Pramoninės automatikos ir mokslinių tyrimų bandymų srityse duomenų rinkimo įrangos našumas tiesiogiai veikia sistemos tikslumą ir kūrimo efektyvumą. „National Instruments“ (NI) USB serijos duomenų rinkimo kortelės, pasižyminčios moduliniu dizainu, didelio našumo specifikacijomis ir tvirta programinės įrangos ekosistema, tapo nepakeičiamais įrankiais laboratorijose ir gamybos linijose. Šiame straipsnyje nagrinėjami tokie populiarūs modeliai kaip USB-7845, USB-6211 ir USB-6343.

I. Techniniai parametrai: Įvairiems scenarijams pritaikytos aparatinės įrangos konfigūracijos

Analoginio signalo apdorojimo galimybės

· Didelės raiškos diskretizavimas: USB-7845 turi 16 bitų analoginį-skaitmeninį keitiklį (ADC), palaikantį vienpusį/diferencinį režimo perjungimą analoginiams įvesties kanalams. Maksimalus 500 kS/s (kilosamplementų per sekundę) diskretizavimo dažnis leidžia užfiksuoti iki 25 kHz dinaminius signalus.

· Plataus diapazono išvestis: analoginės išvesties kanalai pasiekia 1 MS/s (megaatrankos per sekundę) atnaujinimo dažnį, apimdami ±10 V išėjimo įtampos diapazoną. Kartu su FPGA programavimo galimybe tai leidžia generuoti pritaikytą bangos formą.

· Daugiakanalis sinchronizavimas: USB-6343 palaiko 32 vienkanalius arba 16 diferencialinių įėjimų, kurių visų diskretizavimo dažnis yra 500 kS/s. Naudodamas NI-STC3 laiko technologiją, jis pasiekia nanosekundžių lygio sinchronizavimo tikslumą, idealiai tinkantį kelių jutiklių matricų duomenų rinkimui.

Skaitmeninės ir skaitiklio funkcijos

· Dvikryptis skaitmeninis įvestis/išvestis: USB-7845 turi 48 su TTL/CMOS suderinamus skaitmeninius kanalus su programuojamais loginiais lygiais (3,3 V / 5 V), kad būtų galima tiesiogiai valdyti reles arba skaityti jungiklio signalus.

· Didelio tikslumo skaitikliai: USB-6211 turi du 32 bitų skaitiklius, palaikančius maksimalų 80 MHz signalo dažnį, PWM išvestį ir kodavimo sąsajas, todėl tinka variklių valdymo ir padėties grįžtamojo ryšio sistemoms.

Aplinkos prisitaikymas

· Pramoninės klasės apsauga: USB-7845 turi sandarų metalinį korpusą, veikia nuo -20 °C iki 70 °C temperatūroje, atlaiko 50 g smūgius ir atitinka MIL-STD-810G karinius standartus.

· Elektromagnetinis suderinamumas: sertifikuotas CE ir FCC, apima TVS diodų fiksavimo apsaugą analoginiuose kanaluose, atlaikančią ±200 V elektrostatinę iškrovą (ESD).

II. Pagrindinės savybės: FPGA pagrįsta lanksti architektūra

Vartotojo programuojama FPGA

USB-7845 integruotas didelio našumo FPGA lustas, leidžiantis vartotojams įdiegti pasirinktinę logiką naudojant „LabVIEW FPGA“ modulį. Pavyzdžiui, atliekant aparatinės įrangos kilpoje (HIL) testavimą, jis gali kurti realaus laiko modelius, sklandžiai integruodamas fizinę įvestį / išvestį su virtualiomis sistemomis, kad bandymų ciklai sutrumpėtų daugiau nei 60 %.

Sinchronizavimo ir paleidimo sistemos

· Kelių įrenginių sinchronizavimas: „NI-TClk“ technologija leidžia sinchronizuoti skirtingų įrenginių diskretizavimo laikrodžius, kai paklaidos yra mažesnės nei 100 ps.

· Sudėtingos suveikimo sąlygos: palaiko skaitmeninį suveikimą kraštu, analoginį suveikimą lange ir išorinį suveikimą. USB-6211 pasiekia vos 50 ns suveikimo uždelsimą, todėl tinka greitam impulsų sekos fiksavimui.

Programinės įrangos ekosistemos integracija

· Tvarkyklės ir API: „NI-DAQmx“ tvarkyklė suteikia vieningą programavimo sąsają, palaikančią „LabVIEW“, „Python“, C/C++ ir kt.

· Išplėstiniai analizės įrankiai: kartu su „LabVIEW“ signalų apdorojimo įrankių rinkiniu, jis leidžia naudoti sudėtingus algoritmus, tokius kaip FFT spektrinė analizė ir užsakymų sekimas, be papildomo kodavimo.

III. Tipiniai taikymo scenarijai

Automatizuotos bandymų sistemos

· Atvejis: Automobilių elektroninių valdiklių testavimas

· Konfigūracija: USB-7845 tvarko analoginį duomenų rinkimą (pvz., įtampos / srovės stebėjimą), o USB-6211 apdoroja skaitmeninius signalus (jungiklių aptikimas). „TestStand“ programinė įranga automatizuoja darbo eigos valdymą.

· Privalumai: Pakeičia tradicines kelių prietaisų sistemas, padidindama bandymų aprėptį 40 % ir sutrumpindama gedimų diagnostikos laiką iki trečdalio, palyginti su įprastiniais metodais.

Aparatinės įrangos kilpoje (HIL) modeliavimas

· Taikymas: Variklio tvarkyklės kūrimas

· Įgyvendinimas: USB-7845 FPGA vykdo realaus laiko variklio modelį, kad imituotų apkrovos pokyčius, o USB-6343 fiksuoja tvarkyklės išvesties signalus uždaros kilpos valdymui.

· Privalumai: 80 % sumažina aparatinės įrangos sąveikos vėlavimą, palyginti su modeliavimu tik programine įranga, taip pagreitindamas valdiklio algoritmo patvirtinimą.

Tyrimų lygio jutiklių duomenų rinkimas

· Scenarijus: Tilto vibracijos stebėjimas

· Sprendimas: USB-4431 (skirtas akustinėms/vibracinėms reikmėms) sinchroniškai gauna keturis akselerometro signalus 102,4 kS/s greičiu ir kartu su IEPE signalo apdorojimu tiesiogiai valdo pjezoelektrinius jutiklius.

· Duomenys: Pasiekia 100 dB dinaminį diapazoną ir <5 μV triukšmo lygį, atitinkančius griežtus konstrukcijos būklės stebėjimo reikalavimus.

Švietimo ir mokymo platformos

· Įrankis: USB-6009 pigių duomenų rinkimo plokštė

· Taikymas: Kartu su eksperimentiniu rinkiniu TLA-004/U6 jis palaiko tokius kursus kaip „Jutiklių principai“ ir „Automatinis valdymas“. Studentai gali programuoti virtualius osciloskopus ir funkcijų generatorius naudodami „LabVIEW“.

· Vertė: 70 % sumažina įrangos sąnaudas ir sutrumpina eksperimento pasiruošimo laiką iki mažiau nei 10 minučių.

IV. Atrankos vadovas ir ateities tendencijos

„NI“ USB serija dabar siūlo visą produktų matricą:

· Baziniai modeliai: USB-6001/6003 (8 analoginiai įėjimai, 14 bitų skiriamoji geba, tinka mokymui ir paprastiems bandymams)

· Pagrindiniai modeliai: USB-6211/6251 (16 bitų tikslumas, daugiafunkcinė integracija, našumo ir kainos balansas)

· Didelio našumo modeliai: USB-7845/6343 (FPGA išplėtimas, daugiakanalė sinchronizacija, pritaikyta sudėtingoms sistemoms)

Produkto svetainė:

https://www.3splc.com/NI-USB_c0_ss

Tobulėjant 4-ajai pramonei ir dirbtiniam daiktų internetui (DIoT), „NI“ tobulina USB seriją, siekdama periferinių skaičiavimų. Naujesniuose modeliuose integruoti ARM procesoriai, skirti vietiniam duomenų išankstiniam apdorojimui ir sprendimų priėmimui periferiniuose kompiuteriuose, taip sumažinant priklausomybę nuo pagrindinių kompiuterių. Projektams, kuriems reikalingas didelis tikslumas, lankstumas ir greita plėtra, „NI“ USB serija išlieka patikimu pasirinkimu.