כיצד להשיג מדידות טובות יותר מהר יותר ולהאיץ את פיתוח המוצר

פיתוח מוצרים אלקטרוניים ואלקטרומכניים מתקדמים יכול להיות מרוץ נגד הזמן. כלי איסוף נתונים (DAQ) חדשים ורבי-עוצמה יכולים לעזור לפשט ולהאיץ את תהליך הפיתוח ולנצח במרוץ נגד הזמן.

כלי DAQ אלה מעניקים ביצועים גבוהים כמו כניסות של bit‏-20‏, V‏ 10‏± עבור חיישנים, סוללות והתקנים אחרים בקצב דגימה של עד MS/s/ch‏ 1‏, עד 16 קווי I/O‏ דיגיטליים, מונים, כניסות עבור אנקודרים קוואדראטוריים, רזולברים, חיישני ספירת פולסים/אירועים כמו מונים, אותות מתח במהירות גבוהה, מפלי מתח על פני נגד מצד (Shunt‏) עבור מדידת זרם ועוד.

קיים גם צורך באוטומציה ויצירת מספר פונקציות, כולל קריאה/כתיבה לקווי TTL דיגיטליים, דחיפת ממסרי זרם נמוך באמצעות קווים דיגיטליים, יצירת אותות בקרת יציאה של V‏ 10‏± ואותות של V‏ 10‏± עבור סימולציה של חיישנים, יצירת אותות PWM (מודולציית רוחב פולס), וסנכרון אותות מתח, דיגיטליים ומונים.

כדי לנצח במרוץ לשוק, כלים מקיפים אלה חייבים להיות גם פשוטים לשימוש עם מאפיינים כמו מנועי תזמון עצמאיים עבור I/O‏ אנלוגי ודיגיטלי, כיול-עצמי, חיבוריות USB‏, וכינון ואינטגרציה מהירים. על המערכת לכלול אפשרויות תוכנה כמו תוכנת רישום חינמית, ממשקי API ותוכניות לדוגמה, בנוסף לתמיכה מתקדמת ב-Python‏ ו-++C/C‏.

USB DAQ

למערכת mioDAQ USB‏ החדשה של NI‏ יש את הביצועים והגמישות להאיץ את זמן ההשקה לשוק עבור מגוון רחב של מערכות אלקטרוניות ואלקטרומכניות. זה מתחיל בשימוש בחיבוריות USB Type C. ה- mioDAQ USB מתחבר במהירות למחשב נייד או שולחני באמצעות כבל יחיד עבור איסוף נתונים, ניתוח והספקת-כוח.

הוא מציע עד 16 ערוצים ברזולוציה של bit‏-20‏, מדידות של V‏ 10‏±, ויכול לתמוך במיליון דגימות לשנייה בו-זמנית. בנוסף, יש לו מגוון של I/O‏ דיגיטליים וערוצי מונה/טיימר עבור מערכות בדיקה ופיתוח מוצרים גמישות ובעלות ביצועים גבוהים (איור 1).

איור 1: צד זה של ה- mioDAQ USB כולל מגוון של I/Os‏. מחבר ה- USB נמצא בצד הנגדי. (מקור התמונה: NI)

פיני ה-ID החכמים מתקשרים עם EEPROM המסופק על ידי המשתמש, כך שניתן לבנות אינטליגנציה בתוך עמדת בדיקה. ניתן לחבר EEPROM ישירות לתקע הדק קפיצי, או לתכנן אותו לתוך לוחות אב-טיפוס. ניתן לבצע שאילתה ל-EEPROM עבור:

• לוודא שהכבלים מחוברים ליציאה הנכונה
• לאסוף פרטים על התקן תחת בדיקה (DUT) לשימוש במיפוי ערוצים ומיפוי קבועים
• אוטומציה של רישום מטא-נתונים

קיזוז צומת קר (CJC) משמש עם צמדים תרמיים. הוא מתקן את הפרש הטמפרטורה בין הצומת החם של הצמד התרמי (שם נמדדת הטמפרטורה) לצומת הקר שלו (שם חוטי הצמד התרמי מחוברים למערכת המדידה). CJC משפר משמעותית את דיוק מדידות הצמד-התרמי, במיוחד כאשר טמפרטורת הצומת הקרה משתנה.

ביצועים חסונים

מתוכנן כהתקן שולחני, ה-mioDAQ‏ הוא חסון ומיועד עבור שימוש באמצעי בדיקה אוטומטיים במלואם. הוא מתוכנן לשמור על דיוק עד 10 שנים ללא כיול-מחדש, ולכן הוא מתאים לשימוש בבדיקות ייצור או יישומי שטח שבהם כיול-מחדש תכוף עלול לפגוע בפרודוקטיביות. קיימים גם דגמים עם מחזורי כיול-מחדש של שנתיים, שהם אידיאליים עבור בדיקות מעבדה ויישומי תיקוף.

כיול-עצמי מתקן שינויים בסביבת הפעולה ובשונות ברכיבי הייצור. הוא מופעל פשוט על ידי לחיצה על כפתור בכלי תצורת החומרה. ה-mioDAQ מאחסן את כוונוני הכיול-העצמי ב-EEPROM מובנה כפולינום רב-משתנים הממומש מבלי להשפיע באופן משמעותי על מהירות העיבוד, עם ביצועים מעולים בהשוואה למשוואת כיול לינארית פשוטה יותר.

דוגמאות למדידות הנתמכות על ידי mioDAQ כוללות:

• חיישנים ואותות V‏ 10‏± אחרים במהירות של עד MS/s/ch‏ 1‏
• מפלי מתח על פני נגדי מצד (Shunt‏)
• מתחי סוללה (מדידת שיא של V‏ 10‏±)
• פסי הספקת-הכוח על USB‏ או תכנים מוזני-סוללות
• ספירת פולסים ואירועים
• אנקודרים קוואדראטוריים
• רזולוברים (Resolvers‏)
• פוטנציומטרי מיתרים עבור מדידת תזוזה ליניארית
• חיישני זרם ושנאים במתח נמוך

כמה תקני mioDAQ תומכים בריבוב כדי להשיג מספר ערוצים גבוה יותר. אופן ריבוב משתמש בממיר אנלוגי-לדיגיטלי יחיד עבור מספר ערוצי כניסה אנלוגית. בעוד שזה למעשה מגדיל את מספר הערוצים, זה דורש שקצב הדגימה הכולל ישותף לערוצים המרובבים, תוך הפחתת קצב הדגימה עבור ערוצים בודדים.

כמו כן, ניתן להפוך אותות בקרה לאוטומטיים עבור מגוון של פונקציות כמו:

• אותות יציאה V‏ 10‏±
• אותות יציאה דיגיטליים
• ממסר חיצוני (בקרה באמצעות קווים דיגיטליים)
• יצירת אותות מאופנני רוחב-פולס
• סימולציית חיישנים
• חיבור לנורות LED‏
• שעונים וטריגרים

ארבעה דגמי mioDAQ, כולל מק"טים 789887-01‏, ‎789882-01‏, ‎789888-01‏ ו-‎789884-01‏ מאפשרים למשתמש לרכוש את הביצועים המדויקים הדרושים לתכנון מהיר של מוצרים טובים יותר וקידום פעילויות מחקר (טבלה 1).

טבלה 1: mioDAQ USB זמין בארבעה דגמים, המאפשרים למשתמשים להתאים את הביצועים לדרישות היישום. (מקור הטבלה: NI‏)

מתחת למכסה המנוע

נדרשת הבנה מעמיקה של מפרטי ההתקן ויכולותיו כדי להפיק את התועלת המקסימלית. לדוגמה, mioDAQ תומך בשלוש תצורות של הדקי כניסה אנלוגית.

אופן דיפרנציאלי מודד את הפרש המתח בין שני הדקי כניסה וניתן להשתמש בו כדי למזער את השפעת רעש אופן משותף. ייחוס קצה-יחיד (Single-Ended‏) (RSE‏) מודד את המתח של אות עבור נקודת ייחוס ספציפית המבודדת מההארקה. כאשר יש צורך למדוד מתח אות עבור הארקה צפה או מבודדת ללא ייחוס הארקה חיצוני, ניתן להשתמש באופן קצה-יחיד (Single-Ended‏) לא-מיוחס (NRSE‏).

מנועי תזמון נפרדים מאפשרים הגדרת קצב שונה עבור ערוצי כניסה אנלוגית (AI), יציאות אנלוגיות (AO) וקווי I/O‏ דיגיטליים (DIO‏). לדוגמה, המשתמש יכול לבחור בין:

• סינכרון מערכות לאותו שעון והשימוש ב-AI‏, AO ו-DIO, כולם באותו קצב וזמן
• הפעלה על ערך מתח כניסה אנלוגי
• הפעלה של מספר תת-מערכות המתחילות בו-זמנית עם קצבי פעולה שונים
• הפעלה-מחדש של איסוף נתונים, קליטת מספר קבוע של דגימות על בסיס טריגר, לאחר מכן איפוס והמתנה לאירוע הטריגר הבא

ממשק פונקציה ניתן-לתכנות (PFI‏) mioDAQ USB‏ של NI‏ הוא סדרה של קווי I/O‏ דיגיטליים אותם ניתן להגדיר כ-I/O‏ דיגיטלי סטטי להשתמש בו עם מונה/טיימר, מחולל טריגר או פונקציות תזמון. הם מאפשרים גמישות רבה יותר של בקרה וניטור.

לדוגמה, קווי PFI יכולים לשמש עבור פונקציות כמו קליטה אנלוגית, יצירת צורות-גל או מונה אירועים. תמיכת תוכנה, כולל מנהל ההתקן ותכניות התצורה של ה-NI-DAQmx, מפשטת את תהליך השימוש בקווי ה-PFI.

התחלה מהירה לפרויקט

בתוך קופסת ה-NI mioDAQ המשתמש ימצא את החומרה הדרושה עבור הפעלה מהירה, כולל NI mioDAQ, כבל USB-C ל-USB-C באורך 2 מטר עם בורג נעילה (מק"ט 789956-02‏), הדקי קפיץ (מק"ט 785502-01‏), מעטה אחורי עבור הדקים כדי לספק מעצור מתיחה (Strain Relief‏) (מק"ט 785080-01‏) ומברג NI עבור הידוק בורג הנעילה שעל מחבר ה-USB. את הכבל, הדקי הקפיץ והמעטה האחורי ניתן לרכוש גם בנפרד (איור 2).

איור 2: ה- mioDAQ של NI מגיע עם המחברים והכבלים הדרושים כדי להתחיל להשתמש ולהאיץ את מאמצי הפיתוח באופן מיידי. (מקור התמונה: NI)

התוכנה מאיצה את הכינון ותומכת בגמישות

המשתמש מתחיל את הגדרת ה-mioDAQ על ידי סריקת קוד ה-QR בהתקן. פעולה זו מובילה את המשתמש לדף האינטרנט של NI, שם ניתן להוריד את התוכנה והתיעוד הדרושים. המשאבים הזמינים כוללים מדריך למשתמש, סרטוני התקנה, מפת פינים ותוכנה, כולל קישורים להורדת FlexLogger Lite ומנהלי התקנים עבור LabVIEW, Python ו-#C/C‏ כדי להבטיח תהליך התקנה חלק וזמן כינון מינימלי.

תוכנת Measurement & Automation Explorer‏ (MAX‏) החינמית של NI‏ מעניקה גישה לחומרת NI ומשמשת כרכזת עיקרית עבור אינטראקציה עם החומרה והתוכנה של NI. היא מותקנת אוטומטית עם כל מנהלי ההתקנים ותצורות המערכת של NI. MAX מאפשר הגדרת תצורה של התקנים, פתרון בעיות ואפילו יצירת סימולציות של התקנים למטרות בדיקה ללא חומרה פיזית.

ה-FlexLogger Lite‏ של NI‏ היא תוכנה חינמית עבור פרויקטים פשוטים או עבור משתמשים חדשים הרוצים לאסוף ולרשום נתונים. ללא צורך בתכנות, הוא מאפשר למשתמש להגדיר, להציג ולרשום במהירות נתונים מחיישנים והתקני מדידה אחרים.

FlexLogger Lite מזהה אוטומטית את חומרת DAQ של NI‏ ומעניק אפשרויות תצורה ספציפיות-לחיישן. הוא מאפשר תצוגה בזמן-אמת של נתונים שנאספו, ומאפשר למשתמשים לנטר מדידות תוך כדי לקיחתן. הוא תומך גם ברישום נתונים לפורמטים נפוצים כמו Excel או קובץ בינארי tdms.‏ .

FlexLogger Lite הוא תוכנה משלימה לתוכנת FlexLogger עם מלוא המאפיינים, והמשתמש יכול לבחור לשדרג לגרסה המלאה לקבלת מאפיינים מתקדמים יותר כמו בדיקות אוטומטיות, מדידות מותאמות-במיוחד ומידרוג למספר שלדות.

עבור צרכים מורכבים יותר, המשתמש יכול לפנות ל-LabVIEW. הוא פועל על Windows ו- Linux ומספק שפת תכנות גרפית וסביבת פיתוח עבור יישומי אוטומציה, בדיקות ומדידות. הממשק הגרפי שלו מאפשר ויזואליזציה והבנה קלה יותר של תהליכים מורכבים בהשוואה לתכנות מסורתי מבוסס-טקסט.

הוא משמש באופן נרחב בתעשיות כמו תעופה וחלל, רכב ותעשיות תהליכים עבור אוטומציה של מדידות, בדיקות ואיסוף נתונים. הוא תומך בוויזואליזציה וניתוח נתונים ובקרה בזמן-אמת עם התנהגות דטרמיניסטית.

עבור סביבת תוכנה רבת-עוצמה ומקיפה אף יותר, mioDAQ תואם ל-LabVIEW+ Suite של NI‏, אוסף מאוגד של תוכנות בדיקה של NI שנועדו לייעל את תהליכי הבדיקה והתיקוף. זוהי חבילה מקיפה של כלים עבור אוטומציה, איסוף נתונים, ניתוח ודיווח. חבילת +LabVIEW, שנבנתה על LabVIEW, כוללת את הרכיבים העיקריים הבאים:

• מסגרת העבודה TestStand‏ של NI‏ בודקת את התכנון, ניהול והביצוע של רצפי בדיקות.
• InstrumentStudio עבור הגדרת תצורה ובקרה אינטראקטיבית
• FlexLogger עבור רישום נתונים מהיר ומידרגי
• DIAdem‏ מספקת יכולות ניתוח ודיווח נתונים

אפשרויות הרכבה

mioDAQ USB הוא יותר מאשר התקן שולחני. למשתמש יש בחירה של הרכבה על מסילת DIN אנכית או אופקית, פאנל שטוח, והרכבה בארון 19 אינץ' עבור בניית עמדות בדיקה ומערכות אוטומציה. ערכות ההרכבה מסופקות עם כבלי USB-C עם מחברים בזווית ישרה להשלמת ההתקנה. מחברי USB-C חלופיים זמינים גם כן, מק"ט 789957-02‏. פרטי ההרכבה כוללים (איור 3):

• ערכת מהדק-בלבד DIN אופקי בלבד (מק"ט 789986-01‏) זמינה עבור הרכבה אופקית על מסילת DIN סטנדרטית של 35 מ"מ. כולל כבל USB-C עם מחברים בזווית ישרה.
• הרכבה במסילת DIN‏ אנכית והרכבת פאנל שטוח על-ידי חורים ניתן לממש באמצעות מק"ט 789955-01‏. כולל כבל USB-C עם מחברים בזווית ישרה.
• הרכבה בארון 19 אינץ' באמצעות מק"ט 789953-01‏ של עד שני התקני mioDAQ הכוללת שני כבלי USB-C עם מחברים בזווית ישרה.

איור 3: בנוסף להרכבה על שולחן עבודה, מכללי הרכבה של mioDAQ זמינים עבור מסילת DIN אופקית (למעלה משמאל), מסילת DIN אנכית, הרכבה על פאנל שטוח (למעלה מימין), ובתצורת 1U בגודל 19 אינץ' (למטה). (מקור התמונות: NI)

סיכום

ה- mioDAQ USB של NI מעניק למשתמש את עומק ביצועי החומרה ואת מגוון כלי התוכנה הדרושים להאצת פיתוח מוצרים אלקטרוניים ואלקטרומכניים מתקדמים ולזכייה במירוץ לשוק. הוא מתחיל בכינון והגדרה פשוטים וממשיך עם כיולי מדידה המובטחים עד 10 שנים. קיימים דגמים עם מספר ערוצים שונה כדי לייעל את התצורה בהתאם לצורכי הפרויקט. בכל מקרה הם מספקים את הדיוק והדיוק-החוזר שהמשתמש דורש.

קריאה מומלצת:

1. כיצד לבנות מערכת איסוף נתונים קומפקטית
2. חבילת תוכנות בדיקה מפשטת את יצירת תוכניות הבדיקה
3. כיצד להאיץ את תכנון, תיקוף ובדיקות הייצור של מערכות באמצעות מכשירים ותוכנה מודולריים
4. מימוש מערכת בדיקה אוטומטית קומפקטית וגמישה באמצעות חבילות PXI I/O רבות-פונקציות