Come ottenere più velocemente misurazioni migliori e accelerare lo sviluppo dei prodotti

Lo sviluppo di prodotti elettronici ed elettromeccanici avanzati può essere una corsa contro il tempo. Nuovi e potenti strumenti di acquisizione dati (DAQ) possono aiutare a semplificare e accelerare il processo di sviluppo e a vincere la gara.

Questi strumenti DAQ offrono prestazioni elevate come ingressi a 20 bit, ±10 V per sensori, batterie e altri dispositivi con una frequenza di campionamento fino a 1 MS/s/canale, fino a 16 linee di I/O digitali, contatori, ingressi per encoder in quadratura, resolver, sensori per il conteggio di impulsi/eventi come contatori, segnali di tensione ad alta velocità, cadute di tensione attraverso un resistore di shunt per la misurazione della corrente e altro ancora.

È inoltre necessario automatizzare e generare molteplici funzioni, tra cui la lettura/scrittura su linee digitali TTL, il pilotaggio di relè a bassa corrente mediante linee digitali, la generazione di segnali di controllo in uscita a ±10 V e di segnali a ±10 V per simulare sensori, la generazione di segnali modulati a larghezza di impulso (PWM) e la sincronizzazione di segnali di tensione, digitali e contatori.

Per vincere la gara e giungere per primi sul mercato, questi strumenti completi devono anche essere semplici da usare, con caratteristiche quali motori di temporizzazione indipendenti per I/O analogici e digitali, autocalibrazione, connettività USB e rapidità di configurazione e integrazione. Il sistema deve disporre di opzioni software come software di registrazione gratuito, API e programmi di esempio, oltre al supporto avanzato per Python e C/C++.

DAQ USB

Il nuovo sistema mioDAQ USB di NI ha le prestazioni e la flessibilità necessarie per accelerare il time-to-market di un'ampia gamma di sistemi elettronici ed elettromeccanici. Partiamo dall'utilizzo della connettività USB Type-C. mioDAQ USB si collega a un computer portatile o desktop mediante un unico cavo per la raccolta, l'analisi dei dati e l'alimentazione.

Offre fino a 16 canali con risoluzione a 20 bit, misurazioni a ±10 V e può supportare 1 milione di campioni simultanei al secondo. Inoltre, dispone di una serie di canali di I/O digitali e di contatori/timer per sistemi di test e sviluppo prodotto flessibili ad alte prestazioni (Figura 1).

Figura 1: mioDAQ USB presenta vari I/O su questo lato. Il connettore USB si trova sul lato opposto. (Immagine per gentile concessione di NI)

I pin ID intelligenti comunicano con una EEPROM fornita dall'utente, in modo che sia possibile integrare l'intelligenza in un banco di prova. È possibile collegare una EEPROM direttamente alla spina terminale a molla o progettarla per l'integrazione in schede prototipo. La EEPROM può essere interrogata per:

• verificare che i cavi siano collegati alla porta corretta;
• acquisire informazioni sul dispositivo sotto test (DUT) da utilizzare per la mappatura dei canali e delle costanti;
• automatizzare la registrazione dei metadati.

La compensazione del giunto freddo (CJC) viene utilizzata con le termocoppie e corregge la differenza di temperatura tra il giunto caldo della termocoppia (dove viene misurata la temperatura) e il giunto freddo (dove i fili della termocoppia sono collegati al sistema di misurazione). La CJC migliora significativamente l'accuratezza delle misurazioni delle termocoppie, soprattutto quando la temperatura del giunto freddo fluttua.

Prestazioni robuste

Progettato per essere posizionato su un banco di prova, mioDAQ è robusto a sufficienza per l'uso in attrezzature di collaudo completamente automatizzate. È stato concepito con un'accuratezza garantita fino a 10 anni senza ricalibrazione, il che lo rende adatto all'uso nei test di produzione o nelle applicazioni sul campo dove la ricalibrazione frequente può ostacolare la produttività. Sono disponibili anche modelli con cicli di ricalibrazione di due anni, ideali per le applicazioni di test e convalida su banco di laboratorio.

L'autocalibrazione, in grado di regolare le differenze nell'ambiente operativo e le eventuali variazioni nei componenti di produzione, si avvia semplicemente cliccando un pulsante nell'utilità di configurazione hardware. Il driver mioDAQ memorizza le regolazioni di autocalibrazione in una EEPROM integrata come una polinomiale multivariabile implementata senza influire particolarmente sulla velocità di elaborazione e fornendo prestazioni superiori rispetto a una più semplice equazione di calibrazione lineare.

Esempi di misurazioni supportate da mioDAQ:

• Sensori e altri segnali a ±10 V fino a 1 MS/s/canale
• Cadute di tensione sui resistori di shunt
• Tensioni di batterie (misurazione di picco ±10 V)
• Rail di alimentazione su progetti USB o alimentati a batteria
• Conteggio eventi e impulsi
• Encoder in quadratura
• Resolver
• Potenziometri a stringa per la misurazione dello spostamento lineare
• Sensori e trasformatori di corrente a bassa tensione

Alcuni dispositivi mioDAQ supportano la multiplazione per ottenere un numero di canali maggiore. La modalità Multiplex utilizza un singolo convertitore analogico/digitale per più canali di ingresso analogici. Sebbene ciò aumenti effettivamente il numero di canali, richiede che la frequenza di campionamento complessiva sia condivisa dai canali multiplati, riducendo la frequenza di campionamento dei singoli canali.

Inoltre, i segnali di controllo possono essere automatizzati per una serie di funzioni quali:

• Segnali di uscita a ±10 V
• Segnali di uscita digitali
• Relè esterno (controllo con linee digitali)
• Generazione di segnali di modulazione della larghezza di impulso
• Simulazione di sensori
• Collegamento ai LED
• Clock e trigger

Quattro modelli mioDAQ, tra cui i codici componente 789887-01, 789882-01, 789888-01 e 789884-01, consentono all'utente di acquistare le esatte prestazioni necessarie per progettare rapidamente prodotti migliori e proseguire le attività di ricerca (Tabella 1).

Tabella 1: mioDAQ USB è disponibile in quattro modelli, che consentono agli utenti di adeguare le prestazioni ai requisiti dell'applicazione. (Tabella per gentile concessione di NI)

Dietro le quinte

Per trarne il massimo beneficio è necessaria una solida conoscenza delle specifiche e delle capacità del dispositivo. Ad esempio, mioDAQ supporta tre configurazioni dei terminali di ingresso analogici.

La modalità differenziale misura la differenza di tensione tra due terminali di ingresso e può essere utilizzata per ridurre al minimo l'effetto del rumore di modo comune. La modalità referenziata sbilanciata (RSE) misura la tensione di un segnale per un punto di riferimento specifico isolato dalla messa a terra. Quando è necessario misurare la tensione di un segnale per una massa flottante o isolata senza un riferimento di massa esterno, è possibile utilizzare la modalità NRSE (non referenziata sbilanciata).

I motori di temporizzazione separati consentono di impostare velocità diverse per i canali di ingresso analogico (AI), le uscite analogiche (AO) e le linee di I/O digitali (DIO). Ad esempio, l'utente può scegliere di:

• Sincronizzare i sistemi con lo stesso clock e utilizzare AI, AO e DIO, tutti alla stessa velocità e nello stesso momento
• Attivarli su un valore di tensione di ingresso analogico
• Attivare più sottosistemi che si avviano contemporaneamente con velocità di esecuzione diverse
• Riattivare l'acquisizione dati, acquisendo un numero fisso di campioni in base a un trigger, quindi reimpostare e attendere l'evento di trigger successivo

L'interfaccia funzionale programmabile (PFI) di mioDAQ USB di NI è una serie di linee di I/O digitali configurabili come I/O digitali statici o utilizzabili con funzioni di contatore/timer, trigger e temporizzazione e offrono una maggiore flessibilità di controllo e monitoraggio.

Ad esempio, le linee PFI possono essere utilizzate per funzioni quali l'acquisizione analogica, la generazione di forme d'onda o il contatore di eventi. Il supporto software, che comprende il driver NI-DAQmx e le utility di configurazione, semplifica l'utilizzo delle linee PFI.

Avvio rapido di un progetto

All'interno della confezione di mioDAQ, l'utente troverà l'hardware necessario per l'avvio rapido, tra cui un mioDAQ di NI, un cavo da USB-C a USB-C di 2 metri con una vite di blocco (cod. 789956-02), terminali a molla (cod. 785502-01), un guscio per i terminali per fornire lo scarico della trazione (cod. 785080-01) e un avvitatore NI per serrare la vite di blocco sul connettore USB. Il cavo, i terminali a molla e il guscio possono essere acquistati anche separatamente (Figura 2).

Figura 2: mioDAQ di NI viene fornito con i connettori e i cavi necessari per iniziare velocemente le attività di sviluppo. (Immagine per gentile concessione di NI)

Il software velocizza la configurazione e supporta la flessibilità

L'utente inizia la configurazione di mioDAQ scansionando il codice QR sul dispositivo. Si apre la pagina del sito web di NI, da cui è possibile scaricare il software e la documentazione necessari. Le risorse disponibili includono il manuale dell'utente, i video di configurazione, la mappa della piedinatura e il software, compresi i link per scaricare FlexLogger Lite e i driver per LabVIEW, Python e C/C#, per garantire un processo di configurazione agevole in tempi minimi.

Il software gratuito NI Measurement & Automation Explorer (MAX) dà accesso all'hardware NI, funge da hub centrale per interagire con l'hardware e il software di NI e viene installato automaticamente con tutti i driver NI e le configurazioni di sistema. MAX consente di configurare i dispositivi, risolvere i problemi e persino di creare dispositivi simulati a scopo di test, il tutto senza hardware fisico.

NI FlexLogger Lite è un'applicazione software gratuita per progetti semplici o per nuovi utenti che desiderino acquisire e registrare dati. Senza bisogno di programmazione, consente all'utente di configurare, visualizzare e registrare rapidamente i dati provenienti da sensori e altri dispositivi di misurazione.

FlexLogger Lite rileva automaticamente l'hardware NI DAQ e fornisce opzioni di configurazione specifiche per il sensore. Consente anche la visualizzazione in tempo reale dei dati acquisiti, permettendo agli utenti di monitorare le misurazioni mentre le effettuano. Supporta inoltre la registrazione dei dati in formati comuni come Excel o in file .tdms binari.

FlexLogger Lite è un compagno del software FlexLogger dalla piena funzionalità e l'utente può scegliere di passare alla versione completa per sfruttare funzioni più avanzate come test automatizzati, misurazioni personalizzate e scalabilità maggiore.

Per esigenze più complesse, l'utente può rivolgersi a LabVIEW. Funziona in Windows e Linux e fornisce un linguaggio di programmazione grafico e un ambiente di sviluppo per applicazioni di automazione, test e misurazione. L'interfaccia grafica facilita la visualizzazione e la comprensione di processi complessi rispetto alla programmazione tradizionale basata sul testo.

È ampiamente utilizzato in settori come quello aerospaziale, automotive e dei processi per automatizzare le misurazioni, i test e l'acquisizione dei dati. Supporta la visualizzazione e l'analisi dei dati e il controllo in tempo reale con un comportamento deterministico.

Per un ambiente software ancora più potente e completo, mioDAQ è compatibile con NI LabVIEW+ Suite, una raccolta di software di test di NI progettati per semplificare i processi di test e convalida. Si tratta di una suite completa di strumenti per l'automazione, l'acquisizione dei dati, l'analisi e la creazione di report. Basati su LabVIEW, i componenti chiave della suite LabVIEW+ includono:

• NI TestStand, un framework di test per la progettazione, la gestione e l'esecuzione di sequenze di test
• InstrumentStudio per la configurazione e il controllo interattivo degli strumenti
• FlexLogger per la registrazione dati rapida e scalabile
• DIAdem con funzionalità di analisi dei dati e di reportistica

Opzioni di montaggio

mioDAQ USB è più di un dispositivo da banco. L'utente può scegliere tra il montaggio su guida DIN verticale o orizzontale, su pannello piatto e su rack da 19 pollici per realizzare banchi di prova e sistemi di automazione. Per completare l'installazione i kit di montaggio sono forniti con cavi USB-C dotati di connettori ad angolo retto. Sono disponibili anche connettori USB-C sostitutivi, cod. 789957-02. Le specifiche di montaggio includono (Figura 3):

• Per il montaggio orizzontale su una guida DIN standard da 35 mm è disponibile il kit di sole clip DIN orizzontali (cod. 789986-01). Include un cavo USB-C con connettori ad angolo retto.
• Il montaggio verticale su guida DIN e su pannello piatto tramite fori ad asola può essere realizzato utilizzando il codice componente 789955-01. Include un cavo USB-C con connettori ad angolo retto.
• Il montaggio su rack da 19 pollici utilizzando il codice componente 789953-01 consente di montare fino a due dispositivi mioDAQ e include due cavi USB-C con connettori ad angolo retto.

Figura 3: Oltre che su un banco di prova, gli assiemi mioDAQ sono disponibili per il montaggio su guida DIN orizzontale (in alto a sinistra), su guida DIN verticale, su pannello piatto (in alto a destra) e in una configurazione rack da 19 pollici alta 1U (in basso). (Immagine per gentile concessione di NI)

Conclusione

mioDAQ USB di NI offre all'utente tutte le prestazioni hardware e tutti gli strumenti software necessari per accelerare lo sviluppo di prodotti elettronici ed elettromeccanici avanzati e vincere la corsa verso l'immissione sul mercato. Si inizia con un'impostazione e una configurazione semplificate e si prosegue con calibrazioni delle misurazioni garantite fino a 10 anni. Sono disponibili modelli con diversi numeri di canali per ottimizzare la configurazione in base alle esigenze del progetto. In ogni caso, tutti forniscono l'accuratezza e la precisione richieste dall'utente.

Letture consigliate:

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