深入了解独立式数据采集系统CompactDAQ

概览
NI扩展了NI CompactDAQ平台，发布了用于高性能嵌入式采集和记录的独立数据采集系统。NI cDAQ-9138和NI cDAQ-9139机箱具备内置Intel Core i7双核处理器，使得NI CompactDAQ在将数据记录至板载内存的同时运行采集和分析软件。NI CompactDAQ首次可以完全独立于外部计算机单独运行，为嵌入式测量和记录应用提供了更佳的性能和灵活性。
产品概览
高性能cDAQ-9138和cDAQ-9139可以作为独立仪器使用，为NI CompactDAQ平台实现了前所未有的功能，同时还可利用NIC系列平台以及NI LabVIEW系统设计软件模块化和灵活性的优势。NI CompactDAQ独立系统包括嵌入式控制器、8插槽机箱、C系列I/O模块、操作系统和软件。控制器包括可用于运行嵌入式操作系统的高级双核处理器以及用于数据记录的32GB非易失性存储器。独立NI CompactDAQ系统可提供用于大多数传感器类型的信号调理模块选项以及各种标准连接，如USB、以太网、串口等，可用于扩展I/O和连接其他第三方外设。
串口连接、USB端口、双核1.33 GHz处理器

VGA图形端口、千兆以太网、用于C系列I/O模块的8个插槽
图1. 独立式NI CompactDAQ系统包括机箱、嵌入式控制器、C系列I/O模块、操作系统、软件以及其他可选外围设备。
高性能多核处理
高性能独立NI CompactDAQ系统的特点为包括用于密集处理任务的Intel双核处理器。通过多核处理器，可以同时执行多个独立任务或线程，从而大大减少执行运算所需的时间。LabVIEW会自动将各个运算拆分为多个线程，从而可以更方便地开发利用多核技术的应用程序。该图形化编程已内置用于处理器的线程管理，用户无需处理复杂的线程管理。

Intel处理器提供的多项新技术可改进NI CompactDAQ应用的性能和功能：
Intel超线程技术可以使每个处理器核心并行执行两个线程，因此将软件可用的处理器核心数加倍并改进多核性能。在cDAQ-9139上运行的应用程序可并行执行4个线程，从而进一步改进性能。
在工作量较高时，Intel睿频加速技术可提高处理器时钟频率。当用于密集计算时，应用程序需要更快的时钟频率，该处理器将以固定间隔自动增加时钟频率直到达到所需要求，而诸如温度或其他处理核心上的负荷等原因则会导致时钟速度降为基准运算频率。该方式可确保处理器在设计安全范围内始终达到最大性能。
Intel主动管理技术（AMT）可使高级用户对NI CompactDAQ系统进行远程管理。对进行底层硬件的访问是通过主以太网接口实现的，可允许远程用户控制NI CompactDAQ系统的开机和关机、检查当前系统状态、将控制台输出重定向为远程用户以及其他管理任务，这些操作都无需与NI CompactDAQ软件进行交互。
嵌入式操作系统
cDAQ-9138和cDAQ-9139是最先发布的可运行嵌入式操作系统的带内置控制器的NI Compact机箱。选择Windows Embedded Standard 7 （WES7）可以获得全面软件和集成用户界面功能，而运行LabVIEW Real-Time可以获得更高的执行效率和更高可靠性。
WES7
可靠性对于确保应用程序长时间正确运行十分重要，这是大多数嵌入式应用的基本要求。WES7和LabVIEW Real-Time提供的功能和特性都可满足需要长期运行的需求。WES7同时可支持全面的Windows软件以及用于Windows平台的LabVIEW。通过WES7可以利用.NET程序集提供的函数、ActiveX控件和DLL，或者直接连接远程数据库更方便地记录数据。此外利用内置VGA显示输出可以实现用户界面，因而无需专用的用户界面计算机，可以降低系统预算和维护要求。
LabVIEW Real-Time
LabVIEW Real-Time已将操作系统组件缩减至最低要求，并降低了由崩溃或其他不可预期问题引起系统错误可能性。通用操作系统必须尝试为不同类型的应用程序提供所需资源和执行时间，每增加一个应用程序都会提高系统错误的可能性。LabVIEW Real-Time也包括诸如Reliance文件系统和看门狗定时器等功能，可用于进一步确保应用程序在较长时间内运行的可靠性。Datalight提供的Reliance文件系统可用于需要高可靠性的嵌入式系统。该文件系统可以避免由于意外断电等系统事件引起的文件损坏。当发生应用程序错误时，看门狗定时器可确保将系统尽快自动恢复为运行状态。
测量定时和同步
NI CompactDAQ属于模块化系统，通过插入其他模块即可添加更多测量类型和通道。所有模块均支持热插拔，将模块插入NI CompactDAQ机箱后可以被自动检测出来。所有模块自动同步，在一套NI CompactDAQ系统内可以同时进行高速模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出数据流。
模数转换器（ADC）是任何测量系统的重要组件。ADC需要通过时钟信号来确定采集采样的时间。很多系统使用多个ADC，这些ADC共享同一个时钟来实现所有通道的同步测量。而NI CompactDAQ系统在定时引擎方面有更大的灵活性，同时也有更出色的同步功能。
用于多速率的多定时引擎
NI CompactDAQ机箱包括3个模拟输入定时引擎，所以你可以将模拟输入分为最多三个不同的组（也可称为任务）。如图2所示，每个任务可以使用不同速率运行。该方式适用于同时进行低速测量（温度）和高速测量（声音和振动）的情况。三个任务可以同时开始并独立操作。单个任务内的所有通道将会自动同步并按请求速率返回。单个任务也可以包括所有模块，从而将所有通道使用同一个时钟来同步。

图2. 在同一个机箱中以不同速率运行多个不同模拟输入任务。
用于模拟和数字输出的特定定时引擎
NI CompactDAQ可支持同时运行高达7个任务，包括以下7个任务选项：
o 包含最多3个定时引擎的模拟输入
o 包含特定定时引擎的模拟输出
o 包含特定定时引擎的数字输入
o 包含特定定时引擎的数字输出
o 计数器/定时器任务用于正交、PWM、事件、周期或频率测量
通过包含特定资源，数字和模拟输出任务可以独立运行，无需在不同任务间共享时钟信号。该方式可使编程变得更方便直观。与大多数现成数据采集系统相比，NI CompactDAQ包含的多定时引擎以及连接和共享资源的功能可极大地改进灵活性。
C系列I/O通道扩展
高性能独立NI CompactDAQ系统可提供8个用于集成C系列I/O的插槽，该插槽可支持各种C系列I/O扩展选项。同时NI CompactDAQ平台的机箱可通过USB、以太网或无线选项与独立NI CompactDAQ进行数据传输。通过该扩展方式，可以任意集成和组合超过50种专用测量的C系列I/O模块。这些类型丰富的测量模块可用于创建满足你精确的I/O需求的测量系统。

图3. NI CompactDAQ平台包括用于扩展的1、4和8插槽机箱选项。
集成显示和外部设备
创建人机界面（HMI）是开发任何嵌入式或工业系统的重要步骤。独立NI CompactDAQ包括集成VGA接口可大大简化HMI开发。利用WES7和VGA显视器或平板触摸屏，可以开发LabVIEW应用程序并将前面板作为用户界面使用。不仅可以避免开发独立HMI应用程序而减少开发时间，而且通过使用低成本显视器替代额外计算机或触摸屏计算机可以降低成本。你也可以使用用于iOS和Android移动设备的NI Data Dashboard对系统进行控制和监控。


图4. 直接连接HMI或配置移动设备以便对独立NI CompactDAQ进行交互或监控。
独立NI CompactDAQ平台适用于处理同步视频和测量的应用。通过双千兆网络端口连接GigE Vision摄像头并使用LabVIEW Real-Time和WES7执行快速高分辨率的图像采集和处理任务。利用高性能NI-IMAQdx驱动和NI视觉开发模块图像库提供的上百个算法，可以开发用于各种任务的视觉应用程序，如图像增强、模式匹配和对象测量等。

图5. 使用双千兆网络端口连接GigE Vision摄像头。
独立NI CompactDAQ机箱上的多种连接选项可用于连接大多数附加硬件。通过4个高速USB端口可连接诸如键盘或鼠标等外围设备，或者使用该端口将数据记录至外部存储媒介。选择RS232或RS485/422串口可连接许多设备（如GPS）。
软件
任何测量系统都包括配套软件，LabVIEW可用于设计软件并完全自定义独立的测量系统。LabVIEW提供用于采集、分析和演示数据的独立开发环境，并且已经对底层编程调用进行抽象。这种抽象意味着LabVIEW以及NI-DAQmx驱动程序可以适用于随时间变化的需求和技术，以便帮助用户开发的应用程序与业界保持同步适用。
在LabVIEW 2012中，除了已有的几百个NI-DAQmx范例之外，NI提供了用于独立NI CompactDAQ的新数据记录范例、模板和项目范例。该选项可提供不同的程序开发起点，使新程序员能快速查看感兴趣的测量方式，或帮助有经验的程序员查找由LabVIEW开发人员设计并推荐的可扩展软件架构。通过各种专注于用户熟练程度的工具和功能，LabVIEW 2012可以帮助各个程度的工程师和科学家更快地实现创新。
对于需要成套解决方案的用户，可通过LabVIEW工具网络选择基于配置的软件或者利用NI联盟伙伴网络中超过600家公司提供的自定义解决方案。该联盟伙伴专注于利用LabVIEW和NI数据采集产品提供集成和自定义服务。对于各种应用大小、复杂度或自定义需求，均可以找到满足程序员或非程序员所需的软件解决方案。