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USB与Wi-Fi在社会工控数据采集技术中的优势对比

过去的20年里,数据采集技术从一种局限于特定应用的工具发展成为一套适用于各种高性能测量任务的平台。通过软件为核心、图形化编程和基于PC的模块化硬件,工程师和科学家能够快速开发出功能强大、灵活且高度可定制的数据采集(DAQ)系统。在应用中轻松融入USB和Wi-Fi能力,为DAQ技术提供了新的可能性。例如,一家位于法国的公司SAPHIR利用NI公司提供的一款基于USB的声音和振动监测系统,帮助建筑业客户遵守街区噪音法规。这款系统后来被升级为支持Wi-Fi DAQ。

“我们使用NI WLS-9163外围设备搭配NI 9234模块,将我们的监控站扩展到100米范围内,并实现了IEEE 802.11g无线连接,以最大化灵活性。无线架构提供了一种更经济实惠的系统扩展方案。”环境监测到山地自行车测试,USB和Wi-Fi DAQ越来越受到欢迎。

DAQ通常涉及多个任务,如模拟I/O、数字I/O和计数器/定时器同时运行。此时,DAQ设备必须能够同时处理多个数据流,并能迅速将数据读取或写入PC内存。目前,PCI是最广泛应用于最高性能DAQ中的总线,并且仍在用于这些应用中。然而,当便携性和易于部署比高传输速度更重要时,不少工程师会选择使用USB或Wi-Fi。

USB简化了向台式机或笔记本电脑上添加DA功能工作,全世界有超过二十亿个USB端口在使用,这种通用性使得它成为了最直接选择之一,现在工程师们可以通过USB DAQ快速共享设备,使得系统更加便携与紧凑。

尽管存在挑战,如高速USB60MB/s理论带宽对于大多数DAQ应用来说已经足够;然而,在设计软硬件中要达到这个理论带宽,还需要克服一些障碍。在许多设备中,这种想法受到传统板载系统构架限制。在标准USB系统中,这一般是基于指令单线程芯片,它就像开关一样成为瓶颈,只允许一次只传输一段数据流。而全新的NI USB信号流技术则解决了这个问题。

作为专利,由于其避免了基于处理器类似开关行为,而是采用多线程方法,可以省去对处理资源占用的需求,让处理器接受主机高级指令并转换为一系列可接受寄存器级别指令,从而降低延迟。而信号流使得模拟输入输出单端采集性能分别提高到了1600%以及250%,这意味着可以同时进行多条双向数据流,同时达到了超过26MB/s速度。

虽然有所进步,但由于源端驱动模式导致延迟标准限制,对5米长度也有所限制。如果想要增加距离,则需考虑其他方案如工业网络,但这又增加成本复杂度,因此人们寻求无线网络替代方案。但如何保持配置简单经济实惠,对新旧应用都至关重要,上述提到的SAPHIR公司振动监测初期采用的是USD但后因每处测试地点需笔记本增成本促使他们转而采用Wi-Fi,无论何种转换都要求快速简单经济有效。

无线传感器网络已有历史但需要定制硬件软件,其复杂性加剧成本引发需求改进理想应具备高性能易用性可靠安全。这就是为什么N选取IEEE 802.11b/g配以128位AES加密及IEEE 802.11i (WPA2)支持之所以合适—其广泛使用、高达56MB/s传输速度,以及足够保证100kS/s波形采集必要性的这一点也是如此。此外还具有较好的可靠性,即便是在不符合标准的情况下也能相对稳定工作减少兼容问题难题。

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