USB到嵌入式系統的部署與實現

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箱。根據配置的尺寸與復雜度要求，可實現由簡單的4通道溫度記錄器到高通道數、高采樣速率的控制系統。

C系列模塊
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預覽

??? 目前，有超過 36種C系列模塊用于不同的測量應用，包括熱電偶、電壓、RTD、電流、電阻、應變、數字 (TTL及其它)、加速度計和麥克風等。每個模塊的通道數從4個到32個，以適應廣泛的系統需求。針對各種特定的測量類型，C系列模塊將信號調理、傳感器 連接與數據采集集成于模塊中。這些模塊可插入到任意的C系列外盒與機箱中，從而創建多種系統。通過選擇所需的模塊并安裝于C 系列系統中，我們可以實現在單一的系統中創建混合通道與測量類型。根據此項特性，C 系列平臺可由用戶進行高度的自定制。

??? 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，這樣就減少了一個部件，進一步簡化了整體 安裝。C系列模塊支持BNC、D-SUB，或RJ-50等標準連接頭。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

市場上用于數據采集的USB單模塊外盒與NI CompactDAQ 機箱，都可以方便地對其硬件和軟件進行設定。NI-DAQmx 驅動程序以及所附帶的LabVIEW SignalExpress LE 軟件，能夠對插入的C 系列模塊進行自動檢測和設定。用戶僅需輕點鼠標，即可記錄數據并以可自定義的顯示方式來查看測量結果。除了附帶的軟件之外，針對各種應用，用戶還可以通過 LabVIEW、ANSI C、C#、VB 6.0，或 .NET對USB 設備進行編程。用戶可以利用現有的圖形化和基于文本語言的示例程序，更輕松的創建代碼。USB單模塊外盒不需外接電源，僅需通過主計算機的USB端口來提 供所有所需電源，這個特性使其成為便攜式應用的理想解決方案。

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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。可在這里的所支持的 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(此系統可以連接到任何運行Windows的臺式機的USB端口上，而且由USB端口供電)。

Wi-Fi DAQ設備

概述

NI Wi-Fi數據采集（DAQ）設備結合了IEEE 802.11無線以太網通信協議、傳感器直連特性和LabVIEW軟件的靈活性，可用于對電氣、物理、機械和聲學信號進行遠程監測。Wi-Fi DAQ設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據。同時，內建有經NIST批準的128位AES加密和高級網絡認證方法， 從而提供商業可用的最高級別的網絡安全性。

由于Wi-Fi DAQ設備使用NI-DAQmx驅動，用戶可以使用LabVIEW和DAQ助手快速而便捷地開發出應用程序。

需要了解Wi-Fi DAQ設備更多信息，請訪問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設備對于那些不能使用有線方式進行測量的用戶十分有用。如下列應用就將大大受益于無線以太網：工業遠程監測、結構監測、環境監測和機器狀態監測。

NI CompactDAQ

概述

NI CompactDAQ平 臺、NI USB技術以及NI硬件驅動為用戶提供了高效地實現從單模塊測量到基于Windows XP系統的PC/IPC測量的方式，。NI CompactDAQ機箱可以通過 USB 接口，連接到任何運行Windows 操作系統的設備或計算機上，并可容納最多8個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箱中的模塊，從而建立一個有特定通道數與混合測量類型的系統。此平臺通過工業標準的驅動程序—— NI-DAQmx 進行編寫。這種API可方便地使用多種編程語言實現，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編寫的簡單數據采集程序，均可在幾分鐘之內實現，即便LabVIEW初學者也是如 此。

連接到小型筆記本上的NI CompactDAQ

考慮因素

選擇NI CompactDAQ平臺時的考慮因素包括滿載時對模塊采樣速率級別的限制，以及機箱只提供16通道的模擬輸出限制。系統的實際性能可以在 CompactDAQ系統配置指南中輸入模塊類型和通道數來確定。需要了解更多關于CompactDAQ工作性能的信息，請查閱技術白皮書：驅動USB的 三種技術。

適用者

NI CompactDAQ平臺是許多數據采集應用的理想選擇，如實驗室中的一般性測量、現場可用的便攜式單元或作為更大型機器和處理系統中的I/O單元實現。 NI CompactDAQ機箱的堅固設計與小型尺寸，使之成為系統工程師在尋找OTS組件與進行個性化系統時的最愛。由于具有交流適配器和直流電源兩種供電選 擇，機箱在電源選擇上更具靈活性。許多系統甚至可以利用車用電池或小型可充電電池，進行機動車測試。

NI CompactRIO

概述

NI CompactRIO 除了尺寸規格與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。雖然實現上有些許不同，但是CompactRIO系統不僅包含了CompactDAQ 平臺的所有功能，而且還進一步提升了性能。CompactRIO是用于C系列模塊的機箱平臺，但這只是相似于 CompactDAQ 的部分。CompactRIO不具有連接計算機的 USB 接口，其 I/O 也不是通過NI-DAQmx 進行編程的。使用NI CompactRIO，可將整個控制器/處理器集成到機箱上，以構建完整而獨立的數據采集、處理和控制系統。平臺的控制器是單獨銷售的，并具有硬盤、處理 器速度和RAM的不同規格。此控制器并不運行于標準Windows操作系統，而是實時操作系統。由于具備實現確定行操作與高可靠性的部署，因此對于控制應 用特別重要。通過將應用程序下載至控制器，可實現對這種PC 類型的控制器進行全面編程。

CompactRIO可在嚴苛的環境中進行工作。完整的CompactRIO系統包含 8 個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 的溫度范圍內工作。CompactRIO設計提供了快速算法，用于控制系統原型化和部署，并整合自定制與 OTS 的方便性。下圖顯示了插有4個C系列模塊的4插槽CompactRIO 系統。當然，CompactRIO 還提供了8插槽機箱。

具備四個插槽和四個C系列模塊的CompactRIO機箱

不僅僅是控制器和模塊：FPGA技術

雖然CompactDAQ與CompactRIO之間的主要差異在于控制器，但最大的技術差異是每個CompactRIO 機箱內建的FPGA (現場可編程門陣列)。來自于模塊的所有 I/O 數據，均需要首先通過機箱背板中的 FPGA。利用此技術，高級系統工程師可利用軟件的靈活性，進一步自定義硬件性能。使用者可隨時將FPGA 代碼下載到機箱，來執行原本由控制器進行的計算或操作。此功能不僅可在提升性能的同時降低處理器的負載，而且使系統工程師們能夠實現各種特殊功能，如自定 義的觸發功能(否則只能使用定制硬件和電路設計才能實現)等。使用FPGA 技術，可將任意的普通數字 I/O 通道轉換為計數器/定時器。PID 控制環可下載到FPGA而非處理器中，這意味著單點控制循環可以用靈活的軟件進行設計，同時具有硬件級別的執行速度。需要了解更多 NI FPGA 技術，請訪問LabVIEW FPGA 首頁。

考慮因素

NI DAQmx驅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機箱進行編程設計，需要 使用 LabVIEW Real-Time與LabVIEW FPGA 模塊。雖然這些模塊可以極大地擴展系統功能，但也會增加與 CompactDAQ 無關的成本。利用這些軟件工具，CompactRIO不會受到 CompactDAQ那樣的系統限制，同時利用NI公司的軟件與FPGA技術，CompactRIO可執行除了USB即插即用設定以外的所有 CompactDAQ功能。

適用者

CompactRIO 用戶往往需要多種數據通信標準，如CAN、 以太網絡、串口或其它特殊協議。CompactRIO其它的特性包括無需PC計算的遠程板載處理。這使得該解決方案更加具有便攜性和穩定性。最后，相對于 自己設計特殊電路，使用者通常傾向于使用CompactRIO。無需嵌入式開發知識背景，初階和中階的 LabVIEW 工程師都可以針對高級控制算法或設計原型化進行FPGA 的編程設計。

R 系列擴展機箱

概述

針對需要將PC性能與功能、基于FPGA 的高速控制、與內建的信號處理有機整合的應用，用戶可以使用R 系列板卡的擴展機箱。R系列板卡是多功能 I/O 卡，適用于內建有FPGA 的PC/PXI 總線，該 FPGA與CompactRIO的FPGA相似。這種機箱有著4插槽選項，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機或PXI 機箱里的PCI/PXI R系列板卡的前端上。與CompactRIO相似，FPGA在電路板上，所有來自C系列模塊的數據在傳送到處理器/控制器前，都需要經過FPGA。借助于 這個選項，用戶可以使用最新的計算機處理技術和NI FPGA系統。使用R系列板卡上的多個連接頭，最多可以有4個機箱連接到每個R系列板卡上 —— 這樣，在使用擁有多個R系列板卡的PXI機箱里，就可以獲得大量通道數。

連接到PXI系統的擴展機箱

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考慮因素

在R系列擴展機箱的系統上實現LabVIEW編程，幾乎與LabVIEW FPGA代碼嵌入在CompactRIO 系統中，同時控制器/PC上運行LabVIEW程序相同。 CompactRIO 的考慮因素在于硬件尺寸、堅固程度和成本。但是，基于PXI總線的系統是基于商用PC技術，有著更多的通道數量、更高的帶寬、更多的模塊和范圍以及更為廣 泛的即時可用的通信標準。除了尺寸和堅固性以外，PXI R系列系統可以完成比CompactRIO系統更多的工作。

適用者

PXI 系統包括了從小型及常見應用，到大型與高度自定制的應用。由于實時操作系統的可靠性、高帶寬、精確同步化，該平臺的多種可用儀器，PXI 系統通常使用在制造測試中。因為 PXI 系統使用了最新的計算機處理技術，因此需要集成大量測量和多個高級算法的工程師和科學家們均可使用 PXI。除了高級計算與制造測試系統之外，由于FPGA 設備的普及性、C 系列模塊的信號處理功能，與可選實時操作系統的確定性時序，PXI 系統也經常使用在高速控制平臺上。

總體性能比較

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