在選擇DAQ設(shè)備時(shí)，你有沒(méi)有考慮過(guò)這些影響因素?
——組成結(jié)構(gòu)和堅(jiān)固性的選擇將決定系統(tǒng)適用的場(chǎng)景，比如是受控的實(shí)驗(yàn)室還是難以預(yù)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)。
——所選擇的總線不僅可以決定DAQ系統(tǒng)的吞吐量和延遲，還可以決定測(cè)量設(shè)備的便攜性。
今天，我們就系統(tǒng)地梳理下為測(cè)量應(yīng)用選擇合適的總線和組成結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮的6?大技術(shù)因素。
01 此總線需要處理的數(shù)據(jù)量有多大？
所有PC總線在一定時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量都是有限的。這種限制稱為總線帶寬，單位通常是兆字節(jié)每秒(MB/s)。如果動(dòng)態(tài)波形測(cè)量對(duì)于應(yīng)用十分重要，務(wù)必使用帶寬足夠的總線。
根據(jù)您選擇的總線，總帶寬可以在多個(gè)設(shè)備之間共享，也可以專用于特定設(shè)備。例如，PCI總線的理論帶寬為132 MB/s，由計(jì)算機(jī)的所有PCI板卡共享。千兆以太網(wǎng)提供125 MB/s的帶寬，由子網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備共享。提供專用帶寬的總線(如PCI Express和PXI Express)可為每臺(tái)設(shè)備提供最大數(shù)據(jù)吞吐量。
進(jìn)行波形測(cè)量時(shí)，需要根據(jù)信號(hào)變化的速度達(dá)到特定采樣率和分辨率。每次采樣的字節(jié)數(shù)(下一個(gè)字節(jié)取整)乘以采樣速度，再乘以通道數(shù)，即可得出所需的最小帶寬。
例如，在四個(gè)通道上以4 MS/s的速度采樣的16位設(shè)備(2字節(jié))將是：
您的總線帶寬需要能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)采集的速度，需要注意的是，系統(tǒng)的實(shí)際帶寬往往低于理論上的最高總線帶寬。系統(tǒng)的實(shí)際帶寬，取決于系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量以及占用總線帶寬的額外開銷。如需在多個(gè)通道上傳輸大量高分辨率數(shù)據(jù)，在選擇DAQ總線時(shí)，帶寬可能是最重要的考量因素。
02我對(duì)單點(diǎn)I/O有何要求？
需要單點(diǎn)讀寫的應(yīng)用往往需要實(shí)時(shí)且持續(xù)地更新I/O值。基于總線架構(gòu)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方式，單點(diǎn)I/O需求可能是您選擇總線的決定性因素。例如，對(duì)于比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)，單點(diǎn)I/O非常重要，而且總線延遲會(huì)直接影響控制回路的最快速度。
總線延遲反映了I/O的響應(yīng)速度，指的是調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序軟件函數(shù)與更新I/O實(shí)際硬件值之間的時(shí)間延遲。根據(jù)所選擇總線的不同，延遲從<1 μs到數(shù)ms不等。
單點(diǎn)I/O應(yīng)用的另一個(gè)重要因素是確定性，衡量的是I/O按時(shí)執(zhí)行的持續(xù)性。確定性對(duì)于控制應(yīng)用十分重要，因?yàn)樗苯佑绊懣刂苹芈返姆€(wěn)定性。
03該系統(tǒng)需達(dá)到何種便攜程度？
便攜式計(jì)算為基于PC的數(shù)據(jù)采集帶來(lái)了新的創(chuàng)新方式。便攜性很容易成為選擇某一種總線的主要原因。例如，車載DAQ應(yīng)用得益于結(jié)構(gòu)緊湊以及方便攜帶的硬件。
USB和以太網(wǎng)等外部總線可實(shí)現(xiàn)快速硬件安裝，并且與筆記本電腦兼容，因此特別適用于便攜式DAQ系統(tǒng)。通過(guò)USB端口供電的總線供電型USB設(shè)備可提供更多的便利，因?yàn)樗鼈儾⒉恍枰獑为?dú)的電源。
04計(jì)算機(jī)距離測(cè)量對(duì)象有多遠(yuǎn)？
在不同的應(yīng)用中，需要測(cè)量的物體和計(jì)算機(jī)之間的距離各不相同。為了達(dá)到卓越的信號(hào)完整性和測(cè)量準(zhǔn)確度，DAQ硬件應(yīng)該放置在盡可能靠近信號(hào)源的位置。
使用很長(zhǎng)的線纜進(jìn)行跨橋梁或車間布線不僅成本昂貴，而且還可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)嘈雜。可解決此問(wèn)題的一種方案是使用便攜式計(jì)算平臺(tái)，將整個(gè)系統(tǒng)移動(dòng)到更靠近信號(hào)源的地方。借助無(wú)線通訊技術(shù)，計(jì)算機(jī)和測(cè)量硬件之間不需要進(jìn)行物理連接，且可以采取分布式測(cè)量，將數(shù)據(jù)發(fā)回到一個(gè)集中地點(diǎn)。
05系統(tǒng)需要達(dá)到何種堅(jiān)固程度？
現(xiàn)在，需要走出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行的測(cè)試越來(lái)越多，因此選擇DAQ設(shè)備時(shí)，需要考慮DAQ系統(tǒng)所處的環(huán)境，并確保DAQ系統(tǒng)能夠適用于這類環(huán)境。查看工作溫度以及沖擊和振動(dòng)等級(jí)：對(duì)于極端環(huán)境，需要考慮進(jìn)入防護(hù)(IP)等級(jí)，該等級(jí)表示的是設(shè)備的防塵和防水等級(jí)。例如，F(xiàn)ieldDAQ設(shè)備的IP等級(jí)為IP65和IP67，這意味著設(shè)備具有防塵、防噴水和防水浸的能力。
06我是否需要同步多個(gè)設(shè)備？
許多測(cè)量系統(tǒng)都有復(fù)雜的同步需求，比如同步數(shù)百個(gè)輸入通道或者同步不同類型的儀器。例如，激勵(lì)-響應(yīng)系統(tǒng)可能要求多個(gè)輸出通道共享相同的采樣時(shí)鐘，并將啟動(dòng)觸發(fā)器作為輸入通道，以便關(guān)聯(lián)I/O并更好地分析結(jié)果。
來(lái)源：美國(guó)國(guó)家儀器
——組成結(jié)構(gòu)和堅(jiān)固性的選擇將決定系統(tǒng)適用的場(chǎng)景，比如是受控的實(shí)驗(yàn)室還是難以預(yù)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)。
——所選擇的總線不僅可以決定DAQ系統(tǒng)的吞吐量和延遲，還可以決定測(cè)量設(shè)備的便攜性。
今天，我們就系統(tǒng)地梳理下為測(cè)量應(yīng)用選擇合適的總線和組成結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮的6?大技術(shù)因素。
01 此總線需要處理的數(shù)據(jù)量有多大？
所有PC總線在一定時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量都是有限的。這種限制稱為總線帶寬，單位通常是兆字節(jié)每秒(MB/s)。如果動(dòng)態(tài)波形測(cè)量對(duì)于應(yīng)用十分重要，務(wù)必使用帶寬足夠的總線。
根據(jù)您選擇的總線，總帶寬可以在多個(gè)設(shè)備之間共享，也可以專用于特定設(shè)備。例如，PCI總線的理論帶寬為132 MB/s，由計(jì)算機(jī)的所有PCI板卡共享。千兆以太網(wǎng)提供125 MB/s的帶寬，由子網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備共享。提供專用帶寬的總線(如PCI Express和PXI Express)可為每臺(tái)設(shè)備提供最大數(shù)據(jù)吞吐量。
進(jìn)行波形測(cè)量時(shí)，需要根據(jù)信號(hào)變化的速度達(dá)到特定采樣率和分辨率。每次采樣的字節(jié)數(shù)(下一個(gè)字節(jié)取整)乘以采樣速度，再乘以通道數(shù)，即可得出所需的最小帶寬。
例如，在四個(gè)通道上以4 MS/s的速度采樣的16位設(shè)備(2字節(jié))將是：
您的總線帶寬需要能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)采集的速度，需要注意的是，系統(tǒng)的實(shí)際帶寬往往低于理論上的最高總線帶寬。系統(tǒng)的實(shí)際帶寬，取決于系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)量以及占用總線帶寬的額外開銷。如需在多個(gè)通道上傳輸大量高分辨率數(shù)據(jù)，在選擇DAQ總線時(shí)，帶寬可能是最重要的考量因素。
02我對(duì)單點(diǎn)I/O有何要求？
需要單點(diǎn)讀寫的應(yīng)用往往需要實(shí)時(shí)且持續(xù)地更新I/O值。基于總線架構(gòu)的軟硬件實(shí)現(xiàn)方式，單點(diǎn)I/O需求可能是您選擇總線的決定性因素。例如，對(duì)于比例積分微分(PID)控制系統(tǒng)，單點(diǎn)I/O非常重要，而且總線延遲會(huì)直接影響控制回路的最快速度。
總線延遲反映了I/O的響應(yīng)速度，指的是調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序軟件函數(shù)與更新I/O實(shí)際硬件值之間的時(shí)間延遲。根據(jù)所選擇總線的不同，延遲從<1 μs到數(shù)ms不等。
單點(diǎn)I/O應(yīng)用的另一個(gè)重要因素是確定性，衡量的是I/O按時(shí)執(zhí)行的持續(xù)性。確定性對(duì)于控制應(yīng)用十分重要，因?yàn)樗苯佑绊懣刂苹芈返姆€(wěn)定性。
03該系統(tǒng)需達(dá)到何種便攜程度？
便攜式計(jì)算為基于PC的數(shù)據(jù)采集帶來(lái)了新的創(chuàng)新方式。便攜性很容易成為選擇某一種總線的主要原因。例如，車載DAQ應(yīng)用得益于結(jié)構(gòu)緊湊以及方便攜帶的硬件。
USB和以太網(wǎng)等外部總線可實(shí)現(xiàn)快速硬件安裝，并且與筆記本電腦兼容，因此特別適用于便攜式DAQ系統(tǒng)。通過(guò)USB端口供電的總線供電型USB設(shè)備可提供更多的便利，因?yàn)樗鼈儾⒉恍枰獑为?dú)的電源。
04計(jì)算機(jī)距離測(cè)量對(duì)象有多遠(yuǎn)？
在不同的應(yīng)用中，需要測(cè)量的物體和計(jì)算機(jī)之間的距離各不相同。為了達(dá)到卓越的信號(hào)完整性和測(cè)量準(zhǔn)確度，DAQ硬件應(yīng)該放置在盡可能靠近信號(hào)源的位置。
使用很長(zhǎng)的線纜進(jìn)行跨橋梁或車間布線不僅成本昂貴，而且還可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)嘈雜。可解決此問(wèn)題的一種方案是使用便攜式計(jì)算平臺(tái)，將整個(gè)系統(tǒng)移動(dòng)到更靠近信號(hào)源的地方。借助無(wú)線通訊技術(shù)，計(jì)算機(jī)和測(cè)量硬件之間不需要進(jìn)行物理連接，且可以采取分布式測(cè)量，將數(shù)據(jù)發(fā)回到一個(gè)集中地點(diǎn)。
05系統(tǒng)需要達(dá)到何種堅(jiān)固程度？
現(xiàn)在，需要走出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行的測(cè)試越來(lái)越多，因此選擇DAQ設(shè)備時(shí)，需要考慮DAQ系統(tǒng)所處的環(huán)境，并確保DAQ系統(tǒng)能夠適用于這類環(huán)境。查看工作溫度以及沖擊和振動(dòng)等級(jí)：對(duì)于極端環(huán)境，需要考慮進(jìn)入防護(hù)(IP)等級(jí)，該等級(jí)表示的是設(shè)備的防塵和防水等級(jí)。例如，F(xiàn)ieldDAQ設(shè)備的IP等級(jí)為IP65和IP67，這意味著設(shè)備具有防塵、防噴水和防水浸的能力。
06我是否需要同步多個(gè)設(shè)備？
許多測(cè)量系統(tǒng)都有復(fù)雜的同步需求，比如同步數(shù)百個(gè)輸入通道或者同步不同類型的儀器。例如，激勵(lì)-響應(yīng)系統(tǒng)可能要求多個(gè)輸出通道共享相同的采樣時(shí)鐘，并將啟動(dòng)觸發(fā)器作為輸入通道，以便關(guān)聯(lián)I/O并更好地分析結(jié)果。
來(lái)源：美國(guó)國(guó)家儀器
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