《電子技術(shù)應(yīng)用》
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多物理量環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包

2012-08-29
作者:李誠(chéng)
來(lái)源:來(lái)源:NI公司

圖1 環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包結(jié)構(gòu)

"為了滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求,環(huán)境保護(hù)受到越來(lái)越多的重視。以現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)可對(duì)各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測(cè)量與分析,是研究環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)的重要手段和環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)。"

                                                                                        ------- 李誠(chéng), 上海聚星儀器有限公司應(yīng)用工程師

挑戰(zhàn):
環(huán)境監(jiān)測(cè)要求系統(tǒng)能夠在戶外較惡劣環(huán)境下監(jiān)測(cè)多種環(huán)境參量,包括氣象、振動(dòng)、噪聲、電磁場(chǎng)、圖像等,主要應(yīng)用領(lǐng)域包括人居環(huán)境監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)以及節(jié)能減排項(xiàng)目監(jiān)測(cè),需采用分布式結(jié)構(gòu)。

解決方案:
NI CompactRIO是一款工業(yè)級(jí)嵌入式數(shù)據(jù)采集平臺(tái),基于該平臺(tái)開(kāi)發(fā)的采集系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性,并能適應(yīng)野外工作環(huán)境,我們采用NI CompactRIO豐富的C系列模塊采集各種傳感器輸出的模擬信號(hào),通過(guò)TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)缴衔粰C(jī),工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種環(huán)境參數(shù)。

作者:
李誠(chéng)- 上海聚星儀器有限公司應(yīng)用工程師

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)

環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包基于NI的嵌入式硬件平臺(tái)CompactRIO和圖形化設(shè)計(jì)平臺(tái)LabVIWE開(kāi)發(fā)而成,起步包結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 圖1 環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包結(jié)構(gòu)

各種環(huán)境參量通過(guò)相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào),電信號(hào)通過(guò)C系列模塊輸入到CompactRIO中,CompactRIO對(duì)采集到的原始信號(hào)進(jìn)行處理,并將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)路由器發(fā)送到監(jiān)控端以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。監(jiān)控端通過(guò)TCP/IP協(xié)議與CompactRIO通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及控制命令的發(fā)送。瀏覽端用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器訪問(wèn)服務(wù)器中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享和歷史數(shù)據(jù)分析。

環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包的主要特點(diǎn)有:

  1. 自定義的FPGA模塊和豐富的I/O模塊,能夠與幾乎所有的傳感器進(jìn)行方便的連接;
  2. 模塊化的軟件結(jié)構(gòu),能夠輕松地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的維護(hù)與升級(jí);
  3. 采用WIFI和3G技術(shù),實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸,有利于分布式監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)管理。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如下:

 

 

應(yīng)用領(lǐng)域

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

人居環(huán)境監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

節(jié)能減排監(jiān)測(cè)

氣象——風(fēng)向、風(fēng)速、溫濕度、氣壓、雨量

振動(dòng)——高低頻振動(dòng)(結(jié)構(gòu)、地震)

環(huán)境噪聲

低頻電磁場(chǎng)

圖像

運(yùn)動(dòng)控制

數(shù)字I/O

自定義

——

——

——

系統(tǒng)指標(biāo)

1.  CompactRIO板卡指標(biāo)

 

模擬輸入

接口類型

電壓、電流、IEPE、電橋

外接傳感器

類型

溫度(熱電偶、RTD)、電壓、電流、電阻、電荷、壓力、應(yīng)變、

扭矩、位移、加速度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等

模擬通道數(shù)

單機(jī)箱4-256通道,支持多機(jī)箱級(jí)聯(lián)至上千通道

模擬I/O

通道特性

最高采樣率

100kS/s(同步)、800kS/s(多路復(fù)選)

耦合方式

AC/DC

AD分辨率

12位(經(jīng)濟(jì)型)/16位(通用型)/24位(高性能)

動(dòng)態(tài)范圍

70dB(經(jīng)濟(jì)型)/80dB(通用型)/120dB(高性能)

通道間串?dāng)_

<-110dB

輸入阻抗

1M?(典型值)

最高采樣精度

±0.04%×讀數(shù)值+±0.07%×量程(典型值)

信號(hào)輸入模式

單端,差分

抗混疊頻率

0.45fs

數(shù)字I/O

通道特性

最高頻率

20MHz

信號(hào)類型

5V/TTL/24V

工作方式

計(jì)數(shù)器/編碼器/PWM/繼電器

通訊接口

以太網(wǎng)、光纖、CAN、RS232/422/485

觸發(fā)采集

數(shù)字觸發(fā)(邊沿、脈沖),模擬觸發(fā)(閾值、區(qū)域、滯后)

存儲(chǔ)容量

片上4G Flash(網(wǎng)絡(luò)硬盤擴(kuò)展)

數(shù)據(jù)吞吐量

單機(jī)箱6.4MB/s

功耗

10W(典型值)

工作溫度

-40oC-70oC

可承受隨機(jī)振動(dòng)

5g rms,10-500Hz(IEC 60086-2-64)

可承受正弦振動(dòng)

5g ,10-500Hz(IEC 60086-2-64)

可承受沖擊

30g,11ms半正弦;50g,3ms半正弦(IEC 60068-2-27)

2. 監(jiān)測(cè)指標(biāo)(標(biāo)配、可擴(kuò)展)

溫度:測(cè)量范圍-5~55℃

濕度:測(cè)量范圍0~100%

振動(dòng):測(cè)量范圍±250g,頻率范圍0.3~10KHz,靈敏度20mV/g,最小分辨率0.0005g

聲音:頻率范圍20~20KHz,動(dòng)態(tài)范圍127dB,靈敏度50mV/Pa

電磁波:頻率范圍10~20KHz

系統(tǒng)指標(biāo)大多受限于選配的傳感器,起步包為了降低系統(tǒng)門檻采用了較低成本的傳感器,對(duì)于大多數(shù)驗(yàn)證和科研可以適用,如果用戶須要更高精度的系統(tǒng),聚星工程師可以選配更高等級(jí)的傳感器。

實(shí)物圖及軟件界面

圖2 系統(tǒng)實(shí)物圖

圖3 系統(tǒng)軟件界面

總結(jié)

基于NI CompactRIO平臺(tái)開(kāi)發(fā)的環(huán)境監(jiān)測(cè)起步包能夠監(jiān)測(cè)多種環(huán)境參量,系統(tǒng)具有很高可靠性和擴(kuò)展性。采用NI的嵌入式硬件平臺(tái)CompactRIO進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā),能夠縮短開(kāi)發(fā)周期,提高系統(tǒng)可靠性,使得用戶能夠把精力放在數(shù)據(jù)的分析處理上。

聚星儀器是NI的金牌系統(tǒng)聯(lián)盟伙伴,同時(shí)也是NI CompactRIO大陸地區(qū)獨(dú)家代理商和增值服務(wù)商。聚星儀器擁有一支全球頂尖的LabVIEW開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),以NI CompactRIO為核心開(kāi)發(fā)了許多創(chuàng)新應(yīng)用,您可登陸聚星儀器主頁(yè)www.vi-china.com.cn查看更多產(chǎn)品和應(yīng)用案例,或聯(lián)系聚星儀器CompactRIO技術(shù)支持。

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