Rechnergestützte Messtechnik
USB-Messtechnik – Möglichkeiten und Grenzen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Datenlogger: mit eigener Prozessor-Power
Der Datenlogger ist ein Gerät, das in definierten Intervallen über eine bestimmte Zeit hinweg Messwerte aufnimmt und aufzeichnet. Diese Messwerte können dann zum Beispiel (ähnlich wie bei einem Linienschreiber) in einem Diagramm über die Zeit dargestellt werden. Bei einem reinen Datenlogger ist zunächst nicht vorgesehen, auf bestimmte definierte Werte unmittelbar zu reagieren. Eine der einfachsten Anwendungen ist die Langzeit-Messung und Aufzeichnung der Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit. In diesem Sinne umfasst der Datenlogger die Komponenten für Messen, Aufzeichnen/Speichern der Daten, zum Teil sogar den Sensor mit der Signalanpassung. Viele Hersteller bezeichnen jedoch auch die Messvorrichtung alleine schon als Datenlogger, wenn dann z.B. der PC oder Laptop per Software die Aufzeichnung der Daten übernimmt. Für diesen Bereich sind USB-Modularlösungen geradezu prädestiniert, da es oft weder auf Echtzeitfähigkeit noch schnelle Datenübergabe ankommt.
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Mit der neuen ME-Xpert-Datenlogger-Serie (Bild 3), die als Komplettgerät oder als OEM-Karte erhältlich ist, wird das Prinzip des reinen Datenloggers erweitert: Neben dem Aufzeichnen der Daten ermöglichen diese Geräte dank zusätzlicher Digital-Kanäle und „Prozessor-Eigenintelligenz“ unter anderem auch eine Reaktion auf die Messwerte, und dies unabhängig vom PC. Das erste Modell aus der ME-Xpert-Serie trägt die Bezeichnung ME-X168A. Es ist als Embedded-OEM-Karte oder als Komplettsystem im robusten Metallgehäuse und in verschiedenen Ausbauvarianten erhältlich. Die Karte, die das Herzstück des Datenloggers bildet, verfügt über einen ARM9-Prozessor mit 180/270 MHz, einen Koprozessor und 32 oder 64 MB SDRAM. Auf microSD-Karte bis 32 GB oder optional mSATA-SSD bis 64 GB werden das Betriebssystem (Debian Linux) sowie die Benutzerdaten gespeichert. Als Boot-Optionen stehen SD-Karte, DFÜ und RS-232 zur Verfügung.
Die externen Anschlussmöglichkeiten sind sehr umfangreich, darunter Ethernet/LAN (RJ45-Netzwerkanschluss per ENC28J60), USB (Host oder Device), integrierte USB-Konsole (USB-zu-RS-232-Wandler), SPI-Bus, I²C-Bus und 16 GPIOs. Bei der messtechnischen Ausstattung bietet das System bis zu acht Analog-Eingänge mit 16-bit-A/D-Wandlern und bis zu 2 MS/s Summenabtastrate. Zudem ist eine integrierte Signalanpassung für verschiedene Sensorsignale vorgesehen. Diese ist modular und dadurch sehr flexibel und individuell an die Bedürfnisse der Applikation anpassbar. Zudem ist das System über SPI und I²C-Bus beliebig erweiterbar mit Relais, Optokopplern, Schrittmotoransteuerung, CAN, RS-232, Analog-Ausgängen/DACs, Analog-Eingängen/ADCs, Digital-I/O usw. Versorgt wird das System extern mit 7 bis 40 V (mit LED-Anzeige für Power). Auf Anfrage sind kundenspezifische Anpassungen und Systemlösungen möglich. Mit seiner Prozessor-„Intelligenz“ ist der Datenlogger auch für den Echtzeit-Einsatz geeignet. Typische Anwendungsfälle: Allround-Datenlogger für verschiedenste Einsatzbereiche, Messdatenerfassung, allgemeine Steuerungsaufgaben, Signalgenerator, PWM/Pulsbreitenmodulation (z. B. Motoren-Steuerung), PID-Regler.
Auswahl der Messmittel
Das Angebot an Komponenten für die Messtechnik und Messwerterfassung ist nahezu unüberschaubar groß. Allerdings: Wer die Wahl hat, hat die Qual. Die durchdachte Planung der Messung und die Wahl der Messmittel sind damit immens wichtig geworden. Neben so einfachen Kriterien wie dem vorhandenen Budget, den örtlichen Gegebenheiten (Platzangebot? Verteilt im Feld oder zentral?), der Anzahl der Messstellen und der nötigen Genauigkeit werden andere Gesichtspunkte oft übersehen. So stellen sich zum Beispiel von vorne herein ganz prinzipielle Fragen:
- In welchen Intervallen, über welchen Zeitraum soll gemessen werden?
- Soll nur gemessen oder auch auf Messwerte reagiert werden?
Oder anders formuliert, die beiden Extremfälle:
- Werden über einen bestimmten Zeitraum hinweg alle Messwerte benötigt, zum Beispiel für Langzeit-Kontrolle, eine statistische Auswertung oder das Suchen eines sporadischen Fehlers, werden die Daten sofort dargestellt und/oder analysiert
- oder werden die Messwerte an sich überhaupt nicht benötigt, sondern muss nur auf Extremwerte reagiert werden, zum Beispiel Öffnen eines Ventils bei zu hohem Druck?
In dem ganz einfachen Beispiel einer Langzeit-Messung und Aufzeichnung der Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit ist zu erkennen, wie wichtig diese Vorüberlegungen zur Messung sein können: Hier würde es keinen Sinn machen, im Millisekunden-Abstand Messwerte aufzunehmen, da sich diese Werte im Normalfall viel langsamer verändern und dies unnötig Speicher benötigen würde.
So mag die Abtastrate bei manchen USB-Temperatur-Messboxen (Beispiel in Bild 4) auf den ersten Blick gering wirken; andererseits gibt es zum Beispiel nur sehr wenige Anwendungen mit einem Thermoelement, in denen es erforderlich ist, öfter als max. zwei- bis zehnmal in der Sekunde abzutasten. Geht es hingegen nur darum, bei zu hoher Temperatur eine Kühlung zu aktivieren, sind die einzelnen Messwerte an sich uninteressant; es muss nur auf definierte Grenzwerte reagiert werden.
Letztlich sind für viele Anwendungen die vom PC abgesetzten USB-Module eine interessante Lösung. Die PC-USB-Oszilloskope haben sich als ernstzunehmende Alternative zu Benchtop-Geräten etabliert; I/O-Boxen können in einfacheren Applikationen durchaus Messkarten ersetzen. Aber auch im industriellen Echtzeit-Bereich können Geräte wie solche Datenlogger punkten, die einen eigenen Prozessor und neben USB noch viele weitere Schnittstellen zur Anbindung an den PC bieten.
Der Autor
| Ernst Bratz |
|---|
| ist bei Meilhaus electronic als technischer Marketing-Leiter tätig. |
- USB-Messtechnik – Möglichkeiten und Grenzen
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