messen, sodass Sie das System in der Nähe des Prüflings platzieren können. CompactDAQ-Systeme bieten folgende mechanische Designmerkmale:

Robustes, vielseitiges Chassis mit flexiblen Montageoptionen

  • Kapazität für 1, 4, 8 oder 14 I/O-Module der C-Serie 
  • Möglichkeit zum Übertragen von Daten über USB, Ethernet oder 802.11 WiFi oder Auswahl einer eigenständigen Option mit einem Embedded-Computer
  • Langlebige Metallkonstruktion aus A380
  • Stoßfestigkeit bis 30 g und Vibrationsfestigkeit während des Betriebs bis 0,3 g gemäß IEC-60068-2-27/64 für die meisten Chassis
  • Stoßfestigkeit bis 50 g und Vibrationsfestigkeit während des Betriebs bis 5 g gemäß IEC-60068-2-27/64 für das Chassis des Typs cDAQ-9185/9189
  • -20 °C bis 55 °C Betriebstemperatur für die meisten Chassis und Controller
  • -40 °C bis 70 °C Betriebstemperatur für das Chassis des Typs cDAQ-9185/9189
  • Kits für Panel-, Rack-, DIN-Schienen- und Desktop-Montage
  • 2D- und 3D-Zeichnungen (siehe Datenbank mit technischen Zeichnungen auf ni.com)

 

Abbildung 2: CompactDAQ-Chassis und -Controller bieten Optionen mit 1, 4, 8 oder 14 Slots.

Zugentlastung der Kabel und Signaldrähte für feste Verbindungen

  • Stromanschluss wird mit Schrauben am Chassis befestigt und umfasst ein schützendes Endgehäuse
  • USB-Kabel wird mit Daumenschraube am USB-Chassis befestigt (passendes USB-Kabel in den USB-Chassis-Kits enthalten)
  • Ethernet-Kabel wird mit Verriegelungsmechanismus befestigt (Standard-Ethernet-Kabel separat erhältlich)
  • Bei allen Modulen sind die Zugentlastungsabdeckungen, die ein Abziehen der Kabel verhindern, entweder im Lieferumfang enthalten oder als Zubehör erhältlich
  • Stoß- und Vibrationstests werden mit angeschlossenen Strom-, Kommunikations- und Modulsignalleitungen durchgeführt

Integrierte Trigger-Leitungen für den Import/Export von Digitaltakten

  • USB-Chassis mit 8 und 14 Slots haben zwei BNC-Anschlüsse für Trigger-Leitungen
  • Chassis des Typs cDAQ-9185/9189 verfügen über einen SMB-Anschluss für einen Trigger
  • Bandbreite zur Unterstützung eines Takts von bis zu 1 MHz
  • Möglichkeit zur Synchronisierung mehrerer Systeme (Systemsynchronisierung ist nicht mit allen Modulen kompatibel, siehe Chassis-Handbuch)

 

Die Nahaufnahme zeigt die Stromversorgung, BNC-Trigger-Leitungen und den USB-Anschluss des cDAQ-9178

Abbildung 3: Die Nahaufnahme zeigt die Stromversorgung, BNC-Trigger-Leitungen und den USB-Anschluss des cDAQ-9178.

Automatische Synchronisierung von Modulen und Kanälen

  • Weitere Module können angeschlossen werden, um dem System weitere Messungsarten und Kanäle hinzuzufügen
  • Module eignen sich für Hot Swapping und werden automatisch erkannt, wenn Sie sie in ein CompactDAQ-Chassis oder einen CompactDAQ-Controller einsetzen
  • Ein einzelnes CompactDAQ-System kann gleichzeitig Analogeingang, Analogausgang, Digitaleingang und Digitalausgang mit Hochgeschwindigkeit streamen
  • Mehrere TSN-fähige CompactDAQ-Chassis können über das Netzwerk mit Standard-Ethernet-Kabeln synchronisiert werden
  • Mehrere CompactDAQ-USB-Chassis können mit dem Modul NI 9469 und dem RJ50-Kabel synchronisiert werden

Preise und Bestellinformationen finden Sie auf der Modellseite des CompactDAQ-Chassis

Mehrere Timing-Engines für unterschiedliche Erfassungsraten

Ein wichtiger Bestandteil eines DAQ-Systems ist der A/D-Wandler, der Taktsignale benötigt, um festzulegen, wann Samples erfasst werden sollen. Viele Systeme verfügen über mehrere A/D-Wandler, die denselben Takt haben, um alle Messungen der Kanäle zu synchronisieren. CompactDAQ-Systeme haben den Vorteil, dass sie hinsichtlich der Timing-Engines flexibel sind und über die Standardsynchronisierung hinausgehen.

CompactDAQ-Chassis verfügen über drei Timing-Engines zur analogen Erfassung. Dadurch können Programmierer alle Analogeingänge in bis zu drei verschiedene Gruppen aufteilen, die als Tasks bezeichnet werden:

  • Jeder Task kann mit einer anderen Rate ausgeführt werden (siehe Abbildung 4). Dies ist ideal, wenn Temperaturmessungen, die oft langsam sind, mit schnelleren Messungen wie Schall- und Vibrationsmessungen kombiniert werden.
  • Die drei Tasks arbeiten unabhängig voneinander, können von separaten Schleifen oder Threads in einem Programm adressiert werden und lassen sich gleichzeitig starten.
  • Alle Kanäle in einem einzelnen Task werden automatisch synchronisiert. Wird ein Multiplexmodul in einem Task mit einem Modul für gleichzeitige Abtastung kombiniert, wird der erste Kanal im Multiplexmodul synchronisiert und die nachfolgenden Kanäle im Multiplexmodul werden nacheinander durchlaufen.
  • Alle Kanäle innerhalb eines einzelnen Tasks (simultan und gemultiplext) werden mit der gewünschten Abtastrate ausgegeben.
  • Alle Module können in einen einzelnen Task eingefügt werden. Dadurch werden alle Kanäle mit demselben Takt synchronisiert.

CompactDAQ kann bis zu sieben Tasks gleichzeitig ausführen. Sie können zwischen verschiedenen Task-Optionen wählen:

  • Analoge Erfassung mit bis zu drei Timing-Engines
  • Digitale Erfassung mit festgelegter Timing-Engine
  • Digitale Ausgabe mit festgelegter Timing-Engine
  • Analoge Ausgabe mit festgelegter Timing-Engine
  • Zähler/Timer-Tasks für Quadratur-, Ereignis-, Perioden- oder Frequenzmessungen sowie Pulsdauermodulation (CompactDAQ-Chassis enthalten vier integrierte Zähler/Timer, auf die Sie über ein Digitalmodul zugreifen können)

Mit einer festgelegten Ressource können Tasks zur digitalen und analogen Ausgabe unabhängig voneinander ausgeführt werden, ohne dass ein Taktsignal von einem anderen Task gemeinsam genutzt werden muss. Dadurch wird die Programmierung einfacher und intuitiver. Die festgelegten Ressourcen können mit anderen Subsystemen des Chassis gemeinsam genutzt werden. Sie können beispielsweise den Takt für die digitale Erfassung mit dem Takt für die analoge Ausgabe gemeinsam verwenden, um bei jeder ansteigenden/abfallenden Flanke der digitalen Erfassung eine Spannung zu erzeugen.

Die verschiedenen Timing-Engines und die Möglichkeit zum Verbinden und gemeinsamen Verwenden von Ressourcen bieten CompactDAQ ein Maß an Flexibilität, das von den meisten handelsüblichen DAQ-Systemen nicht erreicht wird.

Verschiedene Tasks zur analogen Erfassung können mit unterschiedlichen Raten im selben Chassis ausgeführt werden

Abbildung 4: Verschiedene Tasks zur analogen Erfassung können mit unterschiedlichen Raten im selben Chassis ausgeführt werden.

Für noch mehr Flexibilität bei Timing-Engines bietet CompactRIO mit NI-DAQmx-Controllern Benutzern die Möglichkeit, eine separate Timing-Engine pro Slot auf dem Controller zu verwenden. So kann der Benutzer bis zu acht Timing-Engines pro Controller einsetzen, wodurch er alle acht dieser Timing-Engines zur flexiblen Programmierung von acht Tasks zur analogen Erfassung mit Hilfe von NI-DAQmx einsetzen kann, die alle gleichzeitig mit einer unabhängigen Abtastrate ausgeführt werden und hardwaregesteuertes Timing bieten.

Klicken Sie hier, um mehr über gleichzeitig ausgeführte Tasks auf CompactDAQ zu erfahren

Mehr über CompactRIO mit NI-DAQmx erfahren

Erweiterte Zähler-Funktionen basierend auf NI-STC3-Technologie

Ein Teil der Kerntechnologie von CompactDAQ-Chassis und -Controllern wird mit anderen NI-DAQ-Produkten gemeinsam verwendet. Diese Technologie wird als dritte Generation des System-Timing-Controllers (NI-STC3) bezeichnet. Viele Geräte verwenden handelsübliche Takte und Oszillatoren für das System-Timing. Die NI-Technologie ist von Grund auf auf Leistung ausgelegt, angefangen bei den Timing-Engines und 30 Jahren Erfahrung mit PC-basierter Instrumentierung. Die NI-STC3-Technologie ist proprietärer Quellcode, der in einen ASIC integriert ist und Systeme wie CompactDAQ von allen anderen Geräten auf dem Markt abhebt.

Vier erweiterte 32-Bit-Zähler/Timer

  • Zähler können zur Ereigniszählung, Quadratur-Encoder-Messung, Pulsdauermodulation, Impulsfolgenerzeugung oder Perioden- bzw. Frequenzmessung verwendet werden.
  • NI-STC3-Zähler sind hochentwickelte Zähler, da sie einen Hilfszähler umfassen, der integriert ist oder sich auf der Platine befindet. Dieser ist für den Benutzer nicht direkt zugänglich, aber der Treiber greift für einige Frequenzmessungen darauf zu. Diese Prozesse erfordern normalerweise zwei kaskadierte Zähler, aber mit der NI-STC3-Technologie können diese hochentwickelten Zähler mit weniger Ressourcen mehr erreichen.
  • Sie können Ressourcen gemeinsam nutzen, um Zähler-Tasks mit anderen Zähler-, digitalen oder analogen Tasks zu synchronisieren.

 

Abbildung 5: Im Diagramm sind Zähler 0 und der Frequenzgenerator zu sehen.

Integrierter Frequenzgenerator

  • 10-MHz-, 20-MHz- und 100-kHz-Basistakte
  • 16 Teiler (n=1..16)
  • Ausgabe über ein installiertes hardwaregetaktetes Digitalmodul oder integrierte BNC-Trigger-Leitungen (1 MHz Bandbreitenbegrenzung auf integrierten Trigger-Leitungen)

Fortgeschrittene Zähler- und Digitalfunktionen

  • Änderungserkennung (Ereignis)
  • Hardware-Triggerung (Start, Referenz und Pause)
  • Programmable Function Interface-(PFI-)Anschlüsse zur Verwendung für I/O-Timing-Signale für Analog-, Digital- oder Zählerfunktionen
  • 8 Zählereingangsfunktionen
  • 5 Zählerausgangsfunktionen

Signal-Streaming-Technologie von NI

Kommunikationsbusse wie USB, Ethernet und 802.11 WiFi verfügen über eine standardisierte Datenstruktur und eine definierte Methode, wie ein Gerät mit dem Host kommuniziert. Doch nicht alle Geräte werden gleich erstellt. Die patentierte Signal-Streaming-Technologie zielt darauf ab, NI-DAQ-Geräte im Rahmen dieser Busstandards am effizientesten zu betreiben. Viele Verbraucherprodukte benötigen nur einen oder zwei gerichtete Datenströme. Musik-Player und Speichergeräte übertragen oft große Datenmengen in eine Richtung und aktualisieren diese auf oder vom Host-PC. Testsysteme umfassen oft mehrere Ein- und Ausgänge, die gleichzeitig ausgeführt werden. Signal-Streaming ermöglicht bidirektionales Hochgeschwindigkeits-Daten-Streaming zum und vom CompactDAQ-System.

Effiziente Kommunikationsbandbreite für CompactDAQ-cDAQ-Signal-Streaming

Abbildung 6: Signal-Streaming ermöglicht das parallele Streaming von Daten mehrerer Tasks mit minimalem Prozessoraufwand.

Mehr über die Signal-Streaming-Technologie erfahren

Software-Optionen mit CompactDAQ

Mit CompactDAQ-Systemen können Sie Mess- und Testanwendungen in verschiedenen Programmierumgebungen wie ANSI C/C++, Visual C# und Visual Basic .NET entwickeln. Dank der nahtlosen Integration von Hardware und Software ist die LabVIEW-Entwicklungsumgebung jedoch die beste Wahl, um mit dem geringsten Programmieraufwand die maximale Leistung aus Ihrem CompactDAQ-System herauszuholen.

LabVIEW ist eine Programmierumgebung zur Entwicklung anspruchsvoller Mess-, Prüf- und Steuerungs-/Regelungssysteme mit intuitiven grafischen Symbolen und Verbindungen, die einem Ablaufdiagramm ähneln. LabVIEW kann mit Tausenden von Hardwaregeräten eingesetzt werden, einschließlich der CompactDAQ-Plattform, und bietet Hunderte integrierter Bibliotheken für erweiterte Analysen und Datenvisualisierung. Mit diesem Tool gemäß Industriestandard können Sie Messungen von mehreren Geräten aus automatisieren, Daten in Echtzeit analysieren und benutzerdefinierte Berichte in nur wenigen Minuten erstellen.

Verwendung von LabVIEW mit NI CompactDAQ (cDAQ)

Abbildung 7: Dank grafischer Programmierung und Datenflussdarstellung können Sie produktiver arbeiten, da Sie die Möglichkeit haben, genau nach Ihren Vorstellungen zu programmieren.

War diese Information hilfreich?

Ja

Nein