NI Single-Board RIO für Embedded-Steuerung, -Regelung und -Datenerfassung

Single-Board-RIO-Produkte von NI wurden für leistungsstarke und zuverlässige Embedded-Steuer-, -Regel- und -Datenerfassungsanwendungen mit hoher Stückzahl konzipiert. Ingenieure und Entwickler setzen diese echtzeitfähigen Einplatinen-Computer ein, um zügig benutzerdefinierte Embedded-Systeme mit I/O zu erstellen. NI Single-Board RIO basiert auf den Technologien LabVIEW FPGA und LabVIEW Real-Time von National Instruments und ermöglicht Anwendern den Entwurf, die Programmierung sowie die benutzerdefinierte Anpassung des CompactRIO-Embedded-Systems mit einfach zu bedienenden, grafischen Programmierwerkzeugen.

Abbildung 1: NI-Single-Board-RIO-Produkte sind echtzeitfähige Einplatinen-Computer, die über einen Echtzeitprozessor, FPGA und Analog- sowie Digital-I/O verfügen und mit NI LabVIEW programmiert werden können.

• Embedded-Steuerung, -Regelung und -Erfassung auf einer Karte
• Schnelle Entwicklung mit der grafischen LabVIEW-Programmierung
• Integrierter Echtzeitprozessor für zuverlässigen Stand-alone-Betrieb und Signalverarbeitung
• Integrierter FPGA-Chip für benutzerdefinierte I/O-Timing- und -Verarbeitungsfunktionen
• Integrierte Analog- und Digital-I/O
• Kostengünstige Systeme für Embedded-Hardwaredesign

Jedes NI-Single-Board-RIO-Gerät beinhaltet einen Embedded-Echtzeitprozessor, einen leistungsstarken FPGA sowie integrierte Analog- und Digital-I/O auf einer einzigen Karte. Alle I/O sind direkt mit dem FPGA verbunden und ermöglichen somit eine Low-Level-Anpassung von Timing-und I/O-Signalverarbeitungsfunktionen. Der FPGA ist mit dem Embedded-Echtzeitprozessor über einen Hochgeschwindigkeits-PCI-Bus verbunden. LabVIEW verfügt über integrierte Funktionen für die Datenübertragung von den I/O zum FPGA und vom FPGA zum Embedded-Prozessor für Echtzeitanalyse, Weiterverarbeitung, Datenprotokollierung oder die Kommunikation mit einem vernetzten Host-Rechner.

Abbildung 2: Aufbau von NI Single-Board RIO

Hinweis: CompactRIO ist ein Embedded-System in einem robusten, mechanischen Gehäuse, das in extremen Betriebsumgebungen eingesetzt werden kann.

NI Single-Board RIO

Die acht verfügbaren NI-Single-Board-RIO-Systeme unterscheiden sich in Prozessorgeschwindigkeit, FPGA-Größe, Speicherplatz und I/O-Kombinationen. Weitere Informationen zu den Spezifikationen der verschiedenen Modelle entnehmen Sie bitte Tabelle 1.

Tabelle 1: Übersicht über die NI-Single-Board-RIO-Plattform

NI-Single-Board-RIO-Produkte umfassen die folgenden Spezifikationen und Peripheriegeräte:

• Lagertemperaturbereich von -20 bis 70 °C
• Betriebstemperaturbereich von -20 bis 55 ℃
• Spannungseingangsbereich von 19 V bis 30 VDC
• Serielle RS232-Schnittstelle zum Anschluss von Peripheriegeräten
• 10/100-Ethernet-Anschluss
• Bis zu 256 MB nicht flüchtiger Speicher
• Bis zu 128 MB RAM
• Echtzeittakt mit Batterie

Analog-, Digital- und Erweiterungs-I/O

NI Single-Board RIO bietet folgende integrierte I/O:

• 110 Digital-I/O-Kanäle (3,3 V/TTL)
• Bis zu 32 Analogeingänge mit ±10 V, 16 bit und 250 kS/s
• Bis zu 4 Analogausgänge mit ±10 V, 16 bit und 100 kS/s
• Bis zu 32 industrietaugliche Digitaleingangskanäle mit 24 V
• Bis zu 32 industrietaugliche Digitalausgangskanäle mit 24 V

Jedes NI-Single-Board-RIO-System kann um bis zu drei I/O-Module der C-Serie erweitert werden. Es stehen eine Reihe unterschiedlicher I/O-Module der C-Serie zur Verfügung, u. a. Eingangsmodule für Spannung, Strom, Thermoelemente, RTDs, Beschleunigungsmesser und Dehnungsmessstreifen; Analog-I/O-Module mit simultaner Abtastung und bis zu ±60 V; Industrie-Digital-I/O-Module mit 12, 24 oder 48 V; Digital-I/O-Module mit 5 V/TTL sowie Counter/Timer, Module zur Impulserzeugung und Relais für hohe Spannungen und Stromstärken. Da die Module über integrierte Signalkonditionierungsfunktionen für erweiterte Spannungsbereiche oder Industriesignale verfügen, können sie direkt an Sensoren und Aktoren angeschlossen werden. Die offene Plattform ermöglicht die Erstellung benutzerdefinierter I/O-Module, die genau den I/O- und Kommunikationsanforderungen der jeweiligen Anwendung entsprechen.

Abbildung 3: Es können bis zu drei der mehr als 50 I/O-Module der C-Serie zu jedem NI-Single-Board-RIO-System hinzugefügt werden. Ebenso können eigene I/O-Module erstellt werden.

Rekonfigurierbarer FPGA

Der Embedded-FPGA ist ein leistungsstarker, rekonfigurierbarer Chip, der mit LabVIEW-FPGA-Werkzeugen programmiert werden kann. Bisher war es für FPGA-Entwickler notwendig, komplexe Designsprachen wie VHDL zu erlernen, um FPGAs zu programmieren. Nun sind Ingenieure und Wissenschaftler in der Lage, die grafischen LabVIEW-Werkzeuge für die Programmierung und individuelle Anpassung von FPGAs einzusetzen. Mithilfe der in CompactRIO integrierten FPGA-Hardware lassen sich benutzerdefinierte Timing-, Trigger-, Synchronisations-, Steuer-, Regel- und Signalverarbeitungsfunktionen für Analog- und Digital-I/O implementieren. LabVIEW FPGA ist eine offene Umgebung, welche die Integration bestehenden VHDL-Codes bzw. bestehender IP-Cores ermöglicht.

Integrierter Echtzeitprozessor

NI-Single-Board-RIO-Produkte umfassen einen industrietauglichen 266- bzw. 400-MHz-MPC5200-Prozessor von Freescale, der LabVIEW-Real-Time-Anwendungen auf dem zuverlässigen Echtzeitbetriebssystem VxWorks von Wind River deterministisch ausführt. LabVIEW verfügt über integrierte Funktionen für die Datenübertragung zwischen FPGA und Echtzeitprozessor innerhalb des Embedded-NI-Single-Board-RIO-Systems. Anwender können aus über 600 integrierten LabVIEW-Funktionen auswählen, um ein multithreading-fähiges System für Echtzeitsteuer-, -regel-, -analyse-, -datenprotokollierungs- und -kommunikationsanwendungen zu erstellen. Es ist zudem möglich, bestehenden C/C++-Code in den LabVIEW-Real-Time-Code zu integrieren und somit Entwicklungszeit zu sparen.

Anwendungsbeispiele

Aufgrund der niedrigen Kosten, hohen Zuverlässigkeit und der Eignung für Embedded-Mess-, -Steuer- und -Regelanwendungen mit hoher Stückzahl kann NI Single-Board RIO an die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Branchen und Anwendungen angepasst werden. Beispiele hierfür sind u. a.:

• Überwachung, Steuerung und Regelung medizinischer Geräte
• Steuerung von Robotern und unbemannten Fahrzeugen
• Überwachung und Schutz von Maschinen
• Embedded-Datenprotokollierung
• Stromüberwachung und -steuerung
• Mobile NVH-Analyse (Noise, Vibration and Harshness)

Weiterführende Links

Einführungsvideo zu NI Single-Board RIO

Häufig gestellte Fragen zu NI Single-Board RIO

Spezifikationstabelle für NI Single-Board RIO

Entwicklung von Embedded-Systemen mit LabVIEW

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