CompactDAQ Technology: Multiple Timing Engines, Signal Streaming, and More

Überblick

This document describes some of the under-the-hood technologies and features that make CompactDAQ (cDAQ) a simple, complete DAQ system. Designed for performance, these chassis and controllers incorporate knowledge gained from years of experience in the test and measurement industry. Many of the technologies discussed in this paper set CompactDAQ apart from other devices in the market.

Contents

C Series I/O Modules

Choose from more than 60 C Series I/O modules for different measurements including thermocouple, voltage, resistance temperature detector, current, resistance, strain, digital (TTL and other), accelerometer, and microphone. Channel counts on the individual modules range from 1 to 32 channels to accommodate a wide range of system requirements. C Series I/O modules combine signal conditioning, connectivity, and data acquisition into a small module for each specific measurement type, which reduces system complexity and increases measurement accuracy. These modules can be inserted into any C Series chassis or controller to create a variety of systems. You can select the modules you want and install them into one of several CompactDAQ systems to create a mix of channel counts and measurement types within one system. With CompactDAQ,  you can build the right system to meet the needs of your measurement application.

Figure 1. Choose from more than 60 C Series I/O modules.

Integrated Processor and Storage

CompactDAQ-Controller unterstützen die Integration von Datenerfassungssystemen, da sie den Prozessor und die Datenspeicherung mit Datenerfassung und Signalkonditionierung in einem kleinen, robusten Formfaktor vereinen. Dank einer Partnerschaft mit Intel kann NI in Datenerfassungsprodukten die neuesten Industrieprozessoren bereitstellen, darunter Dual-Core Atom™, i7 und Celeron® Prozessoren.

Mehr zu den Vorteilen von CompactDAQ-Controllern

Mechanischer Aufbau

Die Platzierung und Installation von Messgeräten spielen beim Aufbau einer Teststation eine wichtige Rolle. Das elektrische Umgebungsrauschen kann durch Positionierung von Messgeräten nahe am Prüfobjekt minimiert werden, weil die von USB, Ethernet, WLAN (IEEE 802.11) und anderen Protokollen verwendeten digitalen Signale deutlich weniger anfällig für elektromagnetische Interferenzen sind. CompactDAQ kann eine Vielzahl von Kanälen in einem kompakten und robusten Formfaktor messen, der nah am Prüfling platziert werden kann. CompactDAQ-Systeme weisen folgende mechanische Eigenschaften auf:

Robuste, vielseitige Chassis mit flexiblen Montageoptionen

  • Bestückbar mit 1, 4 oder 8 I/O-Modulen der C-Serie
  • Möglichkeit zur Datenübertragung via USB, Ethernet oder 802.11-WLAN oder Stand-alone-Option mit einem Embedded-PC
  • A380-Aluminiumkonstruktion für lange Lebensdauer
  • Stoßfestigkeit bis 30 g und Schwingungsfestigkeit bis 0,3 geff in Übereinstimmung mit IEC-60068-2-27/64 bei den meisten Chassis
  • Stoßfestigkeit bis 50 g und Schwingungsfestigkeit bis 5 g in Übereinstimmung mit IEC-60068-2-27/64 für das Chassis cDAQ-9188XT und die Controller cDAQ-9134/9135
  • Betriebstemperaturbereich von -20 °C bis 55 °C bei den meisten Chassis
  • Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 70 °C beim Chassis cDAQ-9188XT und den Controllern cDAQ-9134/9135
  • Kits für Panel-, Rack-, DIN-Schienen- und Desktop-Montage
  • 2- und 3-D-Skizzen (siehe auf Produktseiten den Tab Ressourcen)

 

Abb. 2: Die CompactDAQ-Chassis sind in Varianten mit 1, 4 oder 8 Steckplätzen erhältlich.

Zugentlastung für solide Kabel- und Signalverbindungen

  • Stromanschluss ist über Schrauben am Chassis befestigt und umfasst ein schützendes Gehäuse für noch mehr Sicherheit
  • USB-Kabel wird mit Rändelschrauben an USB-Chassis befestigt (anschraubbares USB-Kabel im Lieferumfang des USB-Chassis-Kits enthalten)
  • Ethernet-Kabel verfügt über Verriegelungsmechanismus (Standard-Ethernet-Kabel separat erhältlich)
  • Zugentlastungsgehäuse entweder im Lieferumfang der Module enthalten oder als Zubehör erhältlich
  • Stoß- und Schwingungsfestigkeitsprüfungen wurden mit angeschlossener Stromversorgung, Datenübertragung und Signalverbindung durchgeführt.

Integrierte Triggerkanäle für Im-/Export digitaler Takte

  • USB- und Ethernet-Chassis mit acht Steckplätzen ausgestattet mit zwei BNC-Anschlüssen für Triggerleitungen
  • Controller cDAQ-9132/9133/9134/9135 bieten einen SMB-Anschluss für einen Trigger
  • Unterstützung von Takten von bis zu 1 MHz
  • Synchronisation mehrerer Systeme (Systemsynchronisation nicht für alle Module verfügbar, siehe Chassis-Handbuch)

 

Abb. 3: Nahaufnahme von Stromeingängen, BNC-Triggerleitungen und USB-Anschluss mit Verriegelungsmechanismus am NI cDAQ-9178

Automatische Synchronisation von Modulen und Kanälen

  • Über zusätzliche Module können mehr Messtypen und Kanäle zum System hinzugefügt werden.
  • Module können im laufenden Betrieb ausgetauscht werden und werden beim Einstecken in das Chassis automatisch erkannt.
  • Analoge und digitale Ein- und Ausgangssignale können mit einem einzigen CompactDAQ-System simultan übertragen werden.
  • Mehrere CompactDAQ-Chassis lassen sich mithilfe des Moduls NI 9469 und RJ-50-Kabeln synchronisieren.

Preis- und Bestellinformationen sind auf der Produktseite zu den CompactDAQ-Chassis aufgeführt.

Multiple Timing Engines for Multiple Acquisition Rates

A vital piece of a DAQ system is the A/D converter, which needs clock signals to designate when to acquire samples. Many systems have multiple A/D converters that share the same clock to synchronize all of the channels’ measurements. CompactDAQ systems have the advantage of flexibility when it comes to timing engines and go beyond standard synchronization.

CompactDAQ chassis have three analog input timing engines. This makes it possible for programmers to divide all of their analog inputs in up to three different groups known as tasks:

  • Each task can run at a separate rate, as seen in Figure 4. This is ideal when combining temperature measurements, which are often slow, with higher speed measurements such as sound and vibration.
  • The three tasks operate independently, can be addressed from separate loops or threads in a program, and can be started simultaneously.
  • All channels within a single task are automatically synchronized. In the event a multiplexed module is combined in a task with a simultaneous sampling module, the first channel in the multiplexed module is synchronized and the subsequent channels in the multiplexed module scan through in succession.
  • All channels within a single task, simultaneous and multiplexed, are returned at the requested sample rate.
  • All modules can be placed in a single task. This synchronizes all channels to the same clock.

CompactDAQ can perform up to seven tasks simultaneously. You can choose from several task options:

  • Analog input with up to three timing engines
  • Digital input with designated timing engine
  • Digital output with designated timing engine
  • Analog output with designated timing engine
  • Counter/timer tasks for quadrature, PWM, event, period, or frequency measurement (CompactDAQ chassis contain four built-in counter/timers that you can access through a digital module)

By having a designated resource, digital and analog output tasks can run independently without having to share a clock signal from another task. This makes the programming easier and more intuitive. Designated resources can be shared with other subsystems of the chassis. For example, you can share the digital input clock with the analog output clock to generate a voltage with every rising/falling edge of the digital input.

The multiple timing engines and ability to route and share resources provide a level of flexibility to CompactDAQ unequaled by most off-the-shelf DAQ systems.

Different analog input tasks can run at different rates in the same chassis

Figure 4. Different analog input tasks can run at different rates in the same chassis.

For even more flexibility when it comes to timing engines, CompactRIO with NI-DAQmx controllers offer users the ability to use a separate timing engine per slot on the controller. This allows the user to have up to 8 timing engines per controller providing the flexibility to use all 8 of those timing engines to program 8 analog input tasks using NI-DAQmx all running at an independent sampling rate simultaneously which are hardware-timed.

Click here to learn more about concurrent tasks on CompactDAQ

Learn more about CompactRIO with NI-DAQmx

Advanced Counter Functionality From NI-STC3 Technology

Some of the core technology in CompactDAQ chassis and controllers is shared with other NI DAQ products. This technology is known as the third generation of the system timing controller (NI-STC3). Many devices use off-the-shelf clocks and oscillators for system timing. NI technology is designed for performance from the ground up, starting with the timing engines and 30 years of PC-based instrumentation experience. NI-STC3 technology is proprietary source code that is built into an ASIC and separates systems like CompactDAQ from all other devices on the market.

Four Advanced 32-Bit Counter/Timers

  • You can use counters for event counting, quadrature encoder measurement, PWM, pulse train generation, or period or frequency measurement.
  • NI-STC3 counters are advanced because they contain an embedded or onboard auxiliary counter. This is not directly accessible by the user, but it is accessed by the driver for some frequency measurements. These processes normally require two cascaded counters, but with NI-STC3 technology, these advanced counters can do more with fewer resources.
  • You can share resources to synchronize counter tasks to other counter, digital, or analog tasks.

 

CompactDAQ cDAQ Counter Frequency Input Output Example

Figure 5. The diagram shows the Counter 0 and Frequency Generator.

Built-In Frequency Generator

  • 10 MHz, 20 MHz, and 100 kHz base clocks
  • 16 divisors (n=1..16)
  • Output through an installed hardware-timed digital module or built-in BNC trigger lines (1 MHz bandwidth limit on built-in trigger lines)

Advanced Counter and Digital Features

  • Change detection event
  • Hardware triggering (start, reference, and pause)
  • Programmable function interface (PFI) terminals used for input/output timing signals for analog, digital, or counter functions
  • 8 counter input functions
  • 5 counter output functions

NI Signal Streaming Technology

Kommunikationsbusse wie USB, Ethernet und WLAN (IEEE 802.11) besitzen eine standardisierte Datenstruktur sowie eine festgelegte Methode für die Gerätekommunikation mit dem Host, nicht alle Geräte sind jedoch gleich. Die patentierte Streaming-Technologie von NI sorgt für einen effizienten Betrieb von NI-Datenerfassungsgeräten im Rahmen dieser Busstandards. Viele Verbraucherprodukte benötigen nur einen oder zwei Datenstreams in eine Richtung, wie z. B. Musikplayer und Speichergeräte, die häufig eine große Menge an Daten in eine Richtung bewegen, nämlich entweder zum oder vom Host-PC. Prüfsysteme hingegen umfassen oft mehrere Ein- und Ausgänge, die simultan laufen. Die Streaming-Technologie von NI ermöglicht dabei eine bidirektionale Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung vom und zum CompactDAQ-System.

Abb. 6: Die Streaming-Technologie von NI ermöglicht das parallele Streaming von Daten mehrerer Tasks bei minimaler Prozessorbeteiligung.

Mehr über die Streaming-Technologie von NI

Software Options With CompactDAQ

With CompactDAQ systems, you can develop measurement and test applications in multiple programming environments, including ANSI C/C++, Visual C#, and Visual Basic .NET. However, tight hardware and software integration makes the LabVIEW development environment the best choice for getting the most performance out of your CompactDAQ system with the least programming effort.

LabVIEW is a programming environment for developing sophisticated measurement, test, and control systems using intuitive graphical icons and wires that resemble a flowchart. LabVIEW offers unrivaled integration with thousands of hardware devices, including the CompactDAQ platform, and provides hundreds of built-in libraries for advanced analysis and data visualization. You can automate measurements from several devices, analyze data in real time, and create custom reports in just minutes using this industry-standard tool.

Using LabVIEW with NI CompactDAQ (cDAQ)

Figure 7. Graphical programming and dataflow representation make you more productive by giving you that ability to program just like you think.