Tehnička školi Ruđera Boškovića, Zagreb

2011.

Akvizicijska karica

NI USB 6009Skripta za fakultativnu nastavu

Damir Mileta

Rad sa akvizicijskom karticom NI USB 60093

1. KARAKTERISTIKE NI USB 6009 3

1.1. MJERE OPREZA 4

1.2. BLOK SHEMA NI USB 6009 5

1.3. POSTAVLJANJE KARTICE 6

1.4. ANALOGNI TERMINALI 7

1.5. DIGITALNI TERMINALI 8

1.6. OPIS SIGNALA 9

1.7. SKLOPOVLJE ANALOGNOG ULAZA 10

1.8. NAČINI MJERENJA AI 10

Diferencijalno mjerenje 10

Mjerenje s jednim vodom, "single-ended" 11

1.9. SKLOPOVLJE ANALOGNOG IZLAZA 12

Spajanje analognog izlaza 12

1.10. OSTALE SPECIFIKACIJE 13

Analogni ulaz 13

Anlaogni izlaz 14

2. INSTALACIJA DRIVERA ZA NI USB 6009 14

3. UPUŠTANJE NI USB 6009 ZA RAD 18

3.1. SPAJANJE KARTICE NA RAČUNALO 18

4. Measurement & Automation Explorer 20

Rad sa akvizicijskom karticom NI USB 6009

1. Karakteristike NI USB 6009

U uvodnom djelu spomenuo sam da se LabVIEW koristi u kombinaciji sa akvizicijskim karticama. Primjer je kartica NI USB 6009, sa kojom ću pomoću LabVIEW-a izvršavati određene radnje. Ova kratica posebna je u tome što za spajanje na računalo koristi USB kabel, pa ju je jednostavno dovest u stanje spremno za rad, kao što ju je isto tako jednostavno uklonit.

Opisati ću neke karakteristike:

NI USB 6009 omogućuje spajanje na 8 analgonih ulaznih kanala (AI), 2 analogna izlazna kanala (AO), 12 digitalnih ulazno/izlaznih kanala (DIO) i 32-bitni brojač sa punom brzinom USB sučelja.

3.1 Vrste naziva konvencije za izlazni digitalni driver

3.2 Neke karakteristike NI USB 6008/6009

3.3 Izgled akvizicijske kartice NI USB 6009

3.4 Stražnji izgled akvizicijske kartice NI USB 6009

1.1. Mjere opreza

Ne koristiti uređaj u eksplozivnom okruženju ili okruženju gdje se nalaze zapaljivi plinovi. Ukoliko se uređaj koristi u takvom okruženju neka bude ograđen.

Ukoliko je potrebno očistiti uređaj koristi se suha sredstva za čišćenje. Budite sigurni da je uređaj potpuno suh i bez zagađenja.

Koristiti uređaj samo ili ispod zagađenja 2 stupnja (samo nevodljiva zagađenja). Zagađene strane materije čvrstog, tekućeg ili plinovitog stanja mogu smanjiti dielektričnu snagu ili površinsku otpornost.

Morate osigurati signalne spojeve za maksimalni napon za koji je uređaj predviđen. Ne prelazite maksimalna ograničenja za uređaj. Ne ožićujte uređaj dok je pod električnim naponom. Ne skidajte ili stavljajte konektorske blokove kada je uređaj uključen. Isključite struju iz signalnih linija prije spajanja ili odspajanja sa uređajem.

Rukovati sa uređajem u ili ispod Mjerne Kategorije I

Mjerni krugovi su podvrgnuti naponima i prolaznom stresu iz krugova koji su spojeni tjekom mjerenja ili testiranja.

Mjerna Kategorija I je oznaka za mjerenje koje se izvodi na krugovima koji nisu direktno spojeni na električni ospkrbni sustav. U tu kategoriju spadaju mjerenja koja uključuju signalene

razine, specijalnu opremu, energetski ogranične dijelove, krugove regulirane sa niskonaponskim izvorima i elektronikom.

1.2. Blok shema NI USB 6009

3.5 Blok dijagram pokazuje funkcijske komponentre NI USB 6009

1.3. Postavljanje kartice

3.6 Dijagram postavljanja kartice NI USB 6009

Kako bi mogli koristiti karticu, ona mora biti spremna za rad i propisno postavljena. Kao što je prikazano na shemi potrebno je utaknuti spojne utore predviđene za karticu. Prema funkcijama pinova potrebno je izvršiti označavanje kako ne bi došlo do pogreške pri spajanju pinova.

Nakon toga labelu samo ubacimo u utor iznad pinova. Zatim spojim USB kabel u predviđen utror. Preostaje samo da spojimo žice sa spojnim utorima preko kojih ćemo dovoditi mjerne signale.

Na kartici su pinovi označeni samo brojkama i podjeljeni u analogne i digitalne. Kako bi smo točno označili pinove, moramo znati koji je broj dodjeljen kojoj funkciji pina.

1.4. Analogni terminali

3.7 jena analognih terminala

1.5. Digitalni terminali

3.8 jena digitalnih terminala

1.6. Opis signala

3.9 Tablica prikazuje opis pojedinih pinova i signala

1.7. Sklopovlje analognog ulaza

3.10 Blok shema sklopova analognog ulaza.

Djelovi analognog ulaza su:

MUX (multipleksor)- služi kako bi usmjerio korišteni ulaz na PGA.

PGA (programmable gain amplifier, programsko pojačalo)- omogućuje ulazu pojačanje od 1,2,4,5,8,10,16, ili 20 kada je konfigurirano za diferencijalno mjerenje, te pojačanje 1 kada je konfigurirano za "single ended" mjerenje. Pojačanje se automatski izračunava na osnovu mjernog opsega odabranog za mjerenje.

A/D Converter ( Analogno digitalni pretvarač)- pretvara analogni signal u digitalni kod.

AI FIFO (First in firs out, prvi unutra priv van)- FIFO međuspremnik zadržava podatke tjekom AI akvizicije, kako bi osigurao da podaci nebudu izgubljeni.

1.8. Načini mjerenja AI

NI USB 6009 omogućuje dva načina mjerenja. Jedan način je diferencijalno mjerenje, a drugi mjerenje s jednim vodom (single-ended).

Diferencijalno mjerenje

Ukloliko želimo mjeriti diferencijalno pozitivni kraj priključimo na AI+, dok negativni priključimo na AI-.

3.11 Spajanje naponskog signala diferencijalnim načinom

Diferencijalni način može mjeriti +/-20V, signale u opsegu +/-20V.

Međutim maksimalni napon na svakom pinu je +/-10V prema GND. Na primjer, ako je AI 1 10V, a AI 3 -10V, tada je mjereno +20V.

3.12 Primjer diferencijalnog mjerenja

Mjerenje s jednim vodom, "single-ended"

Ukoliko želimo mjeriti "single-ended" načinom pozitivan napon spajamo na AI terminal, dok uzemljeni signal spajamo na GND.

3.13 Spajanje naponskog signala single-ended načinom

1.9. Sklopovlje analognog izlaza

3.14 Blok shema sklopova analognog izlaza.

Shema je prilično jednostavna. Glavna komponenta je DAC.

D/A Convertor (digitalno analogni pretvornik)- pretvara digitalni kod u analogni signal. U izlaznom krugu još se nalaze izlazni buffer te otpornik vrijednosti 50 ohma.

Spajanje analognog izlaza

Spajanje na analogni izlaz se vrši spajanjem pozitivnog djela na AO ,te uzemljenog djela na GND terminal.

3.15 Spajanje analognog izlaza

Kada koristimo D/A pretvornik da bi generirali valni oblik, možemo primjetiti nepravilnosti u izlaznom signalu. Te nepravilnosti su normalne, zbog toga kada DAQ promjeni izlazni napon iz jedne vrijednosti u drugu , ispušta naboj te nastaju nepravilnosti. Ukoliko to želimo spriječiti možemo izraditi niskopojasni filter kako bi smanjili nepravilnosti u signalu, no to opet ovisi o frekvenciji i prirodi signala.

1.10. Ostale specifikacije

Analogni ulaz

Ulazna rezolucija: - 14-bita diferencijalno

- 13-bita s jednim vodom

Maksimalno vrijeme uzrokovanje (Sampling rate) - 1 kanal- 48kS/s

- više kanala- 42kS/s

AI FIFO - 512 bita

Vremenska rezolucija - 41.67 ns

Ulazni opseg - single ended +/-10V

- diferencijalni +/-20V, +/-10V, +/- 5V, +/-4V, +/-2.5V, +/-2V, +/-1.25V, +/-1V

Radni napon - +/-10V

Ulazna impedancija - 144k

Zaštita prenapona - +/-35V

Šum sustava

3.16 Tablica šuma na pojedinim temperaturama

Anlaogni izlaz

Broj analognih izlaza - 2

Izlazna rezolucija - 12 bita

Izlazni opseg - 0 do +5V

Najveća moguća brzina promjene izlaznog napona( Slew rate) - 1V/s

Struja kratkog spoja - 50mA

2. Instalacija drivera za NI USB 6009

Da bismo mogli započeti rad sa našom akvizicijskom karticom, najprije moramo instalirati drivere za nju. Driveri su neophodni jer omogućuju povezivanje akvizicijske kartice sa računalom, te njen ispravan rad.

Kako bi započeli instalaciju, ubacimo instalacijski DVD u računalo.

Nakon toga automatski će se otvoriti porzor

3.17 Početni prozor tjekom instalacije drivera

Prozor nudi mogućnost instaliravanja ili ako želimo možemo pročitati ReadMe File ili pak pregledati cijeli CD što uglavnom nije potrebno. Odabiremo Install Device Drivers, nakon čega će se pojaviti prozor sa slike 3.18. Pričekamo nekoliko trenutaka, te slijedimo upute instalacije.

3.18 Prikaz instalacije

3.19 Prozor prikazuje neke specifikacije u proizvodu

3.20 Odabiremo lokaciju gdje želimo instalirati naš program

3.21 Sada smo u mogućnosti odabrati koji module programa želimo instalirati

3.22 Pročitamo i potvrdimo Licensni ugovor

3.33 Pričekamo dok program vrši instalaciju

3.34 Nakon što je instalacija završena, odabiremo restart kako bi driver bio spreman za rad

Tek sada kad smo završili sa instalacijom drivera spremni smo za rad sa akvizicijskom karticom. Instalacijom drivera instalirao se i program "Measurement & Automation Explorer" koji će pomoći u radu s karticom.

3.35 Measurement & Automation Explorer

3. Upuštanje NI USB 6009 za rad3.1. Spajanje kartice na računalo

NI USB 6009 karticu je vrlo jednostavno spojiti sa računalom. Za to je potreban samo USB kabel. Tip konektora Standard-B spojimo na karticu, dok konektor Standard-A spojimo na računalo.

3.36 Spajanje kartice sa računalom preko USB kabla

Kad je kartica spojena, zelena LED dioda trebala bi "blinkati", što je znak da je kartica spremna za rad.

3.37 LED treperi

Kada spojimo karticu, Windows će ponuditi mogućnosti:

3.38 Prozor koji ponuđuje moguće zadatke

4. Measurement & Automation Explorer

Measurement & Automation Explorer (MAX) je program koji se instalira zajedno sa driverima za karticu. Program služi kako bismo imali potpuni pregled nad svim instrumentima koje priključimo na računalo, u ovom slučaju kartice. U njemu možemo kofigurirati kartice, davati im određene zadatke, pratiti njihov rad, testirati ili vidjeti jesu li trenutačno spojene sa računalom. Za tradicionalno korištenje DAQ-a, rad u tom program je nephodan, dok u novijim verzijama možemo koristiti signal exspress u kojem možemo konfigurirati karticu i davat joj određene zadatke.

3.39 Prozor pri otvaranju MAX-a

Kada otvorimo MAX, u ljevom prozoru nude se mogućnosti odabiranja:

- Data Neighborhood- Devices and Interfaces- Scales- Software- IVI drivers- Remote System

3.40 Početni prozor MAX-a

Odabirom na Data Neighborhood otvaramo podfolder NI-DAQmx Tasks.

U njemu imamo mogućnost kreiranja novih "taskova" odnosno zadataka koje želimo da naša kartica izvršava. U desnom dijelu prozora sada imamo pregled nad svim "taskovima" koje smo zadali te vidjeti izvršavaju li se ili ne.

3.41 Odabir i pregled taskova

Klikom na Create New NI-DAQ Task konfigurirati ćemo novi zadatak

Praktičnije napraviti "task" preko exspressa ( My DAQ Assistant) kada z o koji točno zadatak trebamo, te kako ćemo povezat u programu da kartica obavlja zadatak onako kako mi želimo. Postupak je gotovo identičan kao i preko exspressa pa ću ga opisati.

Dakle jednostavan zadatak, želimo generirati istosmjerni napon veličine 5V. Sljedimo korake: Odabiremo

- Generate Signals- Analog Output- Voltage

3.42 Kreiranje taska

Nakon toga će se otvoriti prozor sa ponuđenim izlaznim terminalima koje možemo koristiti za analogno generiranje napona.

3.43 Odabir izaznog terminala

Odabrat ćemo izlaz Ao0 te sada z o da će se sa tog izlaza generirati napon. Isto tako mogli smo odabrati ao1, kanali u ovom slučaju nemaju razlike, tako da ih odabiremo ovisno o

nažoj želji ili potrebama.

Odabiremo Next, te sada možemo upisati ime zadatka.

3.44 Upisivanje imena taska

Nakon što upišemo ime, odabiremo Finish te smo time kreirali novi "task". Sada se automatski otvara prozor za konfiguraciju navedenog "taska"

3.45 Prozor u kojem konfiguriramo task

U ovom prozoru imamo mogućnosti:

- Signal Outpu Range - namještamo najveću i najmanju vrijednost izlaznog napona- Terminal Configuration - Možemo odabrati Diferencijalan načinili uzemljeni (RSE)- Custom Scaling - ukoliko želimo skalirati- Generation Mode - odabiremo vremenski način kojim čemo generirati signal.

Pored kućice Voltage Out upišemo vrijednost napona te pritisnemo Apply value to all. Sada se može pokrenuti zadatak te ga testirati ili jednostavno ostaviti za kasnije.

Slijedeća važna podskupina u MAX-u je Devices and Interfaces. Pod tom podskupinom imamo potpuni pregled svih hardverskih uređaja priključenih na računalo (akvizicijske kartice, PXI, ostala...).

3.46 Pregled spojenih uređaja

U pregledniku možemo vidjeti da je priključena akvizicijska kartica NI USB 6009, da su instalirani driveri, te da je kartica spremna za rad.

Desnim klikom miša na odabrani uređaj otvara se padajući izbornik sa kojega možemo odabrati razne funkcije. Među njima možemo testirati, restaritrati, konfigurirati uređaj.

3.47 Padajući izbornik

Među ostalim važnijim podskupi a izdvojit ću Software. Pod njime imamo potpuni pregled svih instaliranih programa vezanih za rad sa uređajima. Ovdje možemo dobiti detaljnije informacije o programu.

3.48 Pregled svih instaliranih programa vezanih uz MAX

Od ostalih podskupina tu su Scales, IVI drivers i Remote System.

Nakon što smo uspješno spojili karticu, instalirali drivere, povezali je softverski te konfigurirali možemo početi raditi sa njom. Za izrađivanje programa u kojem ćemo koristiti karticu ( u ovom slučaju to će biti nekakav generator valnih oblika ) moramo se vratiti u LabVIEW u kojem ćemo programirati takav program te povezati hardver i softver.