USB到嵌入式系統(tǒng)的部署與實(shí)現(xiàn)

概述

NI C 系列平臺包含超過 36 種測量模塊和7種用于不同部署方式的機(jī)箱。根據(jù)配置的尺寸與復(fù)雜度要求，可實(shí)現(xiàn)由簡單的4通道溫度記錄器到高通道數(shù)、高采樣速率的控制系統(tǒng)。

C系列模塊
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預(yù)覽

??? 目前，有超過 36種C系列模塊用于不同的測量應(yīng)用，包括熱電偶、電壓、RTD、電流、電阻、應(yīng)變、數(shù)字 (TTL及其它)、加速度計(jì)和麥克風(fēng)等。每個(gè)模塊的通道數(shù)從4個(gè)到32個(gè)，以適應(yīng)廣泛的系統(tǒng)需求。針對各種特定的測量類型，C系列模塊將信號調(diào)理、傳感器 連接與數(shù)據(jù)采集集成于模塊中。這些模塊可插入到任意的C系列外盒與機(jī)箱中，從而創(chuàng)建多種系統(tǒng)。通過選擇所需的模塊并安裝于C 系列系統(tǒng)中，我們可以實(shí)現(xiàn)在單一的系統(tǒng)中創(chuàng)建混合通道與測量類型。根據(jù)此項(xiàng)特性，C 系列平臺可由用戶進(jìn)行高度的自定制。

??? 連接特性

??? 所有的C系列模塊均提供各種接頭選擇，甚至于某些模塊還具有多種連接頭可供選擇。所有模塊均不需要接線盒，這樣就減少了一個(gè)部件，進(jìn)一步簡化了整體 安裝。C系列模塊支持BNC、D-SUB，或RJ-50等標(biāo)準(zhǔn)連接頭。如下圖所示，由左至右分別為：包含螺絲固定端的8通道模塊、包含 BNC 接頭的 4 通道模塊和包含D-Sub 接頭的32通道模塊。

包含螺絲固定終端、BNC和D-Sub 連接頭的C 系列模塊

USB單模塊外盒

概述

市場上用于數(shù)據(jù)采集的USB單模塊外盒與NI CompactDAQ 機(jī)箱，都可以方便地對其硬件和軟件進(jìn)行設(shè)定。NI-DAQmx 驅(qū)動程序以及所附帶的LabVIEW SignalExpress LE 軟件，能夠?qū)Σ迦氲腃 系列模塊進(jìn)行自動檢測和設(shè)定。用戶僅需輕點(diǎn)鼠標(biāo)，即可記錄數(shù)據(jù)并以可自定義的顯示方式來查看測量結(jié)果。除了附帶的軟件之外，針對各種應(yīng)用，用戶還可以通過 LabVIEW、ANSI C、C#、VB 6.0，或 .NET對USB 設(shè)備進(jìn)行編程。用戶可以利用現(xiàn)有的圖形化和基于文本語言的示例程序，更輕松的創(chuàng)建代碼。USB單模塊外盒不需外接電源，僅需通過主計(jì)算機(jī)的USB端口來提 供所有所需電源，這個(gè)特性使其成為便攜式應(yīng)用的理想解決方案。

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C系列USB單模塊外盒

考慮因素

并非所有的C 系列模塊均兼容單模塊外盒?？稍谶@里的所支持的 C 系列模塊，找到兼容模塊列表。模塊型號旁的「*」號即表示單模塊外盒支持該模塊。

適用者

USB單模塊外盒的適用者是那些需要最低成本的C系列解決方案、只需要少量通道、或需要高度便攜性的用戶(此系統(tǒng)可以連接到任何運(yùn)行Windows的臺式機(jī)的USB端口上，而且由USB端口供電)。

Wi-Fi DAQ設(shè)備

概述

NI Wi-Fi數(shù)據(jù)采集（DAQ）設(shè)備結(jié)合了IEEE 802.11無線以太網(wǎng)通信協(xié)議、傳感器直連特性和LabVIEW軟件的靈活性，可用于對電氣、物理、機(jī)械和聲學(xué)信號進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測。Wi-Fi DAQ設(shè)備的每條通道可以以高于50kS/s的采樣率和24比特的分辨率采集數(shù)據(jù)。同時(shí)，內(nèi)建有經(jīng)NIST批準(zhǔn)的128位AES加密和高級網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證方法， 從而提供商業(yè)可用的最高級別的網(wǎng)絡(luò)安全性。

由于Wi-Fi DAQ設(shè)備使用NI-DAQmx驅(qū)動，用戶可以使用LabVIEW和DAQ助手快速而便捷地開發(fā)出應(yīng)用程序。

需要了解Wi-Fi DAQ設(shè)備更多信息，請?jiān)L問ni.com/dataacquisition/wifi。

C系列Wi-Fi單模塊外盒

考慮因素

與USB單模塊外盒相似，不是所有的C系列模塊都支持的。兼容模塊的列表可以在Wi-Fi DAQ FAQ文檔中找到。

適用者

Wi-Fi DAQ設(shè)備對于那些不能使用有線方式進(jìn)行測量的用戶十分有用。如下列應(yīng)用就將大大受益于無線以太網(wǎng)：工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測、結(jié)構(gòu)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測和機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測。

NI CompactDAQ

概述

NI CompactDAQ平 臺、NI USB技術(shù)以及NI硬件驅(qū)動為用戶提供了高效地實(shí)現(xiàn)從單模塊測量到基于Windows XP系統(tǒng)的PC/IPC測量的方式，。NI CompactDAQ機(jī)箱可以通過 USB 接口，連接到任何運(yùn)行Windows 操作系統(tǒng)的設(shè)備或計(jì)算機(jī)上，并可容納最多8個(gè)C 系列模塊。所有的模塊相互兼容，用戶可自由組合和匹配機(jī)箱中的模塊，從而建立一個(gè)有特定通道數(shù)與混合測量類型的系統(tǒng)。此平臺通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動程序—— NI-DAQmx 進(jìn)行編寫。這種API可方便地使用多種編程語言實(shí)現(xiàn)，包含 C++、.NET、VB和 LabVIEW等。若以簡單易用的原則來看，大部分用NI-DAQmx編寫的簡單數(shù)據(jù)采集程序，均可在幾分鐘之內(nèi)實(shí)現(xiàn)，即便LabVIEW初學(xué)者也是如 此。

連接到小型筆記本上的NI CompactDAQ

考慮因素

選擇NI CompactDAQ平臺時(shí)的考慮因素包括滿載時(shí)對模塊采樣速率級別的限制，以及機(jī)箱只提供16通道的模擬輸出限制。系統(tǒng)的實(shí)際性能可以在 CompactDAQ系統(tǒng)配置指南中輸入模塊類型和通道數(shù)來確定。需要了解更多關(guān)于CompactDAQ工作性能的信息，請查閱技術(shù)白皮書：驅(qū)動USB的 三種技術(shù)。

適用者

NI CompactDAQ平臺是許多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用的理想選擇，如實(shí)驗(yàn)室中的一般性測量、現(xiàn)場可用的便攜式單元或作為更大型機(jī)器和處理系統(tǒng)中的I/O單元實(shí)現(xiàn)。 NI CompactDAQ機(jī)箱的堅(jiān)固設(shè)計(jì)與小型尺寸，使之成為系統(tǒng)工程師在尋找OTS組件與進(jìn)行個(gè)性化系統(tǒng)時(shí)的最愛。由于具有交流適配器和直流電源兩種供電選 擇，機(jī)箱在電源選擇上更具靈活性。許多系統(tǒng)甚至可以利用車用電池或小型可充電電池，進(jìn)行機(jī)動車測試。

NI CompactRIO

概述

NI CompactRIO 除了尺寸規(guī)格與CompactDAQ相近之外，它更為NI C 系列模塊提供了更具靈活性與更高級的平臺。雖然實(shí)現(xiàn)上有些許不同，但是CompactRIO系統(tǒng)不僅包含了CompactDAQ 平臺的所有功能，而且還進(jìn)一步提升了性能。CompactRIO是用于C系列模塊的機(jī)箱平臺，但這只是相似于 CompactDAQ 的部分。CompactRIO不具有連接計(jì)算機(jī)的 USB 接口，其 I/O 也不是通過NI-DAQmx 進(jìn)行編程的。使用NI CompactRIO，可將整個(gè)控制器/處理器集成到機(jī)箱上，以構(gòu)建完整而獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)。平臺的控制器是單獨(dú)銷售的，并具有硬盤、處理 器速度和RAM的不同規(guī)格。此控制器并不運(yùn)行于標(biāo)準(zhǔn)Windows操作系統(tǒng)，而是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。由于具備實(shí)現(xiàn)確定行操作與高可靠性的部署，因此對于控制應(yīng) 用特別重要。通過將應(yīng)用程序下載至控制器，可實(shí)現(xiàn)對這種PC 類型的控制器進(jìn)行全面編程。

CompactRIO可在嚴(yán)苛的環(huán)境中進(jìn)行工作。完整的CompactRIO系統(tǒng)包含 8 個(gè)C系列模塊，而控制器的尺寸不超過 92 x 92 x 276 公分，可承受最高 50g 的瞬間振動，在 -40 ~ 70°C 的溫度范圍內(nèi)工作。CompactRIO設(shè)計(jì)提供了快速算法，用于控制系統(tǒng)原型化和部署，并整合自定制與 OTS 的方便性。下圖顯示了插有4個(gè)C系列模塊的4插槽CompactRIO 系統(tǒng)。當(dāng)然，CompactRIO 還提供了8插槽機(jī)箱。

具備四個(gè)插槽和四個(gè)C系列模塊的CompactRIO機(jī)箱

不僅僅是控制器和模塊：FPGA技術(shù)

雖然CompactDAQ與CompactRIO之間的主要差異在于控制器，但最大的技術(shù)差異是每個(gè)CompactRIO 機(jī)箱內(nèi)建的FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)。來自于模塊的所有 I/O 數(shù)據(jù)，均需要首先通過機(jī)箱背板中的 FPGA。利用此技術(shù)，高級系統(tǒng)工程師可利用軟件的靈活性，進(jìn)一步自定義硬件性能。使用者可隨時(shí)將FPGA 代碼下載到機(jī)箱，來執(zhí)行原本由控制器進(jìn)行的計(jì)算或操作。此功能不僅可在提升性能的同時(shí)降低處理器的負(fù)載，而且使系統(tǒng)工程師們能夠?qū)崿F(xiàn)各種特殊功能，如自定 義的觸發(fā)功能(否則只能使用定制硬件和電路設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn))等。使用FPGA 技術(shù)，可將任意的普通數(shù)字 I/O 通道轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。PID 控制環(huán)可下載到FPGA而非處理器中，這意味著單點(diǎn)控制循環(huán)可以用靈活的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)具有硬件級別的執(zhí)行速度。需要了解更多 NI FPGA 技術(shù)，請?jiān)L問LabVIEW FPGA 首頁。

考慮因素

NI DAQmx驅(qū)動中自帶的用于快速配置測量的DAQ助手對于CompactRIO平臺編程并不適用。此外，要對CompactRIO機(jī)箱進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，需要 使用 LabVIEW Real-Time與LabVIEW FPGA 模塊。雖然這些模塊可以極大地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)功能，但也會增加與 CompactDAQ 無關(guān)的成本。利用這些軟件工具，CompactRIO不會受到 CompactDAQ那樣的系統(tǒng)限制，同時(shí)利用NI公司的軟件與FPGA技術(shù)，CompactRIO可執(zhí)行除了USB即插即用設(shè)定以外的所有 CompactDAQ功能。

適用者

CompactRIO 用戶往往需要多種數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，如CAN、 以太網(wǎng)絡(luò)、串口或其它特殊協(xié)議。CompactRIO其它的特性包括無需PC計(jì)算的遠(yuǎn)程板載處理。這使得該解決方案更加具有便攜性和穩(wěn)定性。最后，相對于 自己設(shè)計(jì)特殊電路，使用者通常傾向于使用CompactRIO。無需嵌入式開發(fā)知識背景，初階和中階的 LabVIEW 工程師都可以針對高級控制算法或設(shè)計(jì)原型化進(jìn)行FPGA 的編程設(shè)計(jì)。

R 系列擴(kuò)展機(jī)箱

概述

針對需要將PC性能與功能、基于FPGA 的高速控制、與內(nèi)建的信號處理有機(jī)整合的應(yīng)用，用戶可以使用R 系列板卡的擴(kuò)展機(jī)箱。R系列板卡是多功能 I/O 卡，適用于內(nèi)建有FPGA 的PC/PXI 總線，該 FPGA與CompactRIO的FPGA相似。這種機(jī)箱有著4插槽選項(xiàng)，它沒有板載的控制器或USB端口，而是通過電纜連接到安裝在臺式PC機(jī)或PXI 機(jī)箱里的PCI/PXI R系列板卡的前端上。與CompactRIO相似，F(xiàn)PGA在電路板上，所有來自C系列模塊的數(shù)據(jù)在傳送到處理器/控制器前，都需要經(jīng)過FPGA。借助于 這個(gè)選項(xiàng)，用戶可以使用最新的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和NI FPGA系統(tǒng)。使用R系列板卡上的多個(gè)連接頭，最多可以有4個(gè)機(jī)箱連接到每個(gè)R系列板卡上 —— 這樣，在使用擁有多個(gè)R系列板卡的PXI機(jī)箱里，就可以獲得大量通道數(shù)。

連接到PXI系統(tǒng)的擴(kuò)展機(jī)箱

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考慮因素

在R系列擴(kuò)展機(jī)箱的系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)LabVIEW編程，幾乎與LabVIEW FPGA代碼嵌入在CompactRIO 系統(tǒng)中，同時(shí)控制器/PC上運(yùn)行LabVIEW程序相同。 CompactRIO 的考慮因素在于硬件尺寸、堅(jiān)固程度和成本。但是，基于PXI總線的系統(tǒng)是基于商用PC技術(shù)，有著更多的通道數(shù)量、更高的帶寬、更多的模塊和范圍以及更為廣 泛的即時(shí)可用的通信標(biāo)準(zhǔn)。除了尺寸和堅(jiān)固性以外，PXI R系列系統(tǒng)可以完成比CompactRIO系統(tǒng)更多的工作。

適用者

PXI 系統(tǒng)包括了從小型及常見應(yīng)用，到大型與高度自定制的應(yīng)用。由于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的可靠性、高帶寬、精確同步化，該平臺的多種可用儀器，PXI 系統(tǒng)通常使用在制造測試中。因?yàn)?PXI 系統(tǒng)使用了最新的計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，因此需要集成大量測量和多個(gè)高級算法的工程師和科學(xué)家們均可使用 PXI。除了高級計(jì)算與制造測試系統(tǒng)之外，由于FPGA 設(shè)備的普及性、C 系列模塊的信號處理功能，與可選實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的確定性時(shí)序，PXI 系統(tǒng)也經(jīng)常使用在高速控制平臺上。

總體性能比較

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