Schnelle und präzise Datenerfassung
Das USB-DAQ-System von NI beschleunigt die Produktentwicklung
Wer elektronische oder elektromechanische Systeme entwickelt, braucht Messequipment, das hochpräzise Daten liefert und sich schnell einrichten lässt. Mit dem mioDAQ USB bietet NI ein Datenerfassungssystem, das sich nahtlos in Entwicklungs- und Testumgebungen einfügt.
Es kombiniert robuste Hardware, flexible Anschlüsse und eine enge Anbindung an etablierte Softwarelösungen – von der schnellen Inbetriebnahme bis zur automatisierten Datenauswertung.
Die Entwicklung elektronischer und elektromechanischer Produkte kann ein Wettlauf mit der Zeit sein. Leistungsstarke Datenerfassungstools (DAQ) können dazu beitragen, den Entwicklungsprozess zu vereinfachen und zu beschleunigen. Diese DAQ-Tools bieten eine hohe Leistungsfähigkeit mit 20 Bit Auflösung, ±10-V-Eingängen für Sensoren, Batterien und andere Geräte mit einer Abtastrate von bis zu 1 MSamples/s/ch, bis zu 16 digitale I/O-Leitungen, Zähler, Eingänge für Quadratur-Encoder, Resolver, Impuls-/Ereigniszählsensoren, Highspeed-Spannungssignale, Spannungsabfälle über einem Shunt-Widerstand für Strommessungen und vieles mehr. Außerdem müssen mehrere Funktionen automatisiert und generiert werden, beispielsweise Lesen/Schreiben auf TTL-Digitalleitungen, Ansteuerung von Schwachstromrelais über Digitalleitungen, Erzeugung von ±10-V-Ausgangssteuersignalen und ±10-V-Signalen zur Simulation von Sensoren, Erzeugung von pulsweitenmodulierten (PWM) Signalen und Synchronisierung von Spannungs-, Digital- und Zählersignalen.
All diese Tools müssen aber auch einfach zu nutzen sein und über Funktionen verfügten wie etwa unabhängige Timing-Engines für analoge und digitale I/O, Selbstkalibrierung, USB-Anbindung sowie über eine schnelle Einrichtung und Integration. Das System sollte zudem Softwareoptionen wie kostenlose Protokollierungssoftware, APIs und Beispielprogramme sowie erweiterte Unterstützung für Python und C/C++ bieten.
USB-DAQ
Hier setzt das neue System mioDAQ USB von NI an. Es bietet die nötige Performance und Flexibilität, um die Markteinführung elektronischer und elektromechanischer Systeme zu beschleunigen. Über einen USB-Typ-C-Anschluss wird es mit einem einzigen Kabel an Laptop oder Desktop verbunden, um Daten zu erfassen, zu analysieren und gleichzeitig die Stromversorgung sicherzustellen. Mit bis zu 16 Kanälen, 20 Bit Auflösung, ±10-V-Messbereichen sowie digitalen I/O- und Zähler-/Timerkanälen eignet sich das System für leistungsfähige und flexible Test- und Entwicklungsumgebungen (Bild 1).
Die Smart-ID-Pins kommunizieren mit einem vom Benutzer bereitgestellten EEPROM, so dass Intelligenz in einen Prüfstand eingebaut werden kann. Ein EEPROM lässt sich direkt an den federbelasteten Stecker anschließen oder in Prototypenplatinen integrieren. Das EEPROM kann auf folgende Informationen abgefragt werden:
- Bestätigung, dass die Kabel an den richtigen Anschluss angeschlossen sind
- Erfassen von Informationen über das zu prüfende Gerät (DUT) zur Verwendung in der Kanal- und Konstantenzuordnung
- Automatisieren der Metadatenprotokollierung
Die Kaltstellenkompensation (CJC) wird bei Thermoelementen verwendet. Sie korrigiert den Temperaturunterschied zwischen der heißen Verbindungsstelle des Thermoelements (wo die Temperatur gemessen wird) und seiner kalten Verbindungsstelle (wo die Thermodrähte mit dem Messsystem verbunden sind). CJC verbessert die Genauigkeit von Thermoelementmessungen erheblich, insbesondere bei schwankenden Vergleichsstellentemperaturen.
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Robuste Performance
Das mioDAQ wurde für den Einsatz auf dem Labortisch konzipiert und ist robust genug für den Einsatz in vollautomatischen Prüfvorrichtungen. Die Genauigkeit bleibt bis zu zehn Jahre ohne Nachkalibrierung erhalten. Damit eignet es sich für den Einsatz bei Fertigungstests oder Feldanwendungen, bei denen eine häufige Nachkalibrierung die Produktivität beeinträchtigen kann. Es sind auch Modelle mit zweijährigen Rekalibrierungszyklen erhältlich, was ideal für Labortests und Validierungsanwendungen ist.
Die Selbstkalibrierung kann Unterschiede in der Betriebsumgebung und Abweichungen bei den Fertigungskomponenten ausgleichen. Sie wird durch einfaches Anklicken einer Schaltfläche im Hardware-Konfigurationsprogramm gestartet. Der mioDAQ-Treiber speichert die Selbstkalibrierungseinstellungen in einem Onboard-EEPROM als multivariables Polynom, das ohne signifikante Beeinträchtigung der Verarbeitungsgeschwindigkeit implementiert wird und im Vergleich zu einer einfacheren linearen Kalibrierungsgleichung eine bessere Performance bietet.
Beispiele für Messungen, die vom mioDAQ unterstützt werden, sind:
- Sensoren und andere ±10V-Signale mit bis zu 1 MS/s pro Kanal
- Spannungsabfälle über Shunt-Widerständen
- Batteriezellenspannung (Spitzenzellspannung ±10 V)
- Stromschienen für USB- oder batteriebetriebene Designs
- Impuls- und Ereigniszählung
- Quadratur-Decoder
- Resolver
- Saitenpotentiometer zur Messung der linearen Verschiebung
- Niederspannungsstromsensoren und -wandler
Einige mioDAQ-Geräte unterstützen Multiplexing, um eine höhere Kanalzahl zu erreichen. Im Multiplex-Modus wird ein einziger Analog/Digital-Wandler für mehrere analoge Eingangskanäle verwendet. Dadurch erhöht sich zwar die Anzahl der Kanäle, doch muss die Gesamtabtastrate von den gemultiplexten Kanälen gemeinsam genutzt werden, wodurch sich die Abtastrate der einzelnen Kanäle verringert. Außerdem lassen sich Steuersignale für eine Vielzahl von Funktionen automatisieren (Tabelle 1).
Unter der Haube
Um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen, ist ein solides Verständnis der Gerätespezifikationen und -funktionen. Zum Beispiel unterstützt mioDAQ drei analoge Eingangsanschlusskonfigurationen: Der Differenzmodus misst die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingangsanschlüssen und kann verwendet werden, um die Auswirkungen von Gleichtaktstörungen zu minimieren. Der RSE-Modus (referenzbezogen) misst die Spannung eines Signals für einen bestimmten, von der Erdung isolierten Referenzpunkt. Soll die Spannung eines Signals für eine potenzialfreie oder isolierte Masse ohne externen Massebezug gemessen werden, ist der nicht referenzierte Single-Ended-Modus (NRSE) zu wählen.
Separate Timing-Engines ermöglichen die Einstellung unterschiedlicher Raten für analoge Eingangskanäle (AI), analoge Ausgänge (AO) und digitale I/O-Leitungen (DIO). Zum Beispiel kann der Benutzer wählen:
- Synchronisierung der Systeme mit demselben Takt und Verwendung von AI, AO und DIO mit derselben Geschwindigkeit und zum selben Zeitpunkt
- Trigger auf einen analogen Eingangsspannungswert
- Gleichzeitiger Start mehrerer Subsysteme mit unterschiedlichen Laufgeschwindigkeiten
- Erneute Triggerung der Datenerfassung, das heißt Erfassung einer festen Anzahl von Abtastwerten auf der Grundlage eines Triggers, dann Zurücksetzen und Warten auf das nächste Triggerereignis
Die programmierbare Funktionsschnittstelle (PFI) des mioDAQ USB von NI besteht aus einer Reihe von Digital-I/O-Leitungen, die als statische Digital-I/O konfiguriert oder mit Zähler-/Timer-, Trigger- und Timing-Funktionen verwendet werden können. Sie ermöglichen eine größere Flexibilität bei der Steuerung und Überwachung. Die PFI-Leitungen eignen sich beispielsweise für Funktionen wie Analogerfassung, Erzeugung von Wellenformen oder Zählerereignisse. Die Softwareunterstützung, einschließlich des NI-DAQmx-Treibers und der Konfigurationsdienstprogramme, vereinfacht die Verwendung der PFI-Leitungen.
Schnellstart für ein Projekt
In der NI-mioDAQ-Box findet der Anwender die für einen schnellen Start benötigte Hardware, darunter ein NI mioDAQ, ein zwei Meter langes USB-C-zu-USB-C-Kabel mit Feststellschraube, Federklemmen, ein Endgehäuse für die Klemmen zur Zugentlastung und einen NI-Schraubendreher zum Festziehen der Feststellschraube am USB-Stecker (Bild 2). Kabel, Federklemmen und Endgehäuse sind auch separat bestellbar.
Software beschleunigt Einrichtung
Der Benutzer startet die Einrichtung von mioDAQ, indem er den QR-Code auf dem Gerät scannt. Dieser führt zur NI-Webseite mit allen erforderlichen Ressourcen: Benutzerhandbuch, Einrichtungsvideos, Pinbelegungskarte sowie Software und Treiber für FlexLogger Lite, LabVIEW, Python und C/C#, um eine schnelle und reibungslose Installation zu gewährleisten.
Die kostenlose Software NI Measurement & Automation Explorer (MAX) ermöglicht den Zugriff auf NI-Hardware und dient als zentraler Knotenpunkt für die Interaktion mit NI-Hardware und -Software. Sie wird automatisch mit allen NI-Treibern und Systemkonfigurationen installiert. MAX ermöglicht die Konfiguration von Geräten, die Behebung von Problemen und sogar die Erstellung von simulierten Geräten zu Testzwecken ohne physische Hardware.
NI FlexLogger Lite ist eine kostenlose Softwareanwendung für einfache Projekte oder neue Anwender, die Daten erfassen und protokollieren möchten. Ohne Programmierung kann der Benutzer die Daten von Sensoren und anderen Messgeräten schnell konfigurieren, visualisieren und protokollieren.
FlexLogger Lite erkennt automatisch die NI-DAQ-Hardware und bietet sensorspezifische Konfigurationsoptionen. Es ermöglicht eine Echtzeit-Visualisierung der erfassten Daten, so dass die Benutzer die Messungen während der Erfassung überwachen können. Es unterstützt auch die Protokollierung von Daten in gängigen Formaten wie Excel oder binären .tdms-Dateien. FlexLogger Lite ist eine Ergänzung zur FlexLogger-Software mit vollem Funktionsumfang. Der Benutzer kann sich für ein Upgrade auf die Vollversion entscheiden, um erweiterte Funktionen wie automatisierte Tests, benutzerdefinierte Messungen und die Skalierung auf mehrere Chassis zu erhalten.
Für komplexere Anforderungen kann der Anwender auf LabVIEW zurückgreifen. Es läuft unter Windows und Linux und bietet eine grafische Programmiersprache und eine Entwicklungsumgebung für Automatisierungs-, Test- und Messanwendungen. Die grafische Oberfläche macht es einfacher, komplexe Prozesse zu visualisieren und zu verstehen als die traditionelle textbasierte Programmierung. LabVIEW wird in vielen Branchen eingesetzt, etwa in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Prozessindustrie zur Automatisierung von Messungen, Tests und für Datenerfassung. Es unterstützt Datenvisualisierung und -analyse sowie Echtzeitsteuerung mit deterministischem Verhalten.
Für eine noch leistungsfähigere und umfassendere Softwareumgebung ist mioDAQ mit der auf LabVIEW basierenden NI LabVIEW+ Suite kompatibel, einem Bundle von NI-Prüfsoftware zur Optimierung von Prüf- und Validierungsprozessen, das Tools für die Automatisierung, Datenerfassung, Analyse und Berichterstellung bündelt. Die LabVIEW+ Suite umfasst folgende Schlüsselkomponenten:
- NI TestStand-Testframework für Entwurf, Verwaltung und Ausführung von Testsequenzen
- InstrumentStudio für die interaktive Konfiguration und Steuerung von Instrumenten
- FlexLogger für schnelle und skalierbare Datenerfassung
- DIAdem bietet Datenanalyse- und Berichtsfunktionen
Montageoptionen
mioDAQ USB ist mehr als ein Desktop-Gerät. Der Benutzer hat die Wahl zwischen vertikaler oder horizontaler DIN-Schienen-, Flachpanel- und 19-Zoll-Rack-Montage für den Aufbau von Prüfständen und Automatisierungssystemen. Die Montagekits kommen mit USB-C-Kabeln mit rechtwinkligen Steckern, um die Installation zu vervollständigen. Ersatz-USB-C-Stecker sind ebenfalls erhältlich. Zu den Montagespezifikationen gehören (Bild 3):
- Für die horizontale Montage auf einer 35-mm-Standard-Hutschiene ist ein DIN-Clip-Satz (Teilenummer 789986-01) erhältlich. Enthält ein USB-C-Kabel mit rechtwinkligen Anschlüssen.
- Die Montage auf einer vertikalen Hutschiene und auf einem flachen Panel mit Schlüssellöchern kann mit der Teilenummer 789955-01 realisiert werden. Enthält ein USB-C-Kabel mit rechtwinkligen Anschlüssen.
- 19-Zoll-Rackmontage mit der Teilenummer 789953-01, die bis zu zwei mioDAQ-Geräte montieren kann und zwei USB-C-Kabel mit rechtwinkligen Steckern enthält.
Fazit
Das mioDAQ USB von NI bietet umfassende Hardwareleistung und vielseitige Softwaretools, um die Entwicklung elektronischer und elektromechanischer Produkte zu beschleunigen. Eine einfache Einrichtung und Konfiguration, garantierte Messkalibrierungen für bis zu zehn Jahre und Modelle mit unterschiedlichen Kanalzahlen ermöglichen eine optimale Projektanpassung bei höchster Genauigkeit und Präzision.
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