CompactDAQ 기술: 다중 타이밍 엔진, Signal Streaming과 그 이상

개요

이 문서에서는 CompactDAQ(cDAQ)를 단순하고 완전한 DAQ 시스템으로 만드는 기술과 기능에 대해 설명합니다. 우수한 성능을 내도록 제작된 섀시와 컨트롤러에는 테스트 및 측정 산업에서의 수 년간 축적된 경험을 바탕으로 완성된 지식이 통합되어 있습니다. 본 문서에 설명되는 여러 기술은 현재 시장에 출시된 여러 디바이스와 CompactDAQ를 차별화하는 기술입니다.

내용

C 시리즈 I/O 모듈

열전쌍, 전압, 저항 온도 감지기, 전류, 저항, 스트레인, 디지털 (TTL 등), 가속도계, 마이크 등의 다양한 측정을 위한 60개 이상의 C 시리즈 I/O 모듈에서 선택하십시오. 개별 모듈의 채널 개수는 다양한 시스템 요구사항을 만족하도록 1개에서 32개까지 다양합니다. C 시리즈 I/O 모듈은 신호 컨디셔닝, 연결 및 데이터 수집을 각 특정 측정 유형에 맞게 작은 모듈로 통합하여 시스템의 복잡도를 줄이고 측정 정확도를 높인 것입니다. 이 모듈들은 어떤 C 시리즈 섀시나 컨트롤러에나 삽입할 수 있으므로 다양한 시스템을 구축할 수 있습니다. 원하는 모듈을 선택하여 여러 CompactDAQ 시스템 중 하나에 설치하면 하나의 시스템으로 여러 채널 개수와 측정 유형을 조합할 수 있습니다. CompactDAQ를 사용하면 측정 어플리케이션의 요구사항을 충족하는 적절한 시스템을 구축할 수 있습니다.

그림 1. 60개 이상의 C 시리즈 I/O 모듈 중에서 선택하십시오.

통합 프로세서 및 스토리지

CompactDAQ 컨트롤러는 작고 견고한 폼팩터에서 프로세서, 데이터 스토리지를 데이터 수집, 신호 컨디셔닝과 결합하여 DAQ 시스템의 통합을 더욱 발전시킵니다. NI는 Intel과 협력하여 쿼드 코어 및 듀얼 코어 Atom 프로세서와 같은 산업용 프로세서를 DAQ 시장에 제공합니다. 또한 NI-DAQmx 컨트롤러와 결합한 CompactRIO는 프로세서와 데이터 스토리지를 DAQ 및 신호 컨디셔닝과 DAQ 시스템에 결합하는 동일한 통합을 제공하면서, 사용자 프로그래밍 가능 FPGA로 사용자가 직접 타이밍, 트리거링, 제어 알고리즘을 구현하여 신뢰성과 타이밍 결정성을 최대화할 수 있습니다.

CompactDAQ 컨트롤러 사용의 장점에 대해 자세히 알아보기

NI-DAQmx 컨트롤러를 사용한 CompactRIO에 대해 자세히 알아보기

기계적 설계

계측기 배치 및 설치는 테스트 설치의 중요한 부분입니다. USB, 이더넷, 802.11 WiFi 및 다른 여러 프로토콜이 사용하는 디지털 신호는 전자파 간섭에 덜 민감하기 때문에 테스트 대상 가까이에 계측기를 배치하면 주변 전기 노이즈를 최소화할 수 있습니다. CompactDAQ는 소형의 견고한 패키지에서 여러 채널을 측정할 수 있으므로 테스트 대상의 가까운 곳에 배치할 수 있습니다. CompactDAQ 시스템에는 다음과 같은 기계 설계 특징을 갖고 있습니다.

유연한 장착 옵션이 있는 견고한 다용도 섀시

  • 1개, 4개, 8개 또는 14개의 C 시리즈 I/O 모듈 수용 가능 
  • USB, 이더넷 또는 802.11 WiFi를 통해 데이터를 전송할 수 있고, 임베디드 컴퓨터가 있는 독립형 옵션을 선택할 수도 있음
  • 내구성을 위한 A380 금속 구조
  • 대부분의 섀시가 IEC-60068-2-27/64를 준수하는 30g의 충격 및 0.3grms의 작동 진동 조건을 만족
  • cDAQ-9185/9189 섀시 및 cDAQ-9134/9135 컨트롤러가 IEC-60068-2-27/64를 준수하는 50g 충격 및 5g 작동 진동 조건 만족
  • 대부분의 섀시와 컨트롤러가 -20°C – 55°C의 작동 온도
  • cDAQ-9185/9189 섀시 및 cDAQ-9134/9135 컨트롤러는 -40°C – 70°C의 작동 온도
  • 패널, 랙, DIN 레일 및 데스크탑 장착 키트
  • 2D 및 3D 그림 (ni.com에서 치수 도면 데이터베이스 참조)

 

CompactDAQ 섀시 및 컨트롤러는 1, 4, 8 또는 14-슬롯 옵션 제공

그림 2. CompactDAQ 섀시 및 컨트롤러는 1, 4, 8 또는 14-슬롯 옵션을 제공합니다.

견고한 연결을 위한 케이블 및 신호 와이어 변형 방지 장치

  • 전원 연결부는 나사로 섀시에 부착되어 있으며, 안전을 위해 보호 백쉘을 포함
  • 나비나사로 USB 케이블이 USB 섀시에 고정 (USB 섀시 키트에 고정 USB 케이블 포함)
  • 이더넷 케이블은 래칭 매커니즘으로 고정 (표준 이더넷 케이블은 별도로 판매)
  • 모든 모듈은 변형 방지 덮개를 포함하거나 전선 탈거를 방지용으로 액세서리로 구매 가능
  • 충격 및 진동 테스트는 전원, 통신, 모듈 신호 와이어가 연결된 상태로 수행됨

디지털 클럭 반입/반출을 위한 내장 트리거 라인

  • 8 및 14-슬롯 USB 섀시에는 트리거 라인을 위한 2개의 BNC 연결 존재
  • cDAQ-9185/9189 섀시 및 cDAQ-9132/9133/9134/9135/9136/9137 컨트롤러에는 트리거용 SMB 커넥터가 포함
  • 최대 1MHz 클럭까지 지원하는 대역폭
  • 여러 시스템 동기화 가능 (시스템 동기화는 모든 모듈과 호환하지 않음, 섀시 매뉴얼 참조)

 

cDAQ-9178의 전원, BNC 트리거 라인 및 고정 USB 포트를 보여주는 확대 화면

그림 3. cDAQ-9178의 전원, BNC 트리거 라인 및 고정 USB 포트를 보여주는 확대 화면.

모듈과 채널의 자동 동기화

  • 추가 모듈을 연결하여 시스템에 더 많은 측정 유형 및 채널을 추가할 수 있습니다
  • 모듈은 핫스왑 가능하며 CompactDAQ 섀시에 삽입되면 자동 감지됩니다
  • 하나의 CompactDAQ 시스템에서 고속 아날로그 입력, 아날로그 출력, 디지털 입력, 디지털 출력을 동시에 스트리밍할 수 있습니다
  • 여러 TSN 지원 CompactDAQ 섀시는 표준 이더넷 케이블을 사용하여 네트워크를 통해 동기화할 수 있습니다
  • 여러 CompactDAQ USB 섀시를 NI 9469 모듈 및 RJ50 케이블로 동기화할 수 있습니다

가격 및 주문 정보는 CompactDAQ 섀시 모델 페이지를 방문하십시오.

다양한 측정 속도를 위한 여러 개의 타이밍 엔진

DAQ 시스템에서 필수적인 부분은 A/D 변환기이며, 이 부품은 샘플 수집 시기를 지정하는 데 클럭 신호를 필요로 합니다. 여러 시스템에는 모든 채널 측정을 동기화하기 위해 동일 클럭을 공유하는 여러 개의 A/D 변환기가 있습니다. CompactDAQ 시스템은 타이밍 엔진의 유연성이 강점이며, 표준 동기화를 훨씬 능가합니다.

CompactDAQ 섀시에는 3개의 아날로그 입력 타이밍 엔진이 있습니다. 이를 통해 프로그래머는 모든 아날로그 입력을 작업이라는 최대 3개의 그룹으로 나눌 수 있습니다.

  • 그림 4와 같이 각 작업은 별도의 속도로 실행될 수 있습니다. 이것은 일반적으로 속도가 느린 온도 측정을 사운드 및 진동과 같은 높은 속도의 측정과 결합할 때 이상적입니다.
  • 세 가지 작업은 독립적으로 실행되며, 프로그램에서 개별 루프 또는 스레드에서 참조 가능하고, 동시에 시작될 수 있습니다.
  • 단일 작업 내의 모든 채널은 자동으로 동기화됩니다. 멀티플렉스된 모듈이 한 작업에서 동시 샘플링 모듈과 통합된 경우, 멀티플렉스된 모듈의 첫 번째 채널은 동기화되며 멀티플렉스된 모듈의 그 후 채널은 차례대로 스캔됩니다.
  • 단일 작업 내의 모든 채널 (동시 및 멀티플렉스)은 요구되는 샘플 속도로 반환됩니다.
  • 모든 모듈을 단일 작업에 배치할 수도 있습니다. 이렇게 하면 모든 채널이 동일한 클럭에 동기화됩니다.

CompactDAQ은 최대 7개의 작업을 동시에 수행할 수 있습니다. 작업 유형은 여러가지를 선택할 수 있습니다.

  • 최대 3개의 타이밍 엔진이 있는 아날로그 입력
  • 전용 타이밍 엔진이 있는 디지털 입력
  • 전용 타이밍 엔진이 있는 디지털 출력
  • 전용 타이밍 엔진이 있는 아날로그 출력
  • 구적, PWM, 이벤트, 주기, 또는 주파수 측정을 위한 카운터/타이머 작업 (CompactDAQ 섀시에는 4개의 카운터/타이머가 내장되어 있으며, 디지털 모듈을 통해 접근 가능)

전용 리소스를 통해, 디지털 및 아날로그 출력 작업은 다른 작업과 클럭 신호를 공유할 필요 없이 독립적으로 실행됩니다. 따라서 보다 쉽고 직관적인 프로그래밍이 가능합니다. 전용 리소스는 섀시의 다른 서브시스템과 공유할 수 있습니다. 예를 들어, 디지털 입력의 모든 상승/하강 엣지마다 전압을 생성하기 위해 디지털 입력 클럭과 아날로그 출력 클럭을 공유할 수 있습니다.

이처럼 CompactDAQ은 여러 개의 타이밍 엔진을 보유할뿐 아니라 리소스를 자유롭게 연결하고 공유할 수 있는 기능이 있어, 여타 상용 DAQ 시스템과 비교할 수 없는 유연성을 제공합니다.

한 섀시에서 여러 아날로그 입력 작업이 서로 다른 속도로 실행 가능

그림 4. 한 섀시에서 여러 아날로그 입력 작업이 서로 다른 속도로 실행 가능.

타이밍 엔진의 더 유연성을 높이기 위해 NI-DAQmx 컨트롤러와 함께 CompactRIO는 컨트롤러의 슬롯마다 별도의 타이밍 엔진을 제공합니다. 이렇게 하면 사용자는 컨트롤러당 최대 8개의 타이밍 엔진을 통해 하드웨어로 타이밍되고, 독립적인 샘플링 속도로 동시에 실행되는 NI-DAQmx 기반 8개의 아날로그 입력 작업을 프로그래밍할 수 있습니다.

CompactDAQ의 동시 태스크에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오.

NI-DAQmx를 사용한 CompactRIO에 대해 자세히 알아보기

NI-STC3 기술의 고급 카운터 기능

CompactDAQ 섀시 및 컨트롤러의 일부 핵심 기술은 다른 NI DAQ 제품에도 있습니다. 이 기술은 3세대 시스템 타이밍 컨트롤러 (NI-STC3)로 알려져 있습니다. 많은 디바이스가 시스템 타이밍에 상용 클럭 및 오실레이터를 사용합니다. NI 기술은 우수한 성능을 위해 기초부터 설계된 것으로, NI는 타이밍 엔진으로 시작해 30년간의 PC 기반 계측 경험을 쌓았습니다. NI-STC3 기술은 ASIC에 포함된 독점 소스 코드이며, NI CompactDAQ과 같은 시스템을 시중의 다른 디바이스와 차별화하는 요소입니다.

고급 32비트 카운터/타이머 4개

  • 이벤트 카운팅, 구적 엔코더 측정, PWM, 펄스 트레인 생성, 주기 또는 주파수 측정에 카운터를 사용할 수 있습니다.
  • NI-STC3 카운터는 임베디드 또는 내장 보조 카운터를 보유하고 있기 때문에 고급 카운터입니다. 이는 사용자가 직접 사용할 수는 없지만, 일부 주파수 측정을 위해 드라이버를 통해 사용 가능합니다. 이러한 프로세스는 일반적으로 두 개의 캐스케이드된 카운터가 필요하지만, NI-STC3 기술을 갖춘 이 고급 카운터는 더 적은 리소소로 더 많은 일을 할 수 있습니다.
  • 리소스를 공유하여 다른 카운터, 디지털 또는 아날로그 작업과 카운터 작업을 동기화할 수 있습니다.

 

CompactDAQ cDAQ 카운터 주파수 입출력 예제

그림 5. 그림은 카운터 0과 주파수 생성기를 보여줍니다.

내장 주파수 생성기

  • 10MHz, 20MHz, 100kHz 베이스 클럭
  • 16 제수 (n=1..16)
  • 설치된 하드웨어 타이밍 모듈 또는 내장 BNC 트리거 라인을 통한 출력 (내장 트리거 라인 1MHz 대역폭 제한)

고급 카운터 및 디지털 기능

  • 변화 감지 이벤트
  • 하드웨어 트리거링 (시작, 참조, 중지)
  • 아날로그, 디지털, 카운터용 입출력 타이밍 신호에 사용되는 프로그램 가능한 함수 인터페이스 (PFI) 터미널
  • 8개의 카운터 입력 함수
  • 5개의 카운터 출력 함수

NI Signal Streaming 기술

USB 및 이더넷, 802.11 WiFi 같은 통신 버스에는 표준화된 데이터 구조 및 디바이스가 호스트와 통신하는 방법에 대한 정의된 방식이 있지만, 모든 디바이스가 같지는 않습니다. 특허받은 Signal Streaming 기술은 이런 버스 표준의 제한 안에서 NI DAQ 디바이스가 가장 효율적으로 실행되도록 하는 것을 목표로 합니다. 여러 상용 제품이 하나 또는 두 개 스트림의 방향 데이터만 요구합니다. 음악 플레이어 및 저장 디바이스는 보통 대용량의 데이터를 한 방향으로 움직입니다. 호스트 PC와 사이를 오가는 것입니다. 테스트 시스템에는 보통 동시 실행되는 여러 개의 입출력이 있습니다. Signal Streaming 기술을 사용하면 CompactDAQ 시스템과의 고속 양방향 데이터 스트리밍이 가능합니다.

CompactDAQ cDAQ Signal Streaming 효율적인 통신 대역폭

그림 6. Signal Streaming 기술을 사용하면 최소한의 프로세서 리소스를 써서 여러 작업에서 데이터를 병렬로 스트리밍할 수 있습니다.

Signal Streaming 기술에 대해 자세히 알아보기

CompactDAQ 소프트웨어 옵션

CompactDAQ 시스템을 사용하면 ANSI C/C++, Visual C#, Visual Basic .NET을 포함한 여러 프로그래밍 환경에서 측정 및 테스트 어플리케이션을 개발할 수 있습니다. 그러나, LabVIEW 그래픽 개발 환경은 긴밀한 하드웨어/소프트웨어 통합을 통해 최소한의 프로그래밍만으로 CompactDAQ 시스템에서 최상의 성능을 구현하는 최고의 선택입니다.

LabVIEW는 흐름차트와 유사한 직관적인 그래픽 아이콘과 와이어를 사용하여 고급 측정, 테스트, 제어 시스템을 개발하는 그래픽 기반의 프로그래밍 환경입니다. LabVIEW는 CompactDAQ을 포함한 수 천 종류의 하드웨어 디바이스와 최상의 통합을 제공하며, 고급 분석 및 데이터 시각화를 위해 내장된 수 백가지의 라이브러리를 제공합니다. 이 산업 표준 도구를 사용하면 단 몇 분만에 여러 디바이스에서 측정을 자동화하고, 실시간으로 데이터를 분석하며, 맞춤식 보고서를 생성할 수 있습니다.

NI CompactDAQ (cDAQ)와 함께 LabVIEW 사용하기

그림 7. 그래픽 프로그래밍과 데이터 흐름 표현을 활용하면 생각하는 대로 프로그램할 수 있어 생산성을 높일 수 있습니다.