作者：Jeff Shepard

投稿人：DigiKey 北美編輯

開發(fā)先進(jìn)的電子和機(jī)電產(chǎn)品需要與時(shí)間賽跑。功能強(qiáng)大的全新數(shù)據(jù)采集 (DAQ) 工具有助于簡(jiǎn)化和加快開發(fā)過(guò)程，并在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。

這些 DAQ 工具性能優(yōu)異，如用于傳感器、電池和其他設(shè)備的 20 位 ±10 V 輸入（每通道采樣率高達(dá) 1 MS/s）、多達(dá) 16 路的數(shù)字 I/O 線、計(jì)數(shù)器、正交編碼器輸入、旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖/事件計(jì)數(shù)傳感器（如儀表）、高速電壓信號(hào)、用于電流測(cè)量的分流電阻上的壓降等。

此外，還需要自動(dòng)生成多種功能，包括讀/寫 TTL 數(shù)字線路、通過(guò)數(shù)字線路驅(qū)動(dòng)低電流繼電器、生成 ±10 V 輸出控制信號(hào)和 ±10 V 信號(hào)以模擬傳感器、生成脈寬調(diào)制 (PWM) 信號(hào)，以及對(duì)電壓、數(shù)字和計(jì)數(shù)器信號(hào)進(jìn)行同步。

要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，這些綜合型工具還必須簡(jiǎn)單易用，并具備模擬和數(shù)字輸入/輸出的獨(dú)立定時(shí)引擎、自校準(zhǔn)、USB 連接以及快速設(shè)置和集成等功能。系統(tǒng)應(yīng)提供軟件選項(xiàng)，如免費(fèi)日志軟件、API，以及對(duì) Python 和 C/C++ 的高級(jí)支持。

USB DAQ

NI 的新型 mioDAQ USB 系統(tǒng)性能優(yōu)良，靈活性高，可加快各種電子和機(jī)電系統(tǒng)的上市時(shí)間。首先是使用 USB Type C 的連接功能。mioDAQ USB 只需一根電纜即可快速連接筆記本電腦或臺(tái)式電腦，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和供電。

該系統(tǒng)提供多達(dá) 16 個(gè)通道的 20 位分辨率和 ±10 V 測(cè)量，可支持每秒同時(shí) 100 萬(wàn)次采樣。此外，該系統(tǒng)還具有各種數(shù)字輸入/輸出和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器通道，可用于高性能、高靈活性測(cè)試和產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)（圖 1）。

圖 1：所示為 mioDAQ USB 的一側(cè)，包括各種輸入/輸出。USB 連接器位于另一側(cè)。（圖片來(lái)源：NI）

智能 ID 引腳與用戶提供的 EEPROM 進(jìn)行通信，因此可在測(cè)試臺(tái)中內(nèi)置智能功能。EEPROM 可直接與彈簧端子插頭連接，或設(shè)計(jì)到原型板中?？赏ㄟ^(guò) EEPROM 進(jìn)行以下查詢：

• 確認(rèn)電纜是否插入正確的端口
• 采集被測(cè)設(shè)備 (DUT) 的信息，用于通道和常數(shù)映射
• 自動(dòng)記錄元數(shù)據(jù)

冷結(jié)補(bǔ)償 (CJC) 與熱電偶一起使用。該功能可校正熱電偶熱端（測(cè)溫位置）和冷端（熱電偶導(dǎo)線連接測(cè)量系統(tǒng)的位置）之間的溫差。CJC 大大提高了熱電偶測(cè)量的準(zhǔn)確性，尤其是在冷結(jié)溫度波動(dòng)的情況下。

性能可靠

mioDAQ 采用臺(tái)式設(shè)計(jì)，經(jīng)久耐用，可用于全自動(dòng)測(cè)試夾具。該設(shè)備可以在長(zhǎng)達(dá) 10 年的時(shí)間內(nèi)保持精度不變而無(wú)需重新校準(zhǔn)，因此適用于頻繁的重新校準(zhǔn)會(huì)影響生產(chǎn)效率的制造測(cè)試或現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。此外，該設(shè)備還包括兩年校準(zhǔn)一次的型號(hào)，非常適合實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架測(cè)試和驗(yàn)證應(yīng)用。

自校準(zhǔn)功能可根據(jù)工作環(huán)境的差異和任何制造組件的差異進(jìn)行調(diào)整。只需點(diǎn)擊硬件配置實(shí)用程序中的一個(gè)按鈕，即可啟動(dòng)自準(zhǔn)校準(zhǔn)。mioDAQ 驅(qū)動(dòng)程序會(huì)將自校準(zhǔn)調(diào)整參數(shù)存儲(chǔ)在板載 EEPROM 中，采用多變量多項(xiàng)式實(shí)現(xiàn)，既不會(huì)明顯影響處理速度，又實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于較簡(jiǎn)單線性校準(zhǔn)方程的性能。

mioDAQ 支持的測(cè)量示例包括：

• 傳感器和其他設(shè)備，±10 V 信號(hào)，速度每通道高達(dá) 1 MS/s
• 分流電阻上的電壓降
• 電池電壓（±10 V 峰值測(cè)量值）
• USB 或電池供電型設(shè)計(jì)的電源軌
• 脈沖和事件計(jì)數(shù)
• 正交編碼器
• 解析器
• 用于測(cè)量線性位移的弦線電位計(jì)
• 低壓電流傳感器和互感器

一些 mioDAQ 設(shè)備支持多路復(fù)用，以實(shí)現(xiàn)更高的通道數(shù)。多路復(fù)用模式使用單個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理多個(gè)模擬輸入通道。雖然這樣做會(huì)有效地增加通道數(shù)量，但要求多路復(fù)用通道共享總采樣率，從而降低了單個(gè)通道的采樣率。

此外，控制信號(hào)還可自動(dòng)用于各種功能，如：

• ±10 V 輸出信號(hào)
• 數(shù)字輸出信號(hào)
• 外部繼電器（通過(guò)數(shù)字線路控制）
• 生成脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 信號(hào)
• 模擬傳感器
• 連接到 LED
• 時(shí)鐘和觸發(fā)器
  四種 mioDAQ 型號(hào)，包括零件編號(hào)為 789887-01、789882-01、789888-01 和789884-01 的器件，使用戶能夠獲得所需的確切性能，以便快速設(shè)計(jì)更好的產(chǎn)品并進(jìn)行研究（表 1）。| MIODAQ 型號(hào) | USB-6421 | USB-6423 | USB-6451 | USB-6453 |
  | --------------------------- | ---------------------- | ---------------------- | ----------------------- | ------------------------ |
  | 零件編號(hào) | 789887-01 | 789882-01 | 789888-01 | 789884-01 |
  | 模擬輸入通道（單端/差分） | 16/8 | 32/16 | 16/8 | 32/16 |
  | 最大采樣率 | 250 kS/s（1 個(gè)通道） | 250 kS/s（1 個(gè)通道） | 1 MS/s/ch（8 個(gè)通道） | 1 MS/s/ch（16 個(gè)通道） |
  | ADC 數(shù)量 | 1 | 1 | 8 | 16 |
  | 同時(shí)* | 沒(méi)有 | 沒(méi)有 | 是 | 是 |
  | 分辨率 | 16 位 | 16 位 | 20 位 | 20 位 |
  | 模擬輸出（4 通道） | 2 | 4 | 2 | 4 |
  | 數(shù)字I/O 通道 | 16 | 16 | 16 | 16 |
  | 計(jì)數(shù)器 | 4 | 4 | 4 | 4 |

表 * 1：mioDAQ USB 分為四種型號(hào)，用戶可根據(jù)應(yīng)用要求選擇相應(yīng)的性能。(表格來(lái)源：NI）***

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙

要實(shí)現(xiàn)最大效益，就必須充分了解設(shè)備的規(guī)格和功能。例如，mioDAQ 支持三種模擬輸入終端配置。

在差分模式下，可測(cè)量?jī)蓚€(gè)輸入終端之間的電壓差，用于最大限度地降低共模噪聲的影響。在單端參考 (RSE) 模式下，測(cè)量與地隔離的特定參考點(diǎn)的信號(hào)電壓。如果需要測(cè)量浮地或隔離地的信號(hào)電壓，且沒(méi)有外部接地基準(zhǔn)，則可以使用非基準(zhǔn)單端 (NRSE) 模式。

獨(dú)立的定時(shí)引擎可為模擬輸入 (AI) 通道、模擬輸出 (AO) 和數(shù)字輸入/輸出 (DIO) 線路設(shè)置不同的速率。例如，用戶可以選擇：

· 將系統(tǒng)同步到相同的時(shí)鐘，并以相同的速率和時(shí)間使用 AI、AO 和 DIO

· 觸發(fā)模擬輸入電壓值

· 同時(shí)觸發(fā)多個(gè)子系統(tǒng)，使其以不同的運(yùn)行速率啟動(dòng)

· 重新觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，根據(jù)觸發(fā)條件采集固定數(shù)量的樣本，然后復(fù)位并等待下一次觸發(fā)事件

NI mioDAQ USB 可編程功能接口 (PFI) 是一系列數(shù)字 I/O 線路，可將其配置為靜態(tài)數(shù)字 I/O，或用于計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、觸發(fā)和定時(shí)功能。這些接口提高了控制和監(jiān)測(cè)的靈活性。

例如，PFI 線路可用于模擬采集、生成波形或計(jì)數(shù)器事件等功能。軟件支持包括 NI-DAQmx 驅(qū)動(dòng)程序和配置實(shí)用程序，簡(jiǎn)化了 PFI 線路的使用。

項(xiàng)目快速啟動(dòng)

在 NI mioDAQ 包裝盒中，用戶可以找到快速啟動(dòng)所需的硬件，包括 NI mioDAQ、帶鎖定螺絲的 2 m 長(zhǎng) USB-C 到 USB-C 連接線（零件編號(hào) 789956-02）、彈簧端子（零件編號(hào) 785502-01）、提供應(yīng)力消除的端子后殼（零件編號(hào) 785080-01）以及用于擰緊 USB 連接器上的鎖定螺絲的 NI 螺絲刀。電纜、彈簧端子和后殼也可單獨(dú)購(gòu)買（圖 2）。

圖 2：NI mioDAQ 隨附了開始使用并加速開發(fā)工作所需的連接器和電纜。（圖片來(lái)源：NI）

通過(guò)軟件加快設(shè)置速度并提高靈活性

用戶通過(guò)掃描設(shè)備上的 QR 碼即可開始設(shè)置 mioDAQ。用戶通過(guò)此操作可進(jìn)入 NI 網(wǎng)站頁(yè)面，然后下載必要的軟件和資料。可用資源包括用戶手冊(cè)、設(shè)置視頻、引腳分布圖和軟件，其中包括下載 FlexLogger Lite 和 LabVIEW、Python 和 C/C# 驅(qū)動(dòng)程序的鏈接，可確保設(shè)置過(guò)程順利進(jìn)行并盡量縮短設(shè)置過(guò)程。

NI Measurement & Automation Explorer (MAX) 免費(fèi)軟件提供對(duì) NI 硬件的訪問(wèn)，是與 NI 硬件和軟件交互的中樞。MAX 軟件與所有 NI 驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)配置一起自動(dòng)安裝。通過(guò) MAX 軟件，用戶可以配置設(shè)備、排除故障，甚至創(chuàng)建用于測(cè)試目的的模擬設(shè)備，而無(wú)需物理硬件。

NI FlexLogger Lite 是一款免費(fèi)的軟件，適用于希望獲取數(shù)據(jù)并做記錄的簡(jiǎn)單項(xiàng)目或新用戶。無(wú)需編程即可為傳感器及其他測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速配置、可視化與記錄。

FlexLogger Lite 可自動(dòng)識(shí)別 NI DAQ 硬件，并提供傳感器專屬的配置選項(xiàng)。該軟件可對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化，使用戶能夠在測(cè)量的同時(shí)監(jiān)控測(cè)量結(jié)果。該軟件還支持以常見(jiàn)格式記錄數(shù)據(jù)，如 Excel 或二進(jìn)制 .tdms文件。

FlexLogger Lite 是全功能 FlexLogger 軟件的配套軟件，用戶可以選擇升級(jí)到完整版，以獲得更多高級(jí)的功能，如自動(dòng)測(cè)試、定制測(cè)量和擴(kuò)展到多個(gè)機(jī)箱。

對(duì)于更復(fù)雜的需求，用戶可以使用 LabVIEW。該軟件可在 Windows 和 Linux 系統(tǒng)中運(yùn)行，為自動(dòng)化、測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用提供圖形化編程語(yǔ)言和開發(fā)環(huán)境。與傳統(tǒng)的文本編程相比，其圖形化界面更容易直觀地可視化復(fù)雜的過(guò)程，使一目了然。

該軟件廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車和過(guò)程等行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量、測(cè)試和數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化。該軟件支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化和分析，并具備確定性行為的實(shí)時(shí)控制能力。

為了獲得更強(qiáng)大、更全面的軟件環(huán)境，mioDAQ 兼容 NI LabVIEW+ 套裝軟件，這是一套捆綁式 NI 測(cè)試軟件，旨在簡(jiǎn)化測(cè)試和驗(yàn)證流程。這也是一套用于自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、分析和報(bào)告的綜合工具。以 LabVIEW 為基礎(chǔ)，LabVIEW+ 套裝的主要組件包括：

• 用于設(shè)計(jì)、管理和執(zhí)行測(cè)試序列的 NI TestStand 測(cè)試框架
• 用于交互式儀器配置和控制的 InstrumentStudio
• 用于快速和可擴(kuò)展數(shù)據(jù)記錄的 FlexLogger
• 提供數(shù)據(jù)分析和報(bào)告功能的 DIAdem

安裝選擇：

mioDAQ USB 不僅僅是一個(gè)桌面設(shè)備。用戶可以選擇垂直或水平 DIN 導(dǎo)軌安裝、平面面板安裝和 19 英寸機(jī)架安裝，以構(gòu)建測(cè)試臺(tái)和自動(dòng)化系統(tǒng)。安裝套件附帶了直角連接器的 USB-C 電纜，有助于完成安裝。此外，還提供備用 USB-C 連接器，零件編號(hào)為 789957-02。安裝細(xì)節(jié)包括（圖 3）：

· 水平 DIN 專用夾套件（零件編號(hào) 789986-01）用于水平安裝在標(biāo)準(zhǔn) 35 mm DIN 導(dǎo)軌上。包括一條具有直角接頭的 USB-C 連接線。

· 使用編號(hào) 789955-01 為的零件，可以通過(guò)鍵孔實(shí)現(xiàn) DIN 導(dǎo)軌和平面面板安裝。包括一條具有直角接頭的 USB-C 連接線。

· 19 英寸機(jī)架安裝使用編號(hào)為 789953-01 的零件，最多可安裝兩臺(tái) mioDAQ 設(shè)備，包括兩根具有直角連接器的 USB-C 電纜。

圖 3：除桌面安裝外，mioDAQ 安裝組件還可用于水平 DIN 導(dǎo)軌（左上）、 垂直 DIN 導(dǎo)軌、平面面板安裝 （右上）以及 1U 高 19 英寸機(jī)架配置（下）。（圖片來(lái)源：NI）

結(jié)語(yǔ)

NI mioDAQ USB 突破了硬件性能縱深并構(gòu)建了軟件工具廣度，從而能加快高端電子和機(jī)電產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程并贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。首先是更簡(jiǎn)化的設(shè)置和配置，然后是長(zhǎng)達(dá) 10 年的測(cè)量校準(zhǔn)保證。提供多種通道數(shù)的型號(hào)選擇，使用戶能夠根據(jù)項(xiàng)目需要優(yōu)化配置。在任何情況下，都能提供用戶所需的精確度和準(zhǔn)確度。