如何加速產品開發並更快取得更佳測量結果

開發先進的電子和機電產品是一場與時間的競賽。強大的新型數據採集(DAQ) 工具有助於簡化和加速開發過程，以取得優勢。

這些數據採集工具提供高效能，例如為感測器、電池等裝置提供 20 位元、±10 V 輸入，以及每通道高達 1 MS/s 的取樣率，最多 16 條數位 I/O 線、計數器、正交編碼器輸入、解角器、脈衝／事件計數感測器 (如儀表)、高速電壓訊號、用於電流測量的跨分流電阻壓降等。

此外，還需要能自動化及執行多種功能，包括讀取／寫入至 TTL 數位線路、使用數位線路驅動低電流繼電器、產生 ±10 V 輸出控制訊號和 ±10 V 訊號以模擬感測器、產生脈寬調變 (PWM) 訊號，以及同步電壓、數位和計數器訊號。

若要贏得市場競爭，這些完善的工具還必須容易使用，具備用於類比和數位 I/O 的獨立計時引擎、自我校準、USB 連接能力，以及快速設定和整合等功能。此系統應具有免費記錄軟體、API、範例程式等軟體選項，以及對 Python 和 C/C++ 的進階支援。

USB 數據採集

NI 的新款 mioDAQ USB 系統具有傑出的效能和靈活性，可加速各種電子和機電系統上市。首先介紹 USB Type C 連接的特點。mioDAQ USB 可透過一條纜線快速連接到筆記型或桌上型電腦，進行資料蒐集、分析、供電。

提供多達 16 個通道的 20 位元解析度、±10 V 測量，並可支援每秒 100 萬個同時取樣。此外，還具有多種數位 I/O 和計數器／計時器通道，可用於高效能、靈活的測試和產品開發系統 (圖 1)。

圖 1：mioDAQ USB 的一側包含各種 I/O。USB 連接器位於另一側。(圖片來源：NI)

智慧 ID 引腳與使用者提供的 EEPROM 進行通訊，可在測試台中內建智慧。EEPROM 可以直接連接到彈簧端子插頭，或設計至原型開發板中。可透過查詢 EEPROM 執行：

• 確認纜線插入正確的連接埠
• 擷取受測裝置 (DUT) 資訊，用於通道和常數映射
• 自動記錄中繼資料

冷接點補償 (CJC) 搭配熱電偶使用。校正熱電偶熱接點 (測量溫度點) 和冷接點 (熱電偶線連接到測量系統點) 之間的溫差。冷接點補償可明顯提高熱電偶測量的準確性，尤其是在冷接點的溫度會波動時。

穩健效能

mioDAQ 的設計可放置在桌面上，十分堅固，因此適用於全自動測試設備。其設計無需重新校準即可保持長達 10 年的準確度，因此適用於製造測試或現場應用，以避免頻繁重新校準會對生產力造成影響。也提供兩年重新校準週期的型號，非常適合實驗室工作台測試和驗證應用。

自我校準可以適應操作環境及任何製造組件的差異。只需按壓硬體配置實體中的一個按鈕即可啟動。mioDAQ 驅動程式將自我校準調整功能儲存在板載 EEPROM 中，以多變數多項式呈現，不會對處理速度造成大幅影響，同時與簡單的線性校準方程式相比，提供更卓越的效能。

mioDAQ 支援的測量範例：

• 感測器和其他 ±10 V 訊號，最高可達每通道 1 MS/s
• 分流電阻兩端的壓降
• 電池電壓 (±10 V 峰值測量)
• USB 或電池供電設計的電源軌
• 脈衝和事件計數
• 正交編碼器
• 解角器
• 用於測量線性位移的弦式電位器
• 低壓電流感測器和變壓器

部分 mioDAQ 裝置支援多工，可達到更高通道數。多工模式使用單一類比數位轉換器，達到多個類比輸入通道。雖然這可以有效率地增加通道數量，但要求整體取樣率由多工通道共享，因此會降低個別通道的取樣率。

此外，控制訊號可以自動化進行各式功能，例如：

• ±10 V 輸出訊號
• 數位輸出訊號
• 外部繼電器 (透過數位線路控制)
• 產生脈寬調變訊號
• 模擬感測器
• 連接到 LED
• 時脈和觸發器

四種 mioDAQ 型號，包括零件編號 789887-01、789882-01、789888-01、789884-01，讓客戶能快速設計更優良的產品及執行研究活動所需的準確效能 (表 1)。

表 1：mioDAQ USB 包含四款型號，使用者能依據應用需求匹配效能。 (表格來源：NI)

汽車引擎室

需要充分瞭解裝置規格和功能，才能達到最大效益。例如，mioDAQ 支援三種類比輸入端子配置。

差動模式測量兩個輸入端子之間的電壓差，可用於將共模雜訊的影響降至最低。參考單端 (RSE) 模式測量與接地隔離的特定參考點的訊號電壓。需要測量沒有外部接地參考的浮動或隔離接地的訊號電壓時，可以使用非參考單端 (NRSE) 模式。

獨立的計時引擎可為類比輸入 (AI) 通道、類比輸出 (AO) 和數位 I/O (DIO) 線路設定不同的速率。例如，使用者可以選擇：

• 將系統同步到同一時脈，並以相同的速率和時間使用 AI、AO、DIO
• 觸發類比輸入電壓值
• 觸發多個子系統，以不同的執行速率同時啟動
• 重新觸發數據採集，依據觸發器擷取固定數量的樣本，然後重置並等待下一個觸發事件

NI 的 mioDAQ USB 可編程功能介面 (PFI) 是一系列數位 I/O 線路，可設定為靜態數位 I/O 或與計數器／計時器、觸發、計時功能搭配使用。可讓控制和監控更加有彈性。

例如，PFI 線路可用於類比採集、產生波形、計數器事件等功能。軟體支援 (包括 NI-DAQmx 驅動程式和設定實用程式) 可簡化 PFI 線路的使用。

快速啟動專案

在 NI mioDAQ 盒內有快速啟動所需的硬體，包括 NI mioDAQ、含鎖定螺絲的 2 m USB-C 對 USB-C 纜線 (零件編號 789956-02)、彈簧端子 (零件編號785502-01)、為端子提供防拉的背殼 (零件編號 785080-01)，以及用於拴緊 USB 連接器上鎖定螺絲的 NI 螺絲起子。 纜線、彈簧端子、背殼也可單獨購買 (圖 2)。

圖 2：NI mioDAQ 隨附啟用所需的連接器和纜線，可立即加速開發作業。(圖片來源：NI)

軟體加速設定並支援彈性

使用者可掃描裝置上的QR Code，開使設定 mioDAQ。此 QR Code 會開啟 NI 網站頁面，可在此下載必要的軟體和文件。提供各種資源，包括使用手冊、設定影片、引腳排列圖、軟體，包括下載 FlexLogger Lite 和 LabVIEW、Python、C/C# 驅動程式的連結，以確保設定過程順利及快速設定。

NI Measurement & Automation Explorer (MAX) 免費軟體提供對 NI 硬體的存取，並可作為 NI 硬體和軟體互動的中心樞紐。此軟體隨所有 NI 驅動程式和系統配置自動安裝。MAX 可配置裝置、排除故障，甚至建立模擬裝置以用於測試，而無需實體硬體。

NI FlexLogger Lite 是一款免費軟體應用程式，適用於簡單專案或想要取得和記錄資料的新使用者。使用者無需編程即可快速配置、視覺化、記錄由感測器和其他測量裝置取得的資料。

FlexLogger Lite 會自動偵測 NI DAQ 硬體並提供特定感測器的配置選項。取得的數據能即時視覺化，讓使用者在測量過程中也能進行監控。支援將資料記錄為 Excel 或二進位 .tdms 等常見格式的檔案。

FlexLogger Lite 是完整功能 FlexLogger 軟體的配套產品，使用者可以選擇升級到完整版以獲得更多進階功能，例如自動測試、自訂測量和擴展到多重機殼。

若有更複雜的需求，可以採用 LabVIEW。LabVIEW 可在 Windows 和 Linux 中執行，並為自動化、測試、測量應用提供圖形程式語言和開發環境。與傳統的文字架構程式設計相比，圖形介面能透過視覺化簡化複雜的過程並加速理解。

LabVIEW 廣泛運用於航太、汽車、製程工業等產業，執行自動化測量、測試、數據採集。支援資料視覺化和分析，以及具有確定行為的即時控制。

mioDAQ 與 NI LabVIEW+ Suite 相容，可形成更強大、更全面的軟體環境。後者是一組 NI 測試軟體套裝，用於簡化測試和驗證流程。這是可進行自動化、數據採集、分析、報告的完整工具。LabVIEW+ Suite 基於 LabVIEW，主要組件包括：

• NI TestStand 測試框架：設計、管理、執行測試序列
• InstrumentStudio：進行互動式儀器配置和控制
• FlexLogger：快速且可延伸的資料記錄
• DIAdem：提供資料分析和報告功能

安裝選項

mioDAQ USB 不僅可以在桌面安裝。 使用者可以選擇採用垂直或水平 DIN 軌、平板、19 吋機架安裝，建造測試站和自動化系統。安裝套件隨附含直角連接器的 USB-C 纜線，使安裝更完整。此外，還提供 USB-C 連接器替換品 (零件編號 789957-02。安裝規格包括 (圖 3)：

• 水平 DIN 夾式專用套件 (零件號碼 789986-01) 可用於在標準 35 mm DIN 軌上以水平安裝。包括一條含直角連接器的 USB-C 連接線。
• 789955-01 可進行垂直 DIN 軌和使用鎖孔的平板安裝。包括一條含直角連接器的 USB-C 連接線。
• 19 吋機架安裝使用零件編號 789953-01，最多可安裝兩個 mioDAQ 裝置，並包括兩條含直角連接器的 USB-C 纜線。

圖 3：除了放置於桌面，mioDAQ 安裝組件還可用於水平 DIN 軌 (左上)、垂直 DIN 軌、平板安裝 (右上) 以及 1U 高 19 吋機架配置 (底部)。(圖片來源：NI)

結論

NI 的 mioDAQ USB 為使用者提供強健的硬體效能和豐富的軟體工具，可加速進階電子和機電產品的開發並贏得市場競爭。具有簡化的設定和配置，以及保證長達 10 年的測量校準。提供各種通道數的型號，能依據專案需求最佳化配置。在各使用情境中，都能提供使用者追求的準確度和精密度。

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