Übersicht zu Wireless-Messgeräten

Inhaltsverzeichnis

  1. Wireless-Datenerfassungsgeräte von NI
  2. Wireless-Sensornetzwerke von NI
  3. Weitere Ressourcen

Wireless-Mess- und -Überwachungssysteme bieten die Möglichkeit, Installations- und Systemkosten zu reduzieren, Systeme flexibler und einfacher zu gestalten und neue Anwendungsbereiche zu erschließen, die mit Kabeln nur schwer oder unmöglich zu realisieren sind.
Mit NI-Wireless-Messlösungen können Anwender nicht nur von diesen Vorteilen profitieren, sondern auch von einer hohen Systemzuverlässigkeit und Messqualität. Die NI-Plattform bietet zudem die Möglichkeit, Wireless-Geräte in kabelgebundene Systeme zu integrieren, so dass ein vollständiges Mess-, Steuer- und Regelsystem zur Verfügung steht.

Die Produktpalette von NI umfasst zwei Produktfamilien für Wireless-Messsysteme: Wireless-Datenerfassungsgeräte, die auf dem Standard IEEE 802.11 basieren und Wireless-Sensornetzwerke des Standards IEEE 802.15.4. Die Produktlinien verfügen über unterschiedliche Spezifikationen in Bezug auf Bandbreite, Leistung und Sicherheit. Beide ermöglichen jedoch die nahtlose Integration in NI LabVIEW und können benutzerdefiniert angepasst werden.

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Wireless-Datenerfassungsgeräte von NI

Bei Wireless-Datenerfassung handelt es sich um eine Erweiterung der PC-basierten Datenerfassung für Messanwendungen, bei denen kabelgebundene Lösungen ungünstig bzw. nicht realisierbar sind. Die Wireless-Datenerfassungsgeräte von National Instruments bieten IEEE-802.11b/g- oder Ethernet-basierte Übertragung, direkte Sensoranbindung und die Flexibilität von NI-DAQmx für die Fernüberwachung elektrischer, physikalischer, mechanischer und akustischer Signale. Die Wireless-Datenerfassungsgeräte von NI sind in der Lage, auf jedem Kanal Daten-Streaming mit einer Rate von 50 kS/s und einer Auflösung von 24 bit durchzuführen.

 

Wireless-Datenerfassung mit NI-Produkten

Abbildung 1: NI-Wireless-Datenerfassungsgeräte übertragen Daten kontinuierlich zurück zum Host-PC.

Des Weiteren sorgen die NIST-konforme 128-bit-AES-Verschlüsselung und anspruchsvolle IEEE 802.1x-Netzwerkauthentifizierungstechnologien für die höchste kommerziell verfügbare Netzwerksicherheit (WPA2 Enterprise). Aufgrund der Flexibilität der grafischen Programmierung mit LabVIEW und der weiten Verbreitung der 802.11-Netzwerkinfrastruktur lassen sich NI-Wireless-Datenerfassungsgeräte problemlos in neue oder bestehende PC-basierte Mess-, Steuer- und Regelsysteme integrieren.

Weitere Informationen zur NI-Wireless-Datenerfassung

NI WLS-9163 und Hardware der C-Serie

Jedes NI-Wireless-Datenerfassungsgerät besteht aus einem Wireless-Gehäuse NI WLS-9163 und einem Signalkonditionierungsmodul der C-Serie. Das WLS-9163 ermöglicht sowohl die IEEE-802.11b/g- als auch die Ethernet-Anbindung an den Host-PC.

NI-Wireless-Datenerfassungsgeräte umfassen das Gehäuse WLS-9163 und Messmodule der C-Serie.

Abbildung 2: Jedes NI-Wireless-Datenerfassungskit umfasst das Gehäuse NI WLS-9163 und Module der C-Serie.

Sie können direkt an Sensoren angebunden werden und umfassen Signalkonditionierungsfunktionen für eine Auswahl an Messungen, u. a. Temperatur, Digital-I/O mit hohen Spannungen, Dehnung, Beschleunigung, Strom und Spannung. Die Module können zudem mit verschiedenen Chassis, u. a. NI CompactDAQ und CompactRIO, sowie mit dem Einmodulgehäuse NI USB-9162 und dem Ethernet-Gehäuse NI ENET-9163 eingesetzt werden. Das Gehäuse WLS-9163 kann entweder separat oder zusammen mit Modulen der C-Serie als WLS-9xxx-Kit erworben werden. Eine Liste der kompatiblen Geräte finden Sie in der Kompatibilitätsübersicht.

Sichere Wireless-Datenerfassung

NI-Wireless-Datenerfassungsgeräte nutzen den höchsten kommerziell verfügbaren Sicherheitsstandard für Wireless-Netzwerke IEEE 802.11i (auch bekannt als WPA2 Enterprise), einschließlich Netzwerkauthentifizierung und 128-bit-AES-Datenverschlüsselung. Die Authentifizierung stellt sicher, dass nur berechtigte Geräte Zugriff auf das Netzwerk haben und die Verschlüsselung verhindert, dass Datenpakete abgefangen werden. IEEE-802-11i-basierte Sicherheitsstandards werden seit mehr als zehn Jahren im IT-Bereich eingesetzt und sind weltweit verbreitet. Aufgrund des gängigen Sicherheitsprotokolls können Wireless-Datenerfassungsgeräte sicher in bestehende IT-Netzwerke integriert werden.

Wireless-Daten-Streaming mit NI-DAQmx

Auch nach über zwanzig Jahren ist die Treibersoftware NI-DAQmx immer noch das Herzstück der NI-Datenerfassungsplattform und unterstützt Anwender bei der Entwicklung hochwertiger PC-basierter Datenerfassungsanwendungen. Da die Bandbreite an Messanwendungen so vielfältig ist, bietet NI eine Datenerfassungstechnologie, die busunabhängig ist. Dabei wird dieselbe API für die Kommunikation über PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, USB, Ethernet und WLAN eingesetzt. Das bedeutet, dass eine Anwendung, die ursprünglich für USB (inklusive Hochgeschwindigkeitsanwendungen) entwickelt wurde, auch mit einem Wireless-Datenerfassungsgerät eingesetzt werden kann, ohne dass Änderungen an der Software notwendig sind.

Abbildung 3: Der Treiber NI-DAQmx abstrahiert die Bustechnologie von der Anwendungsprogrammierung und bietet eine API für verschiedene Programmiersprachen.

Die Wireless-Datenerfassungsgeräte von NI sind in der Lage, auf jedem Kanal Daten-Streaming mit einer Rate von 50 kS/s und einer Auflösung von 24 bit durchzuführen. Die Übertragung dieser Datenmenge über ein Wireless-Netzwerk gestaltet sich alles andere als einfach, allerdings sorgt NI-DAQmx für die nötigen Puffer bei der TCP/IP-Übertragung. Die geräteseitige Intelligenz, nachrichtenbasierte Kommunikation und komplexe Streaming-Engine machen NI-DAQmx und NI-Wireless-Datenerfassungsgeräte zu idealen Bestandteilen von Wireless-Prüf- und -Messanwendungen, da sie die gleiche Leistung und Zuverlässigkeit wie kabelgebundene Lösungen bieten.

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Wireless-Sensornetzwerke von NI

Ein Wireless-Sensornetzwerk (WSN) ist ein drahtloses Netzwerk aus räumlich verteilten, autonomen Geräten, die mit Sensoren physikalische Größen erfassen und so die Umgebungsbedingungen abbilden. Diese autonomen Geräte oder auch Knoten bilden zusammen mit Routern und einem Gateway ein typisches WSN-System. Die verteilten Messknoten kommunizieren drahtlos mit einem zentralen Gateway, das eine Verbindung zu drahtgebundenen Geräten bietet. Dort können Anwender ihre Messdaten dann erfassen, verarbeiten, analysieren und darstellen. Um Entfernung und Zuverlässigkeit in einem Wireless-Sensornetzwerk zu erhöhen, können Router eingesetzen werden, wodurch eine zusätzliche Kommunikationsverbindung zwischen Endknoten und Gateway entsteht.

 

Abbildung 4: Gängige Architektur eines Wireless-Sensornetzwerks

Wireless-Sensornetzwerke von National Instruments bieten zuverlässige, stromsparende Messknoten, die bis zu drei Jahre mit vier AA-Batterien arbeiten. Sie eignen sich für einen langfristigen, ferngesteuerten Betrieb. Das WSN-Protokoll von NI basierend auf IEEE-802.15.4- und ZigBee-Technologie stellt einen stromsparenden Kommunikationsstandard bereit, der vermaschte Routing-Funktionen bietet und somit Netzwerkentfernung und Zuverlässigkeit noch weiter erhöht.

Weitere Informationen zu Wireless-Sensornetzwerken von NI

NI-WSN-Hardware

Für die meisten WSN-Anwendungen kann eine einfache Netzwerkarchitektur entworfen werden, in der die verteilten Messknoten Daten aus ihrer Umgebung sammeln und sie an ein Gateway übertragen. NI-WSNs ermöglichen die Anbindung eines Ethernet-Gateways an einen Windows- oder LabVIEW-Real-Time-basierten Host-Controller.

Abbildung 5: NI-WSN-Gateway und Messknoten bilden ein verteiltes Wireless-Sensornetzwerk.

Das WSN-Ethernet-Gateway koordiniert die Kommunikation zwischen verteilten Messknoten und dem Host-Controller in einem NI-Wireless-Sensornetzwerk. Das Gateway verfügt über 2,4-GHz-Funk nach dem Standard IEEE 802.15.4. Damit werden Messdaten vom Sensornetzwerk gesammelt. Außerdem bietet das Gateway einen 10/100-Mbit/s-Ethernet-Anschluss, der die flexible Anbindung an einen Host-Controller mit Windows- oder LabVIEW-Real-Time-Betriebssystem ermöglicht. Das Gateway kann bis zu acht Endknoten aufnehmen, ist jedoch in der Lage, mit bis zu 36 Knoten zu kommunizieren, vorausgesetzt, es sind Router-Knoten in die Netzwerktopologie implementiert.

Die hochgenauen NI-WSN-Messknoten bieten für die einfache Sensoranbindung vier Analogeingangs- und vier Digital-I/O-Kanäle. Die vier AA-Alkalibatterien halten bis zu drei Jahre lang. Jeder Digitalkanal kann als Eingang oder Ausgang (Strom ziehen oder liefernd) konfiguriert werden. Das WSN-3202 verfügt über einen Sensorstrom-Ausgangskanal mit 12 V und 20 mA, der über die Batterie oder eine externe Stromversorgung externe Sensoren mit Strom versorgt.

NI-WSN-Software

Mit LabVIEW können Anwender alle Aspekte ihres Wireless-Sensornetzwerks zügig mit grafischer Programmierung erstellen. LabVIEW bietet denselben grafischen Entwicklungsansatz, unabhängig davon, ob intelligente Funktionen in den Messknoten implementiert, Desktop- oder Embedded-Echtzeitanwendungen für die Datenprotokollierung, Datenverarbeitung und Alarmverwaltung erstellt oder Webdienste für den internetbasierten Zugriff auf Anwendungen entwickelt werden sollen.

Abbildung 6: Anwender können LabVIEW einsetzen, um Wireless-Sensornetzwerke zu optimieren und anzupassen.

Um Daten zu extrahieren, zu analysieren und zu präsentieren werden I/O-Variablen aus dem LabVIEW-Projekt einfach in ein LabVIEW-Blockdiagramm gezogen. Mit I/O-Variablen lassen sich auch Knotenattribute wie die Verbindungsqualität und Batteriespannung überwachen und feststellen, ob ein Knoten als Endgerät oder Router konfiguriert wurde. Des Weiteren ist es möglich, ein einfaches Programm zur Datenextrahierung zu erstellen oder den WSN-LabVIEW-Code in ein kabelgebundenes und drahtloses Mess- oder Analyseprogramm zu integrieren.

LabVIEW-WSN-Software

Mithilfe des LabVIEW Wireless Sensor Network Module lässt sich die grafische LabVIEW-Umgebung nutzen, um Embedded-Anwendungen für NI-WSN-Messknoten zu erstellen. Das Modul verlängert die Batterielebensdauer, da es den Messknoten effizienter einsetzt. Des Weiteren lassen sich benutzerdefinierte Analysen durchführen und Entscheidungsfindungsfunktionen in den NI-WSN-Messknoten implementieren.

Abbildung 7: Das NI LabVIEW WSN Module kann zum Einsatz von LabVIEW-Anwendungen auf NI-WSN-Messknoten eingesetzt werden.

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