实现从USB到嵌入式系统的部署 - 文章

实现从USB到嵌入式系统的部署

作者：NI公司

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目录

概述
C系列模块
USB单模块外盒
Wi-Fi DAQ设备
NI CompactDAQ
NI CompactRIO
R 系列扩展机箱
总体性能比较

概述

NI公司推出的 C 系列平台包含超过 36 种测量模块和7种用于不同部署方式的机箱。根据配置的尺寸与复杂度要求，可实现由简单的4通道温度记录器到高通道数、高采样速率的控制系统。

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C系列模块

概览

目前，有超过 36种C系列模块用于不同的测量应用，包括热电偶、电压、RTD、电流、电阻、应变、数字 (TTL及其它)、加速度计和麦克风等。每个模块的通道数从4个到32个，以适应广泛的系统需求。针对各种特定的测量类型，C系列模块将信号调理、传感器连接与数据采集集成于模块中。这些模块可插入到任意的C系列外盒与机箱中，从而创建多种系统。通过选择所需的模块并安装于C 系列系统中，我们可以实现在单一的系统中创建混合通道与测量类型。根据此项特性，C 系列平台可由用户进行高度的自定制。

连接特性

所有的C系列模块均提供各种接头选择，甚至于某些模块还具有多种连接头可供选择。所有模块均不需要接线盒，这样就减少了一个部件，进一步简化了整体安装。C系列模块支持BNC、D-SUB，或RJ-50等标准连接头。如下图所示，由左至右分别为：包含螺丝固定端的8通道模块、包含 BNC 接头的 4 通道模块和包含D-Sub 接头的32通道模块。

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包含螺丝固定终端、BNC和D-Sub 连接头的C 系列模块

USB单模块外盒

概述

市场上用于数据采集的USB单模块外盒与NI CompactDAQ 机箱，都可以方便地对其硬件和软件进行设定。NI-DAQmx 驱动程序以及所附带的LabVIEW SignalExpress LE 软件，能够对插入的C 系列模块进行自动检测和设定。用户仅需轻点鼠标，即可记录数据并以可自定义的显示方式来查看测量结果。除了附带的软件之外，针对各种应用，用户还可以通过LabVIEW、ANSI C、C#、VB 6.0，或 .NET对USB 设备进行编程。用户可以利用现有的图形化和基于文本语言的示例程序，更轻松的创建代码。USB单模块外盒不需外接电源，仅需通过主计算机的USB端口来提供所有所需电源，这个特性使其成为便携式应用的理想解决方案。

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C系列USB单模块外盒

考虑因素

并非所有的C 系列模块均兼容单模块外盒。可在这里的所支持的 C 系列模块，找到兼容模块列表。模块型号旁的「*」号即表示单模块外盒支持该模块。

适用者

USB单模块外盒的适用者是那些需要最低成本的C系列解决方案、只需要少量通道、或需要高度便携性的用户(此系统可以连接到任何运行Windows的台式机的USB端口上，而且由USB端口供电)。

Wi-Fi DAQ设备

概述

NI Wi-Fi数据采集（DAQ）设备结合了IEEE 802.11无线以太网通信协议、传感器直连特性和LabVIEW软件的灵活性，可用于对电气、物理、机械和声学信号进行远程监测。Wi-Fi DAQ设备的每条通道可以以高于50kS/s的采样率和24比特的分辨率采集数据。同时，内建有经NIST批准的128位AES加密和高级网络认证方法，从而提供商业可用的最高级别的网络安全性。

由于Wi-Fi DAQ设备使用NI-DAQmx驱动，用户可以使用LabVIEW和DAQ助手快速而便捷地开发出应用程序。

需要了解Wi-Fi DAQ设备更多信息，请访问ni.com/dataacquisition/wifi。

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C系列Wi-Fi单模块外盒

考虑因素

与USB单模块外盒相似，不是所有的C系列模块都支持的。兼容模块的列表可以在Wi-Fi DAQ FAQ文档中找到。

适用者

Wi-Fi DAQ设备对于那些不能使用有线方式进行测量的用户十分有用。如下列应用就将大大受益于无线以太网：工业远程监测、结构监测、环境监测和机器状态监测。

NI CompactDAQ

概述

NI CompactDAQ平台、NI USB技术以及NI硬件驱动为用户提供了高效地实现从单模块测量到基于Windows XP系统的PC/IPC测量的方式，。NI CompactDAQ机箱可以通过 USB 接口，连接到任何运行Windows 操作系统的设备或计算机上，并可容纳最多8个C 系列模块。所有的模块相互兼容，用户可自由组合和匹配机箱中的模块，从而建立一个有特定通道数与混合测量类型的系统。此平台通过工业标准的驱动程序——NI-DAQmx 进行编写。这种API可方便地使用多种编程语言实现，包含 C++、.NET、VB和 LabVIEW等。若以简单易用的原则来看，大部分用NI-DAQmx编写的简单数据采集程序，均可在几分钟之内实现，即便LabVIEW初学者也是如此。

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连接到小型笔记本上的NI CompactDAQ

考虑因素

选择NI CompactDAQ平台时的考虑因素包括满载时对模块采样速率级别的限制，以及机箱只提供16通道的模拟输出限制。系统的实际性能可以在CompactDAQ系统配置指南中输入模块类型和通道数来确定。需要了解更多关于CompactDAQ工作性能的信息，请查阅技术白皮书：驱动USB的三种技术。

适用者

NI CompactDAQ平台是许多数据采集应用的理想选择，如实验室中的一般性测量、现场可用的便携式单元或作为更大型机器和处理系统中的I/O单元实现。NI CompactDAQ机箱的坚固设计与小型尺寸，使之成为系统工程师在寻找OTS组件与进行个性化系统时的最爱。由于具有交流适配器和直流电源两种供电选择，机箱在电源选择上更具灵活性。许多系统甚至可以利用车用电池或小型可充电电池，进行机动车测试。

NI CompactRIO

概述

NI CompactRIO 除了尺寸规格与CompactDAQ相近之外，它更为NI C 系列模块提供了更具灵活性与更高级的平台。虽然实现上有些许不同，但是CompactRIO系统不仅包含了CompactDAQ 平台的所有功能，而且还进一步提升了性能。CompactRIO是用于C系列模块的机箱平台，但这只是相似于 CompactDAQ 的部分。CompactRIO不具有连接计算机的 USB 接口，其 I/O 也不是通过NI-DAQmx 进行编程的。使用NI CompactRIO，可将整个控制器/处理器集成到机箱上，以构建完整而独立的数据采集、处理和控制系统。平台的控制器是单独销售的，并具有硬盘、处理器速度和RAM的不同规格。此控制器并不运行于标准Windows操作系统，而是实时操作系统。由于具备实现确定行操作与高可靠性的部署，因此对于控制应用特别重要。通过将应用程序下载至控制器，可实现对这种PC 类型的控制器进行全面编程。

CompactRIO可在严苛的环境中进行工作。完整的CompactRIO系统包含 8 个C系列模块，而控制器的尺寸不超过 92 x 92 x 276 公分，可承受最高 50g 的瞬间振动，在 -40 ~ 70°C 的温度范围内工作。CompactRIO设计提供了快速算法，用于控制系统原型化和部署，并整合自定制与 OTS 的方便性。下图显示了插有4个C系列模块的4插槽CompactRIO 系统。当然，CompactRIO 还提供了8插槽机箱。

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具备四个插槽和四个C系列模块的CompactRIO机箱

不仅仅是控制器和模块：FPGA技术

虽然CompactDAQ与CompactRIO之间的主要差异在于控制器，但最大的技术差异是每个CompactRIO 机箱内建的FPGA (现场可编程门阵列)。来自于模块的所有 I/O 数据，均需要首先通过机箱背板中的 FPGA。利用此技术，高级系统工程师可利用软件的灵活性，进一步自定义硬件性能。使用者可随时将FPGA 代码下载到机箱，来执行原本由控制器进行的计算或操作。此功能不仅可在提升性能的同时降低处理器的负载，而且使系统工程师们能够实现各种特殊功能，如自定义的触发功能(否则只能使用定制硬件和电路设计才能实现)等。使用FPGA 技术，可将任意的普通数字 I/O 通道转换为计数器/定时器。PID 控制环可下载到FPGA而非处理器中，这意味着单点控制循环可以用灵活的软件进行设计，同时具有硬件级别的执行速度。需要了解更多 NI FPGA 技术，请访问LabVIEW FPGA 首页。

考虑因素

NI DAQmx驱动中自带的用于快速配置测量的DAQ助手对于CompactRIO平台编程并不适用。此外，要对CompactRIO机箱进行编程设计，需要使用 LabVIEW Real-Time与LabVIEW FPGA 模块。虽然这些模块可以极大地扩展系统功能，但也会增加与 CompactDAQ 无关的成本。利用这些软件工具，CompactRIO不会受到 CompactDAQ那样的系统限制，同时利用NI公司的软件与FPGA技术，CompactRIO可执行除了USB即插即用设定以外的所有 CompactDAQ功能。

适用者

CompactRIO 用户往往需要多种数据通信标准，如CAN、以太网络、串口或其它特殊协议。CompactRIO其它的特性包括无需PC计算的远程板载处理。这使得该解决方案更加具有便携性和稳定性。最后，相对于自己设计特殊电路，使用者通常倾向于使用CompactRIO。无需嵌入式开发知识背景，初阶和中阶的 LabVIEW 工程师都可以针对高级控制算法或设计原型化进行FPGA 的编程设计。

R 系列扩展机箱

概述

针对需要将PC性能与功能、基于FPGA 的高速控制、与内建的信号处理有机整合的应用，用户可以使用R 系列板卡的扩展机箱。R系列板卡是多功能 I/O 卡，适用于内建有FPGA 的PC/PXI 总线，该 FPGA与CompactRIO的FPGA相似。这种机箱有着4插槽选项，它没有板载的控制器或USB端口，而是通过电缆连接到安装在台式PC机或PXI机箱里的PCI/PXI R系列板卡的前端上。与CompactRIO相似，FPGA在电路板上，所有来自C系列模块的数据在传送到处理器/控制器前，都需要经过FPGA。借助于这个选项，用户可以使用最新的计算机处理技术和NI FPGA系统。使用R系列板卡上的多个连接头，最多可以有4个机箱连接到每个R系列板卡上 —— 这样，在使用拥有多个R系列板卡的PXI机箱里，就可以获得大量通道数。

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连接到PXI系统的扩展机箱

考虑因素

在R系列扩展机箱的系统上实现LabVIEW编程，几乎与LabVIEW FPGA代码嵌入在CompactRIO 系统中，同时控制器/PC上运行LabVIEW程序相同。 CompactRIO 的考虑因素在于硬件尺寸、坚固程度和成本。但是，基于PXI总线的系统是基于商用PC技术，有着更多的通道数量、更高的带宽、更多的模块和范围以及更为广泛的即时可用的通信标准。除了尺寸和坚固性以外，PXI R系列系统可以完成比CompactRIO系统更多的工作。

适用者

PXI 系统包括了从小型及常见应用，到大型与高度自定制的应用。由于实时操作系统的可靠性、高带宽、精确同步化，该平台的多种可用仪器，PXI 系统通常使用在制造测试中。因为 PXI 系统使用了最新的计算机处理技术，因此需要集成大量测量和多个高级算法的工程师和科学家们均可使用 PXI。除了高级计算与制造测试系统之外，由于FPGA 设备的普及性、C 系列模块的信号处理功能，与可选实时操作系统的确定性时序，PXI 系统也经常使用在高速控制平台上。

总体性能比较

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文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/13/2010)


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