Bessere und schnellere Messungen zur Beschleunigung der Produktentwicklung

Die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer und elektromechanischer Produkte kann ein Wettlauf mit der Zeit sein. Leistungsstarke neue Datenerfassungstools (DAQ) können dazu beitragen, den Entwicklungsprozess zu vereinfachen und zu beschleunigen und das Rennen zu gewinnen.

Diese DAQ-Tools bieten hohe Performance mit 20 Bit Auflösung, ±10V-Eingängen für Sensoren, Batterien und andere Geräte mit einer Abtastrate von bis zu 1 MS/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, z. B. Lesen/Schreiben auf TTL-Digitalleitungen, Ansteuerung von Schwachstromrelais über Digitalleitungen, Erzeugung von ±10V-Ausgangssteuersignalen und ±10V-Signalen zur Simulation von Sensoren, Erzeugung von pulsweitenmodulierten (PWM) Signalen und Synchronisierung von Spannungs-, Digital- und Zählersignalen.

Um das Rennen auf dem Markt zu gewinnen, müssen diese umfassenden Tools auch einfach zu verwenden sein und über Funktionen wie unabhängige Timing-Engines für analoge und digitale I/O, Selbstkalibrierung, USB-Anbindung sowie eine schnelle Einrichtung und Integration verfügen. Das System sollte Softwareoptionen wie kostenlose Protokollierungssoftware, APIs und Beispielprogramme sowie erweiterte Unterstützung für Python und C/C++ bieten.

USB-DAQ

Das neue System mioDAQ USB von NI verfügt über die nötige Performance und Flexibilität, um die Markteinführung einer Vielzahl von elektronischen und elektromechanischen Systemen zu beschleunigen. Das fängt schon bei der Verwendung von USB-Typ-C-Anschlüssen an. Das mioDAQ USB wird über ein einziges Kabel schnell an einen Laptop oder Desktop-Computer angeschlossen, um Daten zu sammeln, zu analysieren und mit Strom versorgt zu werden.

Es bietet bis zu 16 Kanäle mit 20-Bit-Auflösung, ±10V-Messungen und kann 1 Million simultane Abtastungen pro Sekunde unterstützen. Außerdem verfügt es über eine Vielzahl von digitalen I/O- und Zähler-/Timerkanälen für leistungsstarke, flexible Test- und Produktentwicklungssysteme (Abbildung 1).

Abbildung 1: Diese Seite des mioDAQ USB enthält verschiedene I/Os. Der USB-Anschluss befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite. (Bildquelle: NI)

Die Smart-ID-Pins kommunizieren mit einem vom Benutzer bereitgestellten EEPROM, so dass Intelligenz in einen Prüfstand eingebaut werden kann. Ein EEPROM kann direkt an den federbelasteten Stecker angeschlossen oder in Prototypenplatinen integriert werden. 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.

Robuste Performance

Das mioDAQ wurde für den Einsatz auf dem Labortisch konzipiert und ist robust genug für den Einsatz in vollautomatischen Prüfvorrichtungen. Es ist so konstruiert, dass die Genauigkeit bis zu 10 Jahre lang ohne Nachkalibrierung erhalten bleibt. 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/ch
• 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 können Steuersignale für eine Vielzahl von Funktionen automatisiert werden:

• ±10V-Ausgangssignale
• Digitale Ausgangssignale
• Externes Relais (Steuerung mit digitalen Leitungen)
• Erzeugung pulsweitenmodulierter Signale (PWM)
• Simulation von Sensoren
• Verbindung mit LEDs
• Taktgeber und Trigger

Vier mioDAQ-Modelle, darunter die Artikelnummern 789887-01, 789882-01, 789888-01 und 789884-01, ermöglichen es dem Benutzer, genau die Performance zu erwerben, die er benötigt, um schnell bessere Produkte zu entwickeln und Forschungsaufgaben durchzuführen (Tabelle 1).

Tabelle 1: mioDAQ USB ist in vier Modellen erhältlich, so dass der Benutzer die Performance an die Anforderungen der Anwendung anpassen kann. (Quelle der Tabelle: NI)

Unter der Haube

Ein solides Verständnis der Gerätespezifikationen und -funktionen ist erforderlich, um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen. 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. Wenn die Spannung eines Signals für eine potentialfreie oder isolierte Masse ohne externen Massebezug gemessen werden soll, kann der nicht referenzierte Single-Ended-Modus (NRSE) verwendet werden.

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, d. h. 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 können z. B. für Funktionen wie Analogerfassung, Erzeugung von Wellenformen oder Zählerereignisse verwendet werden. 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 2 Meter langes USB-C-zu-USB-C-Kabel mit Feststellschraube (Teilenummer 789956-02), Federklemmen (Teilenummer 785502-01), ein Endgehäuse für die Klemmen zur Zugentlastung (Teilenummer 785080-01) und einen NI-Schraubendreher zum Festziehen der Feststellschraube am USB-Stecker. Das Kabel, die Federklemmen und das Endgehäuse können auch separat erworben werden (Abbildung 2).

Abbildung 2: Das mioDAQ von NI wird mit allen Steckverbindern und Kabeln geliefert, die für den sofortigen Einsatz und die Beschleunigung der Entwicklungsarbeit erforderlich sind. (Bildquelle: NI)

Software beschleunigt Einrichtung und unterstützt Flexibilität

Der Benutzer beginnt die Einrichtung von mioDAQ durch Scannen des QR-Codes auf dem Gerät. Dadurch wird der Benutzer auf die NI-Webseite weitergeleitet, wo die erforderliche Software und Dokumentation heruntergeladen werden kann. Zu den verfügbaren Ressourcen gehören das Benutzerhandbuch, Einrichtungsvideos, eine Pinbelegungskarte und Software, einschließlich Links zum Herunterladen von FlexLogger Lite und Treibern für LabVIEW, Python und C/C#, um einen reibungslosen Einrichtungsprozess und minimale Einrichtungszeit 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.

Es wird in vielen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Prozessindustrie zur Automatisierung von Messungen, Tests und Datenerfassung eingesetzt. Es unterstützt Datenvisualisierung und -analyse sowie Echtzeitsteuerung mit deterministischem Verhalten.

Für eine noch leistungsfähigere und umfassendere Softwareumgebung ist mioDAQ mit der NI LabVIEW+ Suite kompatibel, einer gebündelten Sammlung von NI-Prüfsoftware zur Optimierung von Prüf- und Validierungsprozessen. Es handelt sich um eine umfassende Suite von Tools für die Automatisierung, Datenerfassung, Analyse und Berichterstellung. Die LabVIEW+ Suite basiert auf LabVIEW und 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 werden mit USB-C-Kabeln mit rechtwinkligen Steckern geliefert, um die Installation zu vervollständigen. Ersatz-USB-C-Stecker sind ebenfalls erhältlich, Teilenummer 789957-02. Zu den Montagespezifikationen gehören (Abbildung 3):

• Für die horizontale Montage auf einer 35mm-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.

Abbildung 3: mioDAQ-Montagebaugruppen sind nicht nur für die Montage auf einem Schreibtisch, sondern auch für die horizontale Hutschiene (oben links), die vertikale Hutschiene, die Montage auf einem flachen Panel (oben rechts) und in einer 1 HE hohen 19-Zoll-Rack-Konfiguration (unten) erhältlich. (Bildquelle: NI)

Fazit

Das mioDAQ USB von NI bietet Anwendern eine umfassende Hardwareleistung und eine Vielzahl von Softwarewerkzeugen, um die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer und elektromechanischer Produkte zu beschleunigen und die Markteinführung voranzutreiben. Es beginnt mit einer vereinfachten Einrichtung und Konfiguration und setzt sich fort mit Messkalibrierungen, die für bis zu 10 Jahre garantiert werden. Es sind Modelle mit verschiedenen Kanalzahlen erhältlich, um die Konfiguration auf die Anforderungen des Projekts zu optimieren. In jedem Fall bieten sie die vom Benutzer geforderte Genauigkeit und Präzision.

Empfohlene Lektüre:

1. Entwicklung eines kompakten Datenerfassungssystems
2. Paket aus Testsoftware vereinfacht die Erstellung von Testprogrammen
3. Schnellere Systementwicklung, Validierung und Produktionstests mit modularen Instrumenten und Software
4. Implementierung eines kompakten und flexiblen automatisierten Testsystems mit multifunktionalen PXI-I/O-Paketen