Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Studentská“ karta NI myDAQ a její využití v LabVIEW

V roce 2010 uvedla firma National Instruments ve spolupráci s firmou Texas Instruments na trh multifunkční kartu NI myDAQ (DAQ – Data Aquisition, sběr dat), určenou zejména pro „studentské“ úlohy. Po rozbalení krabice majitel získá celou základní výbavu pro zahájení prací. Kromě vlastní karty zde nalezne dvojici měřicích kabelů se zkušebnímu hroty, propojovací kabel s konektory typu „jack“, svorkovnici pro připojení binárních i analogových signálů a propojovací kabel USB. V krabici je též přibaleno DVD s potřebným programovým vybavením. Hlavním důvodem k uvedení karty na trh je zejména popularizace prostředků firmy National Instruments zacílená zejména na ukázkové studentské úlohy od jednoduchých až po úlohy s využitím programového prostředí LabVIEW.

V tomto článku se čtenáři stručně seznámí s vlastnostmi a základními funkcemi karty NI myDAQ. Hlavní těžiště využití karty lze s ohledem na její pořizovací cenu pro studenty (přibližně 3 800 Kč bez DPH) očekávat ve školních laboratořích v oblasti měření a zpracování signálů. Podporu pro využití lze hledat na oficiálních stránkách firmy NI (www.ni.com) a též na sociálních stránkách vznikajících komunit (např. Facebook).

Popis karty

Blokové schéma karty NI myDAQ je na obr. 1. Karta se připojuje k počítači prostřednictvím USB. Z tohoto rozhraní je rovněž napájena.

Základní funkcí je digitální multimetr, jímž lze měřit napětí a proud (stejnosměrné a střídavé) podle tab. 1, odpor a napětí na přechodu p-n. V tomto případě je měřená veličina přiváděna dvojicí měřicích kabelů se zkušebními hroty na příslušné zdířky HI – COM – HI na přední (kratší) straně karty.

Další funkce karty využívají signály na konektoru na boční (delší) straně karty. Dva analogové vstupní kanály lze nakonfigurovat buď jako vysokoimpedanční diferenciální napěťové vstupy pro zpracování napěťových signálů ±10 V (AI 0 a AI 1), nebo jako stereo­fonní audiovstupy (Audio In). Měření nebo analýzu signálu přiváděného na vstup lze provádět až do rychlosti 200 kS/s1) na jeden kanál. Tyto vlastnosti lze využít ve funkci osciloskopu, dynamického analyzátoru signálu a Bodeho analyzátoru.

Dva analogové výstupní kanály lze nastavit  jako napěťové výstupy (AO 0 a AO 1) nebo jako stereofonní audiovýstup (Audio Out). Generovat je možné napěťové signály různých tvarů (sinus, obdélník, trojúhelník) do hodnoty až ±10 V. Výstupní signály lze generovat do rychlosti 200 kS/s na jeden kanál, např. ve funkci funkčního generátoru nebo Bodeho analyzátoru.

Karta umožňuje pracovat s osmi digitálními linkami DIO, přičemž každou linku lze nakonfigurovat na vstupní nebo výstupní funkci nebo na funkci čítače. Linky pracují s napětím 3,3 V (LVTTL) a lze na ně přivádět digitální signál s napětím do 5 V. Pro práci s analogovými signály a operačními zesilovači je karta vybavena obvodem, který ze vstupního napětí 5 V (z konektoru USB) vytváří symetrické napětí ±15 V. Rozmístění signálů na svorkovnici konektoru je znázorněno na obr. 2.

Před připojením signálů na analogové vstupy AI je nutné posoudit typ zdroje signálu, zejména jeho úroveň (maximálně ±10 V), zda je symetrický (plovoucí) nebo nesymetrický, tedy vztažený k referenčnímu (zemnícímu) bodu (AGND – Analog Ground). Na obr. 3 je znázorněn obecný způsob připojení vstupního signálu střídavého napětí Us na diferenciální vstupy AI+, popř. AI-. Podle doporučení výrobce lze vstupní svorku AI- spojit zkratem (RGN = 0 Ω) s referenčním bodem AGND, je-li vnitřní impedance zdroje signálu menší než 100 Ω.

Pro analogové vstupy AI, popř. pro analogové výstupy AO, je referenčním (zemnícím) bodem AGND. Pro digitální linky DIO je referenčním (zemnícím) bodem DGND (DGND – Digital Ground).

Instalace programového vybavení

Na přibaleném DVD NI myDAQ Software Suite (v době psaní článku šlo o verzi 4.2.3) je potřebné programové vybavení:

–   NI ELVISmx Driver,

–   NI LabVIEW 2010,

–   NI Multisim.

Studenti mohou na adrese www.ni.com/mydaq/go pro licencované produkty LabView a Multisim získat studentskou licenci. Před zahájením prací je nutné nainstalovat minimálně programové vybavení NI ELVISmx Driver (další se instaluje jen po­dle potřeby a za předpokladu přijetí licenčních podmínek).

Po úspěšné instalaci lze kartu připojit kabelem USB k počítači. Zařízení je rozpoznáno a po automatickém doinstalování ovladače je připraveno k použití. Spouštěcí navigační lišta je na cestě Start » Všechny programy » National Instruments » NI ELVISmx for NI ELVIS & NI myDAQ » NI ELVISmx Instrument Launcher. Z této lišty je možné kliknutím na příslušnou ikonu spouštět jednotlivé funkce (virtuální přístroje), které karta NI myDAQ obsahuje. Zleva to je digitální multimetr (DMM), osciloskop (Scope), generátor funkcí (FGEN), analyzátor Bodeho přenosové funkce (Bode), analyzátor dynamického signálu (DSA), generátor libovolného signálu (ARB), osmibitový logický zobrazovač (DigIn) a osmibitový logický zapisovač (DigOut). Ostatní (zešedlé) funkce karta NI myDAQ nepodporuje.

Některé funkce karty myDAQ

Nyní budou popsány některé základní funkce karty myDAQ pracující v součinnosti s nainstalovaným programovým vybavením NI ELVISmx Driver.

Digitální multimetr

Po spuštění funkce DMM ze spouštěcí lišty se objeví úvodní obrazovka digitálního multimetru (obr. 4). V tomto případě se měřené veličiny přivádějí na přední zdířky (označené na obrazovce). Obrazovka má podobu „virtuálního“ měřidla, kde v horní části je zobrazovač naměřené hodnoty a pod ním čárový indikátor hodnoty ve vztahu k plnému rozsahu. Pod polem zobrazovače lze zvolit funkci multimetru: měření stejnosměrného napětí, střídavého napětí, stejnosměrného proudu, střídavého proudu a odporu. Pro zvolenou funkci lze v dalším poli zvolit režim měření a pod ním měřicí rozsah. Na obrazovce měřidla vpravo je naznačen způsob připojení měřicích kabelů na příslušné zdířky a pod ním lze zvolit způsob zpracování dat (jednorázové měření, nebo průběžné měření). Měření se spouští stiskem zeleného tlačítka Run a zastavuje stiskem červeného tlačítka Stop.

Osciloskop

Po spuštění funkce Scope ze spouštěcí lišty se objeví úvodní obrazovka osciloskopu. Rozložení ovládacích prvků tohoto virtuálního přístroje velmi připomíná skutečný dvoukanálový osciloskop. V levé části se nachází zobrazovací plocha (obrazovka osciloskopu), v pravé části jsou jednotlivé ovladače. V horní části lze zvolit zdroje signálu (Source) pro každý kanál a níže potom otočnými ovladači nastavit jejich citlivost na zobrazovaný dílek (Scale Volts/Div) a polohu na stínítku (Vertical Position). V dolní polovině se nacházejí ovládací prvky pro nastavení časové základny (Timebase) a způsobu její synchronizace (Trigger) včetně zdroje spouštění a polohy stopy na stínítku. Měření se spustí stiskem tlačítka Run a zastaví stiskem tlačítka Stop. Podobně jako u moderních osciloskopů lze využít automatické nastavení parametrů pro měření (Autoscale). Na obrazovce se potom zobrazí barevně odlišené průběhy vstupních signálů a pod nimi některé základní hodnoty.

Další funkce

S využitím dalších funkcí a jejich případné kombinace lze vytvářet i různé měřicí úlohy. Například lze měřit přenosové vlastnosti (útlum, zkreslení apod.) reálného obvodu (obecně dvojbranu). Úlohu lze zapojit např. podle obr. 5. Analogový výstup AO 0 se přivede na vstupní bránu měřeného objektu, na analogový vstup AI 0+ se přivede výstup z tohoto objektu a společným bodem bude svorka AGND. Jestliže se nyní spustí generátor funkcí (funkce FGEN) ze spouštěcí lišty, objeví se její úvodní obrazovka (obr. 6). Na této obrazovce se nastaví tvar a další vlastnosti generovaného výstupního signálu (Waveform Settings), jeho kmitočet, amplituda, popř. stejnosměrné posunutí (DC Offset). Volbou Signal Route se nastaví nasměrování generovaného signálu na konkrétní výstupní svorku (v popisovaném případě AO 0). Funkce se spustí stiskem Run a zastaví stiskem Stop. Nyní lze ze spouštěcí lišty NI ELVISmx Instrument Launcher spustit další funkci, např. Scope. Je tak možné analyzovat a zobrazovat signál po průchodu připojeným měřeným objektem.

Příklad použití karty v LabView

Instalací programu NI ELVISmx Driver se do existující instalace prostředí LabView (které musí být na počítači nainstalováno už z dřívějška) doplní do palety funkcí pro blokový diagram Function » Measurement I/O subpaleta NI ELVISmx s expresními funkcemi pro práci s kartou NI myDAQ. Současně se doinstalují potřebné rozšiřující funkce i do dalších bloků, mimo jiné do Function » Measurement I/O » NI DAQmx, kde lze využít funkci DAQ Assistant pro konfiguraci zvoleného přístroje.

Jako příklad uveďme funkci osciloskopu v prostředí LabView s využitím karty myDAQ. Na plochu blokového diagramu se vloží ikona osciloskopu postupem Function » Measurement I/O » NI ELVISmx » Oscillo­scope. Po vložení se spustí konfigurační okno, s jehož pomocí se nastaví výchozí vlastnosti této expresní funkce. Po nastavení se na plochu blokového diagramu vloží doplněná ikona funkce osciloskopu, s níž se bude dále pracovat s prostředky, které nabízí prostředí LabView. V uváděném případě se na výstup kanálu 0 (Channel 0) připojí grafický zobrazovač. Kliknutím pravým tlačítkem myši se vyvolá tzv. pop-up menu a postupem Create » Graph Indicator se na výstup Channel 0 Out připojí grafický zobrazovač (ten se současně vloží na plochu čelního panelu). Na obr. 7 je znázorněn výřez z blokového diagramu s vloženou expresní funkcí NI ELVISmx Oscilloscope. Je zde rovněž znázorněn obsah nápovědy k této funkci.

Závěr

Účelem tohoto článku je představit novou kartu NI myDAQ a její možnosti v oblasti experimentů. Podrobnější popis úloh a práce v prostředí LabView by byl nad rámec poslání tohoto článku. Zájemce odkazuji zejména na webovou stránku www.ni.com/myDAQ. Lze také věřit, že okruh zájemců se bude rozšiřovat a s ním i zkušenosti a modelové úlohy.

Literatura:

[1] VLACH, J.: Začínáme s LabVIEW. In: Sdělovací technika, 4/2008, s. 20–21.

[2] VLACH, J. a kol.: Začínáme s LabVIEW. BEN, Praha, 2008, ISBN 978-80-7300-245-9.

[3] VLACH, J.: Experimentální deska USB K8055 a LabVIEW. Praktická elektronika, 5/2008, s. 29–30, 6/2008, s. 22–23, ISSN 1211-328X.

[4] VLACH, J.: Multifunkční karta a její aplikace. Automatizace, 51, č. 12, s. 784–786, ISSN 0005-125X.

[5] VLACH, J.: Číslicový multimetr v prostředí LabVIEW. Automatizace, 52, č. 2, s. 104–107, ISSN 0005-125X.

[6] VLACH, J.: Stavebnice FPGA Xilinx/Digilent Spartan-3E Starter Kit a LabVIEW. Sdělovací technika, 4/2010, s. 27–29, ISSN 0036-9942

Ing. Jaroslav Vlach

Obr. 1. Blokové schéma karty NI myDAQ

Obr. 1. Blokové schéma karty NI myDAQ

Obr. 3. Blokové schéma analogového vstupu (kanály AI)

Obr. 4. Obrazovka Digital Multimeter

Obr. 5. Zapojení příkladu měřicí úlohy

Obr. 6. Obrazovka FGEN

Obr. 7. Výřez z blokového diagramu s vloženou expresní funkcí Osciloscope

Tab. 1. Rozsahy měření napětí a proudu

Funkce

Rozsah

Rozlišení

Přesnost (±% čtení + offset)

Stejnosměrné napětí

200 mV

0,1 mV

0,5 % + 0,2 mV

2 V

0,001 V

0,5 % + 2 mV

20 V

0,01 V

0,5 % + 20 mV

60 V

0,1 V

0,5 % + 200 mV

Střídavé napětí

 

40 až 400 Hz

400 až 2 000 Hz

200 mV

0,1 mV

1 % + 0,15 %

-

2 V

0,001 V

1 % + 0,15 %

5 % + 3 mV

20 V

0,01 V

1 % + 0,15 %

5 % + 30 mV

Stejnosměrný proud

20 mA

0,01 mA

1 % + 0,02 mA

200 mA

0,1 mA

0,5 % + 0,2 mA

1 A

0,001 A

0,5 % + 2 mA

Střídavý proud

 

40 až 400 Hz

400 až 2 000 Hz

20 mA

0,01 mA

1,5 % + 0,03 mA

5,5 % + 0,03 mA

200 mA

0,1 mA

1 % + 0,3 mA

5 % + 0,3 mA

1 A

0,001 A

1 % + 3 mA

5 % + 3 mA

Odpor

200 Ω

0,1 Ω

0,8 % + 0,3 Ω (bez přívodních vodičů)

2 kΩ

0,001 kΩ

0,8 % + 3 Ω

20 kΩ

0,01 kΩ

0,8 % + 30 Ω

200 kΩ

0,1 kΩ

0,8 % + 300 Ω

2 MΩ

0,001 MΩ

0,8 % + 3 kΩ

20 MΩ

0,01 MΩ

1,5 % + 50 kΩ

Napětí na přechodu p-n

2 V