1. A.6. Placa de achiziție
Aceasta acționează ca interfață între computer și lumea de afară.
Prima sa funcție este de a digitiza semnalele analogice de intrare astfel încât computerul să poată să le interpreteze.

2. O placă de achiziție (Data Acquisition Hardware) are de regulă următoarele funcțiuni:
Intrare analogică
Ieșire analogică
Intrare/ieșire(I/O) digitală
Intrări/ieșiri de numărare/cronometrare

3. intrarea analogică - măsurarea unui semnal - tensiune electrică provenită de la un traductor;
ieşire analogică – generarea unui semnal analogic de comandă, sub formă de tensiune sau curent;

4. intrări/ieşiri digitale – informaţia este transmisă sub forma unor coduri numerice sau se pot măsura/genera semnale de tip on/of.
intrări/ieșiri de numărare/cronometrare– permit primirea şi generarea de semnale sub formă de serii de impulsuri TTL, la care informaţia este conţinută în numărul de impulsuri sau în frecvenţa impulsurilor.

5. Sistemele cu intrări analogice, sunt caracterizate de următorii parametri principali:
Numărul canalelor de intrarea analogice.
Pentru a realiza creşterea numărului de intrări pe care le poate măsura o interfaţă analog-numerică, se poate folosi multiplexarea intrărilor.
Multiplexorul este un dispozitiv care dispune de mai multe canale de intrare, un canal de ieşire şi de intrări digitale de control.

6. Figura 6.12. Structura unui multiplexor analogic.

7. Gama (Intervalul) de măsurare
Este determinat de valorile minimă şi maximă ale tensiunii electrice pe care convertorul analog – digital o poate cuantifica. Există plăci de achiziţie de date care au la dispoziţie mai multe intervale de măsurare, unul dintre acestea putând fi selectat la un moment dat.

8. Plăcile DAQ au game selectabile (tipic 0 la 10 V sau -10 la +10 V).
Gama, rezoluţia şi amplificarea, disponibile pe o placă DAQ, determină cea mai mică variaţie detectabilă în tensiune.
Această variaţie în tensiune reprezintă
1 LSB al valorii digitale şi este numită adesea lăţimea codului.

9. Cea mai mică variaţie detectabilă este calculată cu relația:
De exemplu, o placă DAQ pe 12 biţi cu o gamă de intrare 0 la 10 V şi o amplificare de 1 detectează o variaţie de 2,4 mV pe când aceeaşi placă cu o gamă de intrare de -10 la 10 V detectează numai o variaţie de 4,8 mV.

10. De aceea este important să se selecteze corect gama de intrare a plăcii, pentru a corespunde semnalului. Dacă variaţiile semnalului de intrare sunt mai mici decât rezoluţia, trebuie să se amplifice semnalul. De exemplu, dacă se utilizează o amplificare de 10 pe o placă cu o gamă de 10 V şi rezoluţie de 12-biţi, rezoluţia creşte la 244 µV.

12. Rezoluţia
Rezoluția unei plăci de achiziţie de date reprezintă numărul de biţi utilizaţi de către convertorul analog–digital al acesteia pentru reprezentarea valorii măsurate a semnalului analogic.

13. Dacă se notează valoarea rezoluţiei cu n, convertorul analog – digital va putea reprezenta numere întregi cuprinse între 0 şi 2n-1, fapt ce este echivalent cu aproximarea infinităţii de valori din intervalul de măsurare printr-o mulţime discretă de 2n valori.

14. Intervalul de măsurare este astfel partiţionat în 2n subintervale
Intervalul de măsurare este astfel partiţionat în 2n subintervale. Toate valorile semnalului măsurat aflate într-un acelaşi subinterval vor putea fi reprezentate doar printr-un singur număr, deci vor fi toate aproximate la o aceeaşi valoare comună.
Cu cât rezoluţia este mai mare, cu atât creşte numărul de subintervale în care este partiţionat intervalul de măsurare, deci creşte precizia de reprezentare (măsurare) a semnalului real.

15. Rata de eşantionare
Eșantionarea este metoda prin care semnalul analogic este reprezentat printr-o succesiune (secvenţă) de eşantioane de amplitudine, prelevate la momente discrete de timp.
Considerăm un semnal analogic x(t) care este eşantionat la fiecare t secunde. Intervalul de timp t se numeşte interval (perioadă) de eşantionare, iar 1/t se numeşte frecvenţă (rată) de eşantionare, cu unitatea de măsură, eşantioane/secundă.

16. Frecvenţa de eşantionare determină calitatea conversiei semnalului analogic, arătând cât de des are loc conversia analog digitală (A/D).
O frecvenţă de eşantionare mare, determină o bună conversie a semnalului analogic.

17. Teorema eşantionării, stabileşte că un semnal de bandă limitată este univoc determinat de eşantioanele sale, considerate la momente de timp echidistante, dacă distanţa t dintre două momente succesive satisface relaţia:
sau fs  2fm
unde fm este frecvenţa maximă din spectrul semnalului, iar fs este frecvenţa de eşantionare.

18. Fig.6.13. Corespondenţa semnal analogic – semnal eşantionat

19. Fig.6.14. Semnal eşantionat adecvat (a); Apariţia semnalului aliat,
datorită subeşantionării (b)

20. Se pune întrebarea, “Cât de mare trebuie să fie rata de eşantionare”
Se pune întrebarea, “Cât de mare trebuie să fie rata de eşantionare”?. Răspunsul ar fi “La rata maximă permisă de sistemul de achiziţie”.
Totuşi, o rată de eşantionare prea mare necesită memorie multă pentru achiziţionarea datelor. Efectele eşantionării cu diferite rate sunt prezentate în Fig.6.15.

21. Fig.6.15. Efectele eşantionării cu diferite rate

22. În figura de mai sus, semnalul sinusoidal de frecvenţă f [perioade/secundă] este eşantionat cu aceiaşi frecvenţă fs [eşantioane/perioadă], deci cu un eşantion pe perioadă: fs = f. Reconstrucţia semnalului din eşantioane, apare ca un semnal de curent continuu.

23. Crescând rata de eşantionare la 7 eşantioane/ 4perioade (Fig. 6. 15
Crescând rata de eşantionare la 7 eşantioane/ 4perioade (Fig.6.15.b) semnalul reconstituit creşte în frecvenţă, dar apare tot aliat la o frecvenţă inferioară semnalului original.

24. Dacă rata de eşantionare creşte la fs = 2f, semnalul eşantionat va avea frecvenţa corectă (f) putând fi reconstituit ca semnalul original (Fig.6.15.c).

25. Pentru procesarea în domeniul timp, este importantă creşterea ratei de eşantionare astfel încât eşantioanele să reprezinte cât mai bine semnalul original. Crescând rata la fs = 10f sau 10 eşantioane/perioadă, se obţine o reproducere mai exactă a semnalului original (Fig.6.15.d).

26. B. Measurement & Automatation Explorer (MAX)

27. Similar cu Windows Device Manager, care administrează toate perifericele conectate la un PC, MAX gestionează toate compo-nentele hardware și software de la NI.
MAX este un instrument software (un utilitar) al firmei National Instruments, care ajută la instalarea şi testarea echipamen-telor hardware produse de firma National Instruments.

28. Acest program instalează şi monitori-zează orice echipament al firmei National Instruments, care a fost conectat la calculator.
În figura următoare se pot oberva posibilităţiile oferite de acest utilitar software

30. se poate efectua un test intern (Self-Test) pentru a vedea dacă echipamentul selectat funcţionează bine;
se poate efectua un test de verificare (Test Panels);
se poate crea o activitate (Create Task) care se poate include în program;
se poate vedea configuraţia pinilor (Device Pinouts);
se pot vedea proprietăţiile plăcii (Properties).

31. Un exemplu de Test Panels este prezentat în figura de mai jos
Un exemplu de Test Panels este prezentat în figura de mai jos. În acest test se pot testa intrarile analogice la care trebuie menţionat valoarea maximă şi minimă a intervalului de măsurare, frecvenţa (Rate) de eșantionare şi numărul de eșantioane (Samples To Read), ieşirile analogice, linii digitale I/O, numărătoarele (counter/timer).

32. În figura alăturată este arătat modul de creare a unei activități (task), selectând opţiunea Create Task.
În acest configurator trebuie setată valoarea maximă şi minimă a semnalului măsurat, driverul DAQmx amplificând sau atenuând automat semnalul pentru o rezoluţie căt mai bună a convertorului analog-numeric, astfel încât măsurarea ce va fi efectuată va fi mult mai sensibilă pe domeniul selectat. Mai trebuie de asemenea specificată configurarea intrărilor analogice (Terminal Configuration), unde există mai multe posibilităţi. Se va încheia definirea task-ului prin atribuirea unui nume. Toate activităţile pe care le definiţi se vor regăsi în lista Data Neighborhood\NI-DAQmx Tasks.

33. C. Driver-ul NI-DAQmx
Driver-ul pentru achiziție de date dezvoltat de National Instruments, NI DAQmx, este mijlocul software pentru comunicarea ușoară cu hardware-ul.
Acesta formeaza un nivel de intermediere între aplicatia propriuzisă și hardware, permițând evitarea programarii low-level, la nivel de regiștrii.
Deci, driver-ul formează etajul intermediar între aplicația software și hardware.

34. Driverul NI DAQmx ofera unelte atât pentru utilizatorii noi în achiziție de date, cât și pentru cei experimentați oferind atât functii bazate pe configurare, cât si functii low level pentru programare avansată.

35. Un exemplu este aplicatia DAQ Assistant care utilizeaza tehnologia NI Express pentru a realiza un wizard interactiv, bazat pe configurație, realizând astfel în mod simplu și rapid configurarea aplicației pentru achiziție de date, codul fiind generat automat conform selecțiilor realizate în etapa de configurare.

36. Pentru aplicatii mai sofisticate, ce necesita proprietati avansate precum rutare de semnal, modificare dimensiuni memorie buffer, sincronizare avansata si altele, driver-ul NI DAQmx ofera o întreaga interfața de programare (API) ce ofera acces la funcții avansate specifice.
În urma instalarii driver-ului DAQmx, funcțiile acestuia pot fi ușor accesate din paleta de funcții a lui LabVIEW.

38. Principalele functii ale API sunt:
Creare Canal Virtual (DAQmx Create Virtual Channel) – unde se aloca resurse (intrare/iesire analogica, intrari/iesiri digitare, numaratoare) și se configurează tipul de măsuratori (de la senzori de acceleratie, termocupluri, punți tensiometrice, măsurare de frecvență, numarare de impulsuri, calculare poziție de le encodere în cuadratură, etc.)

39. Configurarea parametrilor de temporizare a achizitiei
Configurarea de Trigger
Citire/Scriere date in functie de modul configurat (ahiziție sau generare)
Functii de control a achiziției (Start, Stop, Dezalocare resurse).

40. Configurare Canal
Configurare temporizare achizitie
Configurare de trigger
Functii de control a achizitiei, start achizitie
Citire /Scriere date
Dezalocare resurse

41. C.1 DAQ Assistant
Multe aplicații, care nu necesită sincronizări și timing-uri importante pot fi obținute cu ajutorul VI-ului DAQ Assistant Express. Acest VI permite o ușoară configurare a plăcii de achiziție.
DAQ Assistant reprezintă un VI Express ce oferă o interfaţă ușoară pentru configurarea, testarea şi programarea achiziţiei de date.

43. Atunci când VI-ul Express DAQ Assistant este plasat în diagrama bloc, apare o cutie de dialog în care se configurează activitatea (task-ul) pentru realizarea funcției de măsurare specifică. Prin crearea acestei aplicații locale se va specifica exact tipul de măsurare care va avea loc.

44. Se pot realiza următoarele tipuri de aplicații:
Analog Input (Intrare Analogică)
Analog Output (Ieșire Analogică)
Counter Input (Intrare Contorizare)
Counter Output (Ieșire Contorizare)
Digital I/O (Intrare/Ieșire Digitală)

45. Intrarea analogică este utilizată pentru realizarea conversiilor analog-digitale (A/D)
Tipurile de măsurare disponibile în această aplicație sunt: tensiune, temperatură, efort (forță), curent, rezistență, poziție, accelerație, frecvență, e.t.c.
Fiecare tip de măsurare are propriile caracteristici, cum ar fi valoarea rezistenței pentru măsurarea curentului sau parametrii mărcii tensometrice pentru măsurarea efortului (forței)

48. Se vor preciza limitele de intrare
Se vor preciza limitele de intrare. Dacă nu se cunosc limitele de variație a semnalului de măsurare, se pot folosi valorile implicite (+10V pentru valoarea maximă și -10V pentru valoarea minimă).
Se va selecta configurația terminalelor sursei de semnal utilizată (Configurația diferențială sau Configurația cu referire la masă).
Se va selecta Modul de Achiziție în blocul de Configurare Timing. A fost setat modul N Eșantioane, 100 de Eșantioane Citite, la o Rată de eșantionare de 1K (1000Hz).

49. Ieșirea analogică a unei plăci de achiziție este utilizată pentru realizarea conversiei digital-analogică (D/A). O aplicație (un task) de ieșire analogică este fie o tensiune fie un curent.
Pentru realizarea unei astfel de aplicație, trebuie instalată o placă de achiziție compatibilă, care poate să genereze un astfel de semnal (tensiune sau curent).

50. C.2 SIMULAREA UNEI PLĂCI DE ACHIZIȚIE
În driver-ul NI-DAQmx se pot simula diferite plăci de achiziție de la NI.
O placă de achiziție simulată permite:
Realizarea diferitelor aplicații, fără a dispune de hardware-ul necesar.
Evaluarea funcționalității aplicației fără a deține hardware-ul necesar.
Mai târziu, când va fi achiziționat hardware-ul, se va putea importa configurația plăcii simulate la placa de achiziție reală, utilizând utilitarul MAX.
O placă simulată lucrează ca o placă reală. Aceasta poate fi utilizată pentru crearea diferitelor aplicații, fie cu ajutorul lui DAQ Assistant, fie cu ajutorul API.

51. Cum se poate crea o placă de achiziție simulată în driver-ul NI-DAQmx
Deschideți Measurement & Automation Explorer (MAX). Placa simulată în NI-DAQmx va fi creată în MAX. Max a fost instalat odată cu instalarea driver-ului NI-DAQmx. Dacă MAX nu este instalat, atunci trebuie modificată instalarea lui NI-DAQmx.
Click pe My System și apoi click-dreapta pe Devices and Interfaces.
Selectați Create New

53. 4. Selectați NI-DAQmx Device» NI-DAQmx Simulated Device și apoi click Finish.
5. Selectați, de exemplu, M Series DAQ » NI PCI-6221 și apoi click OK. Placa simulată va apărea în panoul de configurare din MAX.

54. C.3 CREAREA UNEI ACTIVITĂȚI (UNUI TASK) ÎN NI-DAQmx
În NI-DAQmx, o activitate (un task) este o colecție de unul sau mai multe canale, temporizări (timing), declanșatoare (triggering) și alte proprietăți. Conceptual, un task reprezintă o măsurare sau o generare pe care dorim să o efectuăm. De exemplu, putem crea un task pentru măsurarea temperaturii de la unul sau mai multe canale ale unei plăci de achiziție.
Pentru crearea și configurarea unui task care să citească o tensiune de la o placă de achiziție simulată, se vor parcurge următorii pași:

55. a. Click-dreapta pe My System>>Data Neighborhood>>NI-DAQmx Tasks și apoi selectare Create New NI-DAQmx Task. O fereastră vă va solicita să selectați tipul de măsurare

56. b. Faceți click pe Analog Input de sub Acquire Signals.
c. Selectați Voltage pentru a crea o aplicație (un task) de citire a unei tensiuni, pe intrarea analogică. Din cutia de dialog care va apărea se pot selecta unul sau mai multe canale ale plăcii de achiziție simulate PCI-6259.
Pentru crearea aplicației (task-ului) sunt disponibile atât plăcile de achiziție reale cât și cele simulate. DAQ Assistant nu va face distincție între acestea. Plăcile simulate au icoana de culoare galbenă, iar cele reale, verde.

57. d. În lista Supported Physical Channels se vor selecta șase canale de intrare analogică și apoi se dă click pe butonul Next. Va apărea o nouă cutie de dialog, pentru denumirea aplicației.

58. e. Click Finish. Apoi se va deschide o nouă fereastră pentru configurarea aplicației.

59. f. În secțiunea Signal Input Range a paginii de setare, se vor introduce valorile maxime si minime ale tensiunii (+10 și -10V)
g. Se va selecta N Samples din meniul Acquistion Mode al secțiunii Timing Settings.
h. Se introduc valori pentru nr. de eșantioane citite (Samples To Read) și pentru rata de eșantionare (Rate)

60. e. Click pe butonul Run situat în partea de sus a ferestrei
e. Click pe butonul Run situat în partea de sus a ferestrei. Atât plăcile simulate cât și cele reale pot fi testate în mediul DAQ Assistant. Plăcile simulate crează un semnal sinusoidal cu zgomot, pe toate canalele de intrare.

61. D. NI USB 6008
NI USB-6008 is a simple and low-cost multifunction I/O device from National Instruments.
The device has the following specifications:
8 analog inputs (12-bit, 10 kS/s)
2 analog outputs (12-bit, 150 S/s)
12 digital I/O
USB connection, No extra power-supply neeeded
Compatible with LabVIEW, LabWindows/CVI, and Measurement Studio for Visual Studio .NET
NI-DAQmx driver software
The NI USB-6008 is well suited for education purposes due to its small size and easy USB connection.

62. D.1 CONNECT NI USB-6008 TO THE PC
Configuring and testing: USB-6008 can be configured and tested using MAX (Measurement and Automation Explorer), which is installed with the NI-DAQmx Driver Software.
The first time you connect the USB-6008 to the PC, the Windows Hardware Installer Wizard will open.

63. The wizard searches the PC for the necessary driver software for the USB This driver software was installed along with the installation of the NI-DAQ software. When the wizard has finished the installation of the driver software, the USB-6008 is ready for use.
7.1.1 TESTING THE USB-6008 IN MAX
Before you start to use the USB-6008 in an application, you should test the device in the Measurement and Automation Explorer (MAX).

65. In the MAX window, expand the “Devices and Interfaces” node and then “NI DAQmx Devices”. Right-click on the NI USB-6008 device and select “Self-Test”.

67. The Figure shows the AI0 and AO0 channels wired together.

68. D.2 USING NI USB-6008 IN LABVIEW
In order to use the NI USB-6008 in LabVIEW you need to use the DAQmx functions, see Figure below.

69. DAQmx – Data Acquisition palette:

70. D.2.1 ANALOG INPUT The easiest ways is to use the DAQ Assistant.
When you drag the DAQ Assistant icon on your Block Diagram, the following window appears:
In this window you need to select either “Acquire Signals” (i.e., Input Signals) or “Generate Signals” (i.e., Output Signals).
Select Acquire Signals → Analog Input → Voltage.

71. In the next window you select which Analog Input you want to use
In the next window you select which Analog Input you want to use. Select ai0 (Analog Input channel 0) and click Finish.
The following window appears:
In the Timing Settings Select “1 Sample (On Demand)”.

72. The next step is to select the Signal Input Range
The next step is to select the Signal Input Range. A common signal is 0-5V.

73. You may also rename the name of the channel (right-click on the name):

74. You are now finished with the configuration
You are now finished with the configuration. Click OK in the DAQ Assistant window The DAQ Assistant icon appears on the Block Diagram:
Example:
Wire the data output to a numeric indicator like this (and hit the Run button):
Then numeric indicator will show, e.g., the following value:

75. Example:
If you want a continuous acquisition, put a While loop around the DAQ Assistant like this:
However you should not use the DAQ Assistant inside a loop because of the lack of performance. The following is therefore better:

76. In this example we have put the DAQ Assistant outside the While loop
In this example we have put the DAQ Assistant outside the While loop. Inside the loop we have used the DAQmx Read.vi in order to read the value from the ai0 channel.
You should also use the “DAQmx Start Task.vi” and the “DAQmx Clear Task.vi”.

77. Fig.6.1. Panoul Frontal al Voltmetrului
Aplicația 6.1. VI-ul Voltmetru
Obiectiv: Achiziția unui semnal analogic utilizând placa de achiziție NI USB 6008.
Se vor completa pașii de mai jos pentru realizarea unui VI care să măsoare tensiunea conectată la canalul ai0 al plăcii de achiziție
1. Se deschide un VI gol și se va realiza panoul frontal din figură.
Fig.6.1. Panoul Frontal al Voltmetrului

78. Fig.6.2. Diagrama Bloc a Voltmetrului
2. Se va realiza diagrama bloc din figură.
Fig.6.2. Diagrama Bloc a Voltmetrului

79. D.2.2 ANALOG OUTPUT
Analog Output is similar.

81. Example:
Or inside a loop:

82. Or better, put the DAQ Assistant outside the While loop:

83. Fig.6.3. Panoul Frontal al VI-ului Tensiune Ieșire
Aplicația 6.2. VI-ul Tensiune de Ieșire
Obiectiv: Se va realiza un VI care să genereze o tensiune, la ieșirea analogică a unei plăci de achiziție. Va fi generată o tensiune între 0 și 5V în pași de 0,5V
Fig.6.3. Panoul Frontal al VI-ului Tensiune Ieșire

84. Fig.6.4. Diagrama Bloc a VI-ului Tensiune Ieșire