中國華東交通大學採用 NI myDAQ，成功設計並實作感測器原型製作解決方案

「我們使用 NI myDAQ 和 LabVIEW，快速製作出以 NI myDAQ 為架構的 mySensor 測試與量測系統原型，大幅改良了大學與教學適用的感測器測試與量測原型製作解決方案。」

- Gan Tang，中國華東交通大學

挑戰：

該校以可攜式資料擷取硬體為基礎，開發出可無限擴充感測器的感測器原型機板，不僅可用於比較虛擬與實際結構圖設計，還能為大學與教學應用環境提供電路原型量測作業的支援。

解決方案：

使用 NI Multisim 電路設計軟體和 NI Ultiboard PCB 設計軟體，設計出感測器原型機板的結構圖，並透過 NI myDAQ 硬體和 LabVIEW 系統設計軟體來設計測試軟體程式。

為了開發感測器架構的測試與量測系統，學生需要一個不只相容性要高，還要有無限開放式感測器擴充性的感測器原型設計平台。由於感測器廣泛運用在課程設計、電子設計比賽，課外測試與量測應用中，此原型設計系統應具備極高效率，並協助學生節省時間。

NI myDAQ 感測器原型機板 (mySensor) 是一款專為 NI myDAQ 設計的 NI miniSystem，可滿足上述所有需求。此裝置搭載 NI 虛擬儀器技術，並且支援感測器原型測試與量測電路架構的 SPICE 電路模擬技術。

NI myDAQ 感測器原型機板設計

mySensor 符合一般的感測器架構測試與量測應用流程，如圖 1 所示。

量測物理訊號 (例如聲音、光線、磁場或溫度) 時，大部分電子感測器輸出訊號都很微弱，必須透過訊號處理模組放大、過濾與塑形等。模組將訊號處理並達到適合資料擷取裝置輸入通道的理想範圍之後，NI myDAQ 就會擷取訊號，接著 LabVIEW 會讀取並處理訊號。

因為 NI myDAQ 的使用場合是實驗室之外，所以 mySensor 機板的尺寸不能太大。最大的印刷電路板 (PCB) 尺寸是 5,950 mm x 3,075 mm。在 mySensor 的設計期間，我們將每個感測器與處理模組最佳化，以便重複使用。每個獨立模組則是 1,425 mm x 1,025 mm，模組可透過疊插的方式擴充與替換。

mySensor 包含需要供電的處理模組，此外新增了 +15 V/-15 V 電源供應器，可以把 USB +5 V 轉換至 DC-DC，使用 USB 即可輕鬆供電。

mySensor 結構圖和 PCB 設計

我們緊密整合了 Multisim 11.0 和 Ultiboard 11.0，完成整個 mySensor 流程，從最剛開始的結構圖到最後的 PCB。mySensor 結構圖設計流程採用 Multisim 11.0，分成七個步驟，如圖 3 所示；mySensor PCB 設計流程則採用 Ultiboard 11.0，分成七個步驟，如圖 4 所示。

圖 5 為 Multisim 內的差動放大器模組，結合了函式產生器和雙通道示波器。有了 Multisim 的互動式模擬功能，我們就能執行電路模擬，同時調整增益電位計滑桿。我們可以靈活觀察輸出訊號、失真和電路放大係數。此外，也可以載入 Potter 測試儀，測試放大器模組的振幅-頻率特性。使用 NI ELVISmx 的模擬與實際資料，我們即可比較兩者，藉此改善電路設計，達到更理想的參數。

如圖 6 所示，我們使用 Ultiboard 設計出 mySensor PCB 佈線圖。首先，我們決定了合適的機板尺寸。機板模組佈線應該有助於輕鬆連接感測器。我們把 6 個獨立的可折式模組放在右邊，以便輕鬆擴充，把 NI myDAQ 接頭放在左邊，USB 電源供應器介面則放在上面。我們使用 Ultiboard 3D 畫面函式，即可顯示 mySensor 與已安裝元件，如圖 7 所示。

完成 Multisim 結構設計和 Ultiboard PCB 設計之後，就能把所產生的 Gerber 提供給 PCB 製造商，以便完成設計程序。

mySensor 實驗

所有的 mySensor 感測器測試與量測應用都可使用 NI ELVISmx 軟體人機介面儀器，包含 DMM (多功能數位電錶)、Scope (示波器)、FGEN (函式產生器)、Bode (Potter 測試儀)、DSA (Dynamic Signal Analyzer)、ARB (任意波形產生器)、DigIn (數位輸入) 和 DigOut (數位輸出)，如圖 8 所示。

除了 NI ELVISmx 軟體人機介面儀器之外，我們還能透過 LabVIEW 來設計儀器程式，針對每個感測器執行專屬的測試程序，如圖 9 所示。