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

2012-08-29
作者:李誠
來源:來源:NI公司

圖1 環(huán)境監(jiān)測起步包結(jié)構(gòu)

"為了滿足社會可持續(xù)發(fā)展的要求,,環(huán)境保護受到越來越多的重視,。以現(xiàn)代測量技術(shù)為基礎(chǔ)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)可對各種環(huán)境參數(shù)進行測量與分析,,是研究環(huán)境質(zhì)量變化趨勢的重要手段和環(huán)境保護的基礎(chǔ),。"

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

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

解決方案:
NI CompactRIO是一款工業(yè)級嵌入式數(shù)據(jù)采集平臺,,基于該平臺開發(fā)的采集系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和實時性,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,,通過TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)缴衔粰C,工作人員可以實時監(jiān)測各種環(huán)境參數(shù),。

作者:
李誠- 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

環(huán)境監(jiān)測起步包基于NI的嵌入式硬件平臺CompactRIO和圖形化設(shè)計平臺LabVIWE開發(fā)而成,,起步包結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 圖1 環(huán)境監(jiān)測起步包結(jié)構(gòu)

各種環(huán)境參量通過相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)化為電信號,,電信號通過C系列模塊輸入到CompactRIO中,,CompactRIO對采集到的原始信號進行處理,并將處理后的數(shù)據(jù)通過路由器發(fā)送到監(jiān)控端以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,。監(jiān)控端通過TCP/IP協(xié)議與CompactRIO通信,,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示以及控制命令的發(fā)送。瀏覽端用戶通過網(wǎng)頁瀏覽器訪問服務(wù)器中的監(jiān)測數(shù)據(jù),,實現(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)測起步包的主要特點有:

  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行方便的連接,;
  2. 模塊化的軟件結(jié)構(gòu),,能夠輕松地實現(xiàn)系統(tǒng)的維護與升級;
  3. 采用WIFI和3G技術(shù),,實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線傳輸,,有利于分布式監(jiān)測和數(shù)據(jù)管理。

監(jiān)測項目

環(huán)境監(jiān)測起步包的監(jiān)測項目如下:

 

 

應(yīng)用領(lǐng)域

監(jiān)測項目

人居環(huán)境監(jiān)測

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

節(jié)能減排監(jiān)測

氣象——風(fēng)向,、風(fēng)速,、溫濕度,、氣壓、雨量

振動——高低頻振動(結(jié)構(gòu),、地震)

環(huán)境噪聲

低頻電磁場

圖像

運動控制

數(shù)字I/O

自定義

——

——

——

系統(tǒng)指標

1.  CompactRIO板卡指標

 

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,、轉(zhuǎn)速等

模擬通道數(shù)

單機箱4-256通道,,支持多機箱級聯(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)濟型)/16位(通用型)/24位(高性能)

動態(tài)范圍

70dB(經(jīng)濟型)/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

信號類型

5V/TTL/24V

工作方式

計數(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)

存儲容量

片上4G Flash(網(wǎng)絡(luò)硬盤擴展)

數(shù)據(jù)吞吐量

單機箱6.4MB/s

功耗

10W(典型值)

工作溫度

-40oC-70oC

可承受隨機振動

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

可承受正弦振動

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)測指標(標配,、可擴展)

溫度:測量范圍-5~55℃

濕度:測量范圍0~100%

振動:測量范圍±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,動態(tài)范圍127dB,靈敏度50mV/Pa

電磁波:頻率范圍10~20KHz

系統(tǒng)指標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,,對于大多數(shù)驗證和科研可以適用,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的傳感器,。

實物圖及軟件界面

圖2 系統(tǒng)實物圖

圖3 系統(tǒng)軟件界面

總結(jié)

基于NI CompactRIO平臺開發(fā)的環(huán)境監(jiān)測起步包能夠監(jiān)測多種環(huán)境參量,系統(tǒng)具有很高可靠性和擴展性,。采用NI的嵌入式硬件平臺CompactRIO進行系統(tǒng)開發(fā),,能夠縮短開發(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,同時也是NI CompactRIO大陸地區(qū)獨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開發(fā)團隊,,以NI CompactRIO為核心開發(fā)了許多創(chuàng)新應(yīng)用,您可登陸聚星儀器主頁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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