Les Rencontres techniques de NI Mesures et acquisition de données : de la théorie à la mise en œuvre

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1 Les Rencontres techniques de NI Mesures et acquisition de données : de la théorie à la mise en œuvre Emmanuel ROSET Ingénieur marketing National Instruments

2 Programme de la demi-journée 9h00 9h30 Choisir son système de mesure adapté Mesurer les signaux d un circuit électronique et comment les connecter (fondamentaux) 10h25 Pause 10h35 Les mesures physiques à l aide de capteurs : principes et méthodes 11h30 Les applications portables autonomes 12h00 Fin de session

3 Revenu net en millions National Instruments Siège social à Austin, Texas Création en 1976 Plus de employés 1,04 Md $ de chiffre d affaires en 2011 Depuis 2009, NI France figure dans le palmarès du Great Place to Work Institute des entreprises françaises où il fait bon travailler Des filiales dans plus de 40 pays Aucune industrie ne représente plus de 15 % des ventes 16 % du chiffre d affaires annuel est investi en R&D 200 nouveaux produits développés par an $1,200 $1,000 $800 $600 $400 $200 $0 '77 '79 '81 '83 '85 '87 '89 '91 '93 '95 '97 '99 '01 '03 '05 '07 '09 '11

4 National Instruments Plus de clients dans plus de 90 pays Aucun marché ne représente plus de 15 % du CA Aucun client ne représente plus de 4 % du CA 95 % des sociétés du magazine Fortune 500 utilisent l Instrumentation Virtuelle

5 La conception graphique de système Une approche basée plate-forme Test Surveillance Embarqué Contrôle/commande Robotique DAQ basé PC Les instruments modulaires et le PXI RIO et la conception personnalisée Connectivité avec les E/S tierces

6 Une plate-forme globale Services et support Logiciels de gestion de systèmes NI TestStand, Switch Executive, DIAdem, Requirements Gateway LabWindows/CVI Measurement Studio Drivers et outils de mesure NI-DAQmx, NI-VISA, Measurement and Automation Explorer (MAX) Acquisition de données et conditionnement Instruments modulaires Contrôleur d automatismes programmable Communication avec les instruments

7 La conception graphique de systèmes De la conception au déploiement Flux de données C / HDL Maths textuelles Simulation Diagrammes d état Windows Temps réel FPGA Microcontroleurs PC PXI CompactRIO Single-Board RIO Custom Design

8 Choisir son système de mesure adapté

9 Rappel des différents types de systèmes de mesures basés PC Instruments traditionnels ou portables Instruments modulaires Systèmes d acquisition de données Systèmes embarqués autonomes

10 Démonstration d un instrument virtuel avec LabVIEW

11 Description des bus les plus courants

12 PCI Toujours le plus utilisé aujourd hui Bande passante partagée de 132 Mo/s (théorique) Faible latence Exemple NI : carte Série M jusqu à 10 Méch./s et jusqu à 18 bits de résolution

13 PCI Express Évolution du PCI par la largeur de bande passante Lignes indépendantes de 250 Mo/s Extensible en nombre de lignes de données (x1 à x16 = 4 Go/s) Permet un échantillonnage sur de nombreux périphériques en parallèle Exemple NI : carte Série X

14 USB Simple d emploi et économique Systèmes alimentés en externe ou auto-alimentés par USB Bande passante de 60 Mo/s partagée par port contrôleur Insertion à chaud Détection automatique Déconseillé pour du point par point Exemple NI : cartes USB Série M et BNC

15 GPIB Contrôle d instruments traditionnels universel Encore l un des plus utilisés pour l instrumentation traditionnelle Fiable depuis 20 ans, performant Des milliers de drivers pour chaque instrument Extension vers tous les autres bus Exemples NI : cartes et modules GPIB sur USB, PCI, PXI, Ethernet

16 PXI, PXI Express Standard ouvert issu du CompactPCI, GPIB et VXI NI à l origine du standard, Alliance PXI Systems compte plus de 200 membres, 1500 instruments, 70 fabricants Architecture modulaire à conditionnement durci Synchronisations et cadencements par bus interne Extension de châssis Nombre de modules Exemple NI : châssis PXI de NI avec contrôleur et instruments

17 Ethernet Idéal pour mesures déportées grande vitesse (Gigabit Ethernet) Mesures distribuées sur le réseau existant d entreprise 100 m sans répéteurs Mesures synchrones déterministes via EtherCAT (avec un réseau dédié) Exemple NI : châssis NI EtherCAT Exemple NI : Systèmes CompactDAQ Ethernet (8 et 1 emplacement)

18 Sans fil (Wifi) Réduction des coûts pour les lieux où les câbles sont inadaptés Grande bande passante, applications grande vitesse (système bufférisé) Wifi aussi facile d utilisation que l USB Très sécurisé Subit des latences, non recommandé pour le contrôle déterministe Exemple NI : châssis CompactDAQ Wifi

19 Sans fil (réseaux de capteurs) Capteurs connectés sur des nœuds sans fil Capacité de maillage et routage pour des mesures distribuées Très faible consommation Exemple : basé sur bus Zigbee, alimentation piles AA, durée de vie jusqu'à trois ans Nœuds programmables ou non programmables Exemple NI : nœuds NI WSN

20 Quelques questions à se poser pour choisir le bon système basé PC A) À quelle distance mes mesures vont-elles se trouver de mon ordinateur? B) Quelle portabilité mon système doit-il avoir? C) Combien de données vont être transférées en continu sur ce bus? D) Quels sont mes besoins en termes d'e/s point à point et de déterminisme? E) Ai-je besoin de synchroniser plusieurs périphériques?

21 A) À quelle distance mes mesures vont-elles se trouver de mon ordinateur? Trois composants d un système de mesure, des distances variables Ordinateur Distance Attention au bruit sur le câble de l entrée (court = meilleur) USB 2.0 < 5 m Bus Ethernet < 100 m par segment WiFi < 100 m jusqu au point d accès (réduction du débit) PXI < 200 m quand le châssis est contrôlé à distance (optique) WSN < 300 m en ligne directe et 900 m avec trois répéteurs Par FBG (capteurs optiques) = câble optique jusqu à 10 km Internet = la terre Système de mesure Câble Entrée ou capteur Grandeur physique

22 B) Quelle portabilité mon système doit-il avoir? Robustesse du système Conditions humidité, température, vibrations (disque dur PC portable) Encombrement Matériel compact, poids incluant batteries Alimentation Par le bus lui-même (avantage PC portable et USB) ou secteur externe Autonomie batterie (PC portable) ou batterie/piles externe

23 C) Combien de données vont être transférées en continu sur le bus? Tous les bus sont limités par leur bande passante (en Mo/s) La plupart des bus partagent leur bande passante ou ont une bande passante dédiée Il faut évaluer le débit de vos données par rapport à la bande passante et laisser 30 % de marge de flux Nb d octets * vitesse d échantillonnage * nb de voies (* nb de cartes) Exemple : matériel DAQ sur bus PCI (bus 132 Mo/s à débit partagé) 16 bits (2 octets) * 1 Méch/s * 2 voies * 2 cartes = 8 Mo/s bon pour PCI 132 Mo/s

24 D) Quels sont mes besoins en termes d'e/s point à point et de déterminisme? Point par point = en boucle, implique la réactivité des E/S, origine la «latence de bus» Temps d action entre la demande au driver et la valeur réelle actualisée sur le matériel Le déterminisme est la répétabilité de ce temps de réactivité Le déterminisme est nécessaire pour les boucles de contrôle Ex. : régulations PID, boucles de simulation Éviter pour une régulation les bus type USB, Wifi Pour les applications de contrôle utiliser un système d exploitation temps réel (comme LabVIEW Real-Time) Fiabilité des boucles de régulation, algorithme basé sur la vitesse

25 E) Ai-je besoin de synchroniser plusieurs périphériques? Objectifs : Mesurer plus de voies qu un seul instrument Mesurer des propagations ou décalages de phases de signaux Générer et acquérir de manière synchrone pour balayer une gamme Par le bus : Le bus PXI est le meilleur pour le partage d horloge et des déclenchements L USB, le Wifi ou le GPIB ont une grande latence donc sont les moins adaptés Par des connexions filaires externes ou radio : RTSI, lignes PFI, fiches BNC entre instruments GPIB, signaux GPS

26 Résumé des questions à se poser Débit de données Bande passante, cadence, nombre de voies Latence Utilisation point par point ou régulation Distance Entre la source, le système de mesure et l ordinateur Portabilité Encombrement, autonomie d alimentation Synchronisation Nombre de voies, mesures entre voies

27 Guide de sélection 1/2 BUS PC Interne Externe PC de bureau Plate-forme PXI USB Sans fil Ethernet PCI PCI Express PXI PXI Express Alimenté externe Alimenté par bus Wifi Réseaux de capteurs

28 Guide de sélection 2/2 Bus PCI PCI Express PXI PXI Express Signal 1 Transfert en continu 132 Mo/s (partagés) 250 Mo/s (par ligne) 132 Mo/s (partagés) 250 Mo/s (par ligne) E/S point par point Synchronisation entre périphériques Portabilité Mesures distantes/ distribuées Exemple NI Excellent Meilleur Bon Bon Série M Excellent Meilleur Bon Bon Série X Excellent Excellent Meilleur Meilleur NI-DMM Excellent Excellent Meilleur Meilleur NI-SCOPE USB 60 Mo/s Meilleur Bon Excellent Meilleur NI CompactDAQ Ethernet 12,5 Mo/s Bon Bon Excellent Excellent Acquisition de données sur Ethernet Sans fil 6,75 Mo/s Bon Bon Excellent Excellent NI cdaq Wifi

29 Choix logiciels de programmation Langage graphique Langage textuel NI LabWindows/CVI Langage textuel C#, VB.NET Measurement Studio API DLL des drivers

30 Chez NI, de multiples options technologies, mais rien à changer dans un programme Ethernet Wi-Fi PXI USB PCI PXI Express PCI Express

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