Guia para Seleção de Dispositivos de Medição Sem Fio

Visão geral

Sistemas de medição e monitoramento sem fio fornecem uma oportunidade para reduzir custos de instalação e do sistema, aumentam a flexibilidade, simplificam a implementação do sistema, e tambem contemplam um novo conjunto de aplicações que eram anteriormente desafiadoras ou impossíveis numa abordagem com fios. Implementar uma solução de medição sem fio da National Instruments (NI) lhe permite fazer uso destes benefícios sem comprometer a confiabilidade do sistema ou a qualidade da medição. A plataforma NI também possibilita a integração de dispositivos sem fio com sistemas cabeados para criar um sistema completo de medição e controle.

A NI oferece duas linhas de produtos para medição sem fio que aumentam a flexibilidade e reduzem os custos para muitas aplicações novas: Wi-Fi Data Acquisition (Wi-Fi DAQ), baseado no IEEE 802.11 e Wireless Sensor Networks (WSN), baseado no IEEE 802.15.4. As duas linhas de produtos diferem em especificações como largura de banda, potência e segurança, mas cada uma oferece igual integração ao NI LabVIEW bem como opções avançadas de personalização.

Conteúdo

Dispositivos Wi-Fi Data Acquisition

A aquisição de dados Wi-Fi é uma nova solução para aplicações de aquisição de dados baseadas em PC, reduzindo custos relacionados à instalação de fios. Os dispositivos NI Wi-Fi DAQ combinam comunicação sem fio IEEE 802.11b/g ou Ethernet, conectividade direta ao sensor, e a flexibilidade do software NI-DAQmx para monitoramento remoto de sinais elétricos, físicos, mecânicos, e acústicos. Dispositivos NI Wi-Fi DAQ podem transmitir dados de onda a até 50 kS/s com 24 bits de resolução.

 

NI wi-fi daq wireless data acquisition

Figura 1.Os dispositivos NI Wi-Fi DAQ transmitem dados contínuos de forma de onda para um computador host.

Além disso, a encriptação integrada AES de 128 bits aprovada pelo NIST e a autenticação de rede avançada IEEE 802.1X oferecem a melhor segurança de rede disponível comercialmente (WPA2 Enterprise). Com a flexibilidade da plataforma de software da NI (incluindo o LabVIEW), e a ubiquidade da infra-estrutura de rede 802.11, o NI Wi-Fi DAQ facilita a implementação da conexão sem fio em sistemas baseados em PC, sejam eles novos ou já existentes.

Aprenda mais sobre o NI Wi-Fi DAQ

NI WLS-9163 e Hardware da Série C

Cada dispositivo NI Wi-Fi DAQ é uma combinação de um Suporte sem fio NI WLS-9163 e um módulo condicionador de sinal NI Série C. O WLS-9163 fornece tanto conectividade IEEE 802.11b/g quanto Ethernet para o PC host.

NI Wi-Fi DAQ combines the WLS-9163 with NI C Series measurement modules

Figura 2. Cada dispositivo NI Wi-Fi DAQ utiliza um suporte NI WLS-9163 e um módulo da Série C para fornecer medições sem fio de sensores.

Os módulos da Série C oferecem conexão direta com sensores, calibração rastreável NIST, e condicionamento de sinal integrado para uma variedade de medições, incluindo temperatura, E/S Digitais de Alta Tensão, deformação, aceleração, corrente, e tensão. Além do suporte sem fio WLS-9163, você pode usar os módulos da Série C de forma intercambiável para aplicações de medição e controle com diferentes chassis, incluindo o NI CompactDAQ e o CompactRIO, bem como o suporte de módulo NI USB-9162 e o suporte Ethernet ENET-9163. Você pode comprar suportes WLS-9163 e selecionar módulos da Série C separadamente ou juntos em um Kit com dispositivos WLS-9xxx. Visite ni.com/crio/cseries para uma lista de dispositivos compatíveis.

Aquisição de Dados Sem Fio Segura

Os dispositivos NI Wi-Fi DAQ implementam o mais alto padrão de segurança de redes sem fio disponível no mercado, o IEEE 802.11i (comumente conhecido como WPA2 Enterprise), incluindo autenticação de rede IEEE 802.1X e a encriptação de dados AES de 128 bits. A autenticação garante que apenas dispositivos autorizados tenham acesso à rede, e a encriptação previne que pacotes de dados sejam interceptados. Aceito mundialmente, o padrão de segurança IEEE 802.11i utilizado por mais de 10 anos vem inovando no setor de TI. Usando protocolos de segurança padrão, o dispositivo NI Wi-Fi DAQ torna fácil adicionar medições sem fio à redes seguras de TI.

Transmitindo Medições Sem Fio com o Software NI-DAQmx

Depois de mais de 20 anos ajudando engenheiros e cientistas a alcançar a alta qualidade nas aquisições de dados baseadas em PC, o driver NI-DAQmx continua a ser o coração da plataforma de aquisição de dados da National Instruments. Reconhecendo a diversidade de aplicações de medição, a NI aborda a aquisição de dados independente da tecnologia específica de barramento do PC. Você pode usar a mesma API NI-DAQmx para comunicar através de PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, USB, Ethernet, e Wi-Fi. Isto significa que você pode usar uma aplicação desenvolvida para um dispositivo de aquisição de dados USB (mesmo uma aplicação de alta velocidade) com um dispositivo de aquisição de dados sem fio sem fazer qualquer alteração no software.

Figura 3.O driver NI-DAQmx abstrai a tecnologia do barramento de aquisição de dados do usuário e fornece uma API consistente através de várias linguagens de programação.

Os dispositivos NI Wi-Fi DAQ podem transmitir continuamente dados de forma de onda de 24 bits a mais de 50 kS/s de diversos canais de medição. Gerenciar este montante de dados sobre a rede sem fio não é uma tarefa trivial, mas o NI-DAQmx abstrai a complexidade associada com transferências bufferizadas sobre TCP/IP a partir do usuário. Com a inteligência ao lado do dispositivo, comunicação baseada em mensagem, e uma avançada engine de transmissão, o NI-DAQmx e o NI Wi-Fi DAQ fornecem todos os benefícios da tecnologia sem fio para aplicações de teste e medição sem comprometer o desempenho ou a confiabilidade de uma solução cabeada.

Dispositivos NI Wireless Sensor Network (WSN)

Uma rede de sensores sem fio é uma rede sem fio que consiste de dispositivos autônomos distribuídos espacialmente que utilizam sensores para monitorar condições físicas ou ambientais. Estes dispositivos autônomos, ou nós, combinam com roteadores e um gateway para criar um típico sistema WSN. Os nós de medição distribuídos comunicam sem fio com um gateway central, o qual fornece uma conexão ao “mundo” cabeado onde você pode coletar, processar, analisar, e apresentar seus dados de medição. Para aumentar a distância e a confiabilidade em uma rede de sensores sem fio, você pode usar roteadores para ganhar um link de comunicação adicional entre os nós e o gateway. 

 

Figura 4. Arquitetura Comum de Rede de Sensores Sem Fio

As Redes de Sensores Sem Fio da National Instruments oferecem confiabilidade, nós de medição de baixa potência que operam por até três anos com 4 pilhas AA e podem ser implantados em operações remotas e de longo prazo. O protocolo NI WSN baseado na tecnologia IEEE 802.15.4 fornece um padrão de comunicação de baixa potência que oferece capacidade de roteamento de malha para ampliar a distância e a confiabilidade da rede.

Aprenda mais sobre NI Wireless Sensor Networks

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Hardware NI WSN

Para a maioria das aplicações WSN, você pode criar uma arquitetura de rede básica na qual os nós de medição distribuídos adquirem dados do ambiente ao redor deles e transmitem estas medições à um gateway. Os NI WSNs fornecem a flexibilidade para conectar seu gateway Ethernet a uma controladora host Windows ou LabVIEW Real-Time.

Figura 5. NI WSN Gateway e nós de medição formam uma rede de sensor sem fio distribuída.

O gateway ethernet NI WSN coordena a comunicação entre os nós de medição distribuídos e a controladora host em sua rede de sensores sem fio da NI. O gateway tem um radio de 2.4 GHz, IEEE 802.15.4 para coletar dados de medição da rede de sensores e uma porta Ethernet 10/100 Mbit/s para fornecer conectividade flexível para uma controladora host Windows ou LabVIEW Real-Time. O gateway pode acomodar até 8 nós finais, mas pode ser ampliado para comunicar com até 36 nós quando nós roteadores são implementados na sua topologia de rede.

Os nós de medição NI WSN de alta precisão fornecem quatro canais de entrada analógica e quatro canais de entrada/saída digital para fácil conectividade do sensor, enquanto quatro baterias alcalinas AA garantem até três anos de vida. Você pode configurar cada canal digital como entrada, saída sink, ou saída source. O WSN-3202 também oferece uma linha de saída de até 12V, 20 mA para energizar sensores que usam pilha ou fonte de alimentação externa. 

Software NI-WSN

Usando o software LabVIEW para projetar seu sistema de rede de sensores sem fio, você se beneficia do rápido desenvolvimento da programação gráfica para toda sua solução. Com o LabVIEW, você pode usar a mesma abordagem de programação gráfica para criar a inteligência do nó; desenvolver aplicações para desktop ou dispositivos embarcados de tempo real que desempenhem registro de dados, processamento, e alarme; e tirar vantagem de Web Services que fornecem acesso para sua aplicação de qualquer dispositivo habilitado a Web.

Figura 6. Use a plataforma de programação gráfica LabVIEW para melhorar e personalizar sua rede de sensores sem fio.

Simplesmente clique e arraste as variáveis de E/S a partir do Projeto do LabVIEW para um diagrama de blocos do LabVIEW para extração, análise  e apresentação dos dados. Você também pode usar variáveis de E/S para monitorar atributos do nó como qualidade do link e tensão da pilha e determinar se um nó está configurado como um dispositivo final ou roteador de malha. Você pode criar um simples programa de extração de dados para integrar seus códigos do WSN feitos em LabVIEW em um programa completo de medição e análise sem fio e cabeado.

Software LabVIEW WSN

O Módulo LabVIEW Wireless Sensor Network amplia o ambiente de programação gráfica LabVIEW para criar e implantar aplicações embarcadas para nós de medição programáveis NI WSN. Use o LabVIEW WSN Pioneer para ampliar a vida útil das pilhas otimizando o comportamento do nó, desempenhando análises personalizadas, e embarcando decisões feitas nos nós de medição programáveis NI WSN.

Figura 7. O Módulo NI LabVIEW WSN implementa aplicações LabVIEW embarcadas para nós de medição NI WSN.