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Prof. Dr.-Ing. Bernd vom Berg und Dipl. Ing. Peter Groppe von der Technischen Fachhochschule (TFH) Georg Agricola zu Bochum sind seit mehr als 20 Jahren auf dem Gebiet der technischen Lehre und Fortbildung tätig. Sie sind ebenfalls die Autoren des bekannten und erfolgreichen Elektor-Fernlehrgangs „Mikrocontroller leicht gemacht“. ISBN 978-3-89576-314-4

Elektor-Verlag GmbH 52072 Aachen www.elektor.de

● Bode-Plotter

● Spektrumanalysator

● Arbiträrgenerator

● Digital Reader

● Digital Writer

Im vorliegenden Grundlagen-, Arbeits- und Experimental-Buch wird das myDAQ-Modul und seine Funktionen ausführlich und praxisgerecht beschrieben. Nach der Vorstellung der einzelnen Mess- und Analysegeräte werden Erweiterungsadapter und kleine Mini-Systeme entwickelt. Realisiert werden unter anderem eine Filterbank mit den klassischen Filtern der Nachrichtentechnik, deren Bode-Diagramme untersucht werden. Außerdem werden Temperaturmessungen und Temperaturregelung in einer geschlossenen Thermobox, der Aufbau eines Ohmmeters und der Anschluss einer Analog-Tastatur behandelt. Danach folgt die Einbindung des myDAQs in die LabVIEW-Entwicklungs- und Arbeitsumgebung. ELVIS-Express-VIs als auch der Einsatz des DAQ-Assistenten werden ausführlich mit vielen Beispielen beschrieben. Die Netzwerkfähigkeit des myDAQ-Modul werden abschließend behandelt. Alle im Buch entwickelten LabVIEW-VIs, weitere vielfältige Zusatzinformationen und neue Applikationen mit dem myDAQModul sind von der Webseite www.mydaq-praxis.com kostenfrei downloadbar.

NI myDAQ IN DER PRAXIS GROPPE

● Oszilloskop

● Funktionsgenerator

und

● Digital-Multimeter

Messen, Steuern und Regeln – diese Kerndisziplinen der klassischen Elektrotechnik bilden auch heute noch die wesentlichen Schwerpunkte in der elektrotechnischen Ausbildung. In diesen Bereichen kann das myDAQ-Modul von National Instruments (NI) praxisnah und kostengünstig eingesetzt werden. Das Messlabor in der Westentasche beinhaltet insgesamt acht leistungsfähige Mess- und Analysegeräte:

NI myDAQ IN DER PRAXIS

vom BERG

Bernd vom Berg und Peter Groppe

MESSEN, STEUERN UND REGELN

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MESSEN, STEUERN UND REGELN

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NI myDAQ in der Praxis

â—? Bernd vom Berg Peter Groppe

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© Elektor-Verlag Aachen

1. Auflage 2016 Alle Rechte vorbehalten. Die in diesem Buch veröffentlichten Beiträge, insbesondere alle Aufsätze und Artikel sowie alle Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Ihre auch auszugsweise Vervielfältigung und Verbreitung ist grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung des Herausgebers gestattet. Die Informationen im vorliegenden Buch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Die in diesem Buch erwähnten Soft- und Hardwarebezeichnungen können auch dann eingetragene Warenzeichen sein, wenn darauf nicht besonders hingewiesen wird. Sie gehören dem jeweiligen Warenzeicheninhaber und unterliegen gesetzlichen Bestimmungen. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autoren können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für die Mitteilung eventueller Fehler sind Verlag und Autoren dankbar. Bildnachweise:  myDAQ - Bild auf Front-Cover und auf S.5: mit freundlicher Genehmigung von National Instruments. Satz und Aufmachung: D-Vision, Julian van den Berg | Oss (NL) Druck: WILCO, Amersfoort (NL) Printed in the Netherlands

978-3-89576-314-4

Elektor is part of EIM, the world’s leading source of essential technical information and electronics products for pro engineers, electronics designers, and the companies seeking to engage them. Each day, our international team develops and delivers high-quality content - via a variety of media channels (e.g., magazines, video, digital media, and social media) in several languages - relating to electronics design and DIY electronics. www.elektor.com

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Inhalt

Inhalt Kapitel 1 • Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Kapitel 2 • Installation der ELVIS-Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Kapitel 3 • Die Hardware - NI myDAQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Kapitel 4 • Der MAX – ganz knapp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Kapitel 5 • Die myDAQ-miniSystems, miniAdapter und miniApplikationen . . . . . . . . . 25 Kapitel 6 • Die ELVIS Soft-Front-Panel (SFP)-Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6.1  Der ELVIS Instrument Launcher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6.2  Digital-Multimeter (DMM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.3  Oszilloskop (Scope) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 6.4  Funktionsgenerator (FGEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 6.5  Bode-Plotter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.5.1  Theorie - Das Bode-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.6  Spektrumanalysator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.6.1  Theorie – Fourieranalyse, Fouriersynthese und Fourierreihe . . . . . . . . . . . . . . . 84 6.6.2  Der myDAQ Spektrumanalysator (Dynamic Signal Analyzer DSA) . . . . . . . . . . . 88 6.7  Arbiträrgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.7.1  Der myDAQ-Arbiträrgenerator (ARB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.7.2  Der Waveform Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.7.3  Bedienung des ARBs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 6.8  Digital Reader (DigIn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Kapitel 7 • Stand-Alone-Betrieb der SFP-Instrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.1  miniAdap-1: Potentiometer-LEDs-Taster-Summer-Schraubklemm-block . . . . . . . 133 7.1.1  Erste Stand-Alone-Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.2  miniAdap-2: Potentiometer-LEDs-Taster-Summer-Wannenstecker . . . . . . . . . . . 139 7.3  miniAdap-3: Relais-LEDs-Taster-Summer-Schraubklemmblöcke . . . . . . . . . . . . 140 7.4  miniSystem: Die Filterbank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 7.4.1  RC-Tiefpass mit einstellbarer Grenzfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.4.2  RC-Hochpass mit einstellbarer Grenzfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.4.3  RC-Bandpass (variabel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.4.4  RC-Bandsperre (fest) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

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7.4.5  Schwingkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 7.4.5.1  Parallelschwingkreis (variabel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 7.4.5.2  Reihenschwingkreis (variabel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Kapitel 8 • Der Betrieb des myDAQs unter LabVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Kapitel 9 • Anwendungen unter LabVIEW mit ELVIS-Express-VIs . . . . . . . . . . . . . . . 189 Kapitel 10 • Anwendungen unter LabVIEW mit dem DAQ-Assistenten . . . . . . . . . . . 199 10.1  Das Treiber-Konzept unter LabVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 10.2  Die Low-Level-DAQmx-Treiber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 10.3  Der DAQ-Assistent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 10.4  Grundlegende Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 10.5  miniApp:  Die Analog-Tastatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 10.6  miniApp:  Ohmmeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 10.7  miniApp:  Temperaturmessung mit KTY81 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Kapitel 11 • Der myDAQ weltweit im Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 11.1  Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 11.2  Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 11.3  Das Demo-VI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 11.4  Die Konfiguration des Netzwerkpanel-Servers auf dem Host-Rechner (lokaler Rechner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 11.5  Die Aktivierung des Netzwerkpanel-Servers auf dem Host-Rechner (lokaler Rechner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 11.6  Betrieb:  Server und ein Client auf einem einzigen Rechner . . . . . . . . . . . . . . 295 11.6.1  Betrieb mit zwei Clients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 11.7  Betrieb: Server und Clients im Intranet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 11.8  Betrieb: Server und Clients im Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 11.9  Der Netzwerkpanel-Verbindungsmanager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 Kapitel 12 • Der praktische Einsatzkoffer  -  ´myDAQ to Go´ . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Kapitel 13 • Praktikumsversuch:  miniSystem  -  Thermobox . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Kapitel 14 • Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Kapitel 15 • Literatur und Bezugsquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

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Kapitel 1 • Einleitung

Kapitel 1 • Einleitung Messen, Steuern und Regeln – diese Kerndisziplinen der klassischen Elektrotechnik bilden auch heutzutage noch einen wesentlichen Schwerpunkt in der elektrotechnischen Ausbildung, sei es in der rein gewerblichen Schulung (Ausbildungsberufe) oder in der Hochschul- bzw. universitären Lehre. Neben der grundlegenden theoretischen Ausbildung liegt sicherlich ein großer Schwerpunk auf der Vermittlung von praxisorientierten Wissensinhalten und das bedeutet ganz konkret: mehrere entsprechend gestaltete Labor-Praktika nehmen in der elektrotechnischen Ausbildung einen breiten Raum ein. Die dabei abzudeckenden Themengebiete reichen von der Messtechnik über die Schaltungstechnik, die Nachrichtentechnik, die Steuer- und Regelungstechnik bis hin zur Mikrocontrollertechnik, zu Embedded Systems, zur digitale Kommunikationstechnik, zur Motor- und Antriebstechnik und bis zu den diversen Feldbustechniken. Auch der Umgang mit modernen PC-gestützten Entwurfs-, Simulations- und Testtools, wie z.B. das Arbeiten mit LabVIEW, Multisim, Matlab oder Simulink, sollten in den Lehrplänen der Ausbildungs- und Lehreinrichtungen enthalten sein. Dies alles bedeutet für die Einrichtung und den Aufbau entsprechender Laboratorien die sehr kostenintensive Anschaffung einer großen Anzahl unterschiedlicher Mess-, Funktionsund Analysegeräte, in deren Funktionsweise und Gebrauch die Auszubildenden bzw. die Studierenden gezielt einzuweisen sind. Und an dieser Stelle kommt das hochmoderne myDAQ-Modul von National Instruments (NI) ins Spiel. Dieses kompakte ´Westentaschen-Messlabor´ beinhaltet insgesamt acht verschiedene, leistungsfähige Mess- und Analysegeräte: Digital-Multimeter, Oszilloskop, Funktionsgenerator, Bode-Plotter, Spektrumanalysator, Arbiträrgenerator mit Waveform Editor, Digital Reader und Digital Writer. Diese universelle Datenerfassungsplattform kann nun einfach und unkompliziert überall mit hingenommen werden und ermöglicht somit nicht nur im Labor, sondern auch praxisnah unterwegs im Prüffeld, beim Kunden und zu Hause am eigenen Schreibtisch, die Durchführung und Auswertung unterschiedlich komplexer Mess- und Analyseaufgaben bis hin zum Aufbau einer kleinen Prozesssteuerung, -überwachung oder -regelung. Somit können mehr als 70% der praktischen elektrotechnischen Grundausbildung mit dieser Arbeitsumgebung durchgeführt werden. Weitere große Einsatzgebiete ergeben sich durch die Einbindung des myDAQ-Moduls in die graphische Entwicklungsumgebung LabVIEW. Mit Hilfe dieser Programmierumgebung kann der Anwender seine eigenen myDAQ-Programme schreiben und individuell seine ganz speziellen Mess- und Analyseaufgaben mit diesem Modul lösen. Im vorliegenden Grundlagen-, Arbeits- und Experimental-Buch wird das myDAQ-Modul und seine Funktionen ausführlichst beschrieben.

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NI myDAQ in der Praxis

Nach der Vorstellung der einzelnen Mess- und Analysegeräte werden Erweiterungsadapter und kleine Mini-Systeme entwickelt, die einen sofortigen ´Embedded-Einsatz´ des myDAQs ermöglichen. Realisiert werden unter anderem eine Filterbank mit den klassischen Filtern der Nachrichtentechnik, deren Bode-Diagramme aufgezeichnet und untersucht werden, Temperaturmessungen und Temperaturreglung in einer geschlossenen Thermobox, Aufbau eines Ohmmeters und Anschluss einer Analog-Tastatur. Weiterhin erfolgt die Einbindung des myDAQs in die LabVIEW-Entwicklungs- und Arbeitsumgebung und es wird aufgezeigt, wie man dieses Modul effektiv in ein LabVIEW-VI einbindet. Sowohl die dazu gehörenden ELVIS-Express-VIs als auch der Einsatz des DAQ-Assistenten werden ausführlich mit vielen Beispielen beschrieben. Zum Abschluss wird gezeigt, wie einfach man das myDAQ-Modul Netzwerk-fähig machen kann, so dass ein raumübergreifender Zugriff auf die myDAQ-Applikationen via Intranet oder sogar via Internet möglich ist. Ein kompletter Hardware-Koffer mit allem notwendigen Zubehör (´myDAQ to GO !´) für einen schnellen und sicheren Einstieg in das Arbeiten mit dem myDAQ-Modul rundet das gesamte Spektrum dieses Lehrwerks ab. Eine neu eingerichtete Internet-Homepage zum myDAQ-Modul sorgt darüber hinaus zusätzlich für die kostenfreie Verbreitung weiterer Beispiele und Applikationen. Sie finden die Webseite hier: www.mydaq-praxis.com. Informationen zur Bestellung finden Sie unter http://germany.ni.com/studentenversion/bestellen. Bernd vom Berg Peter Groppe Kettwig, Herne - im März 2016

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Kapitel 2 • Installation der ELVIS-Software

Kapitel 2 • Installation der ELVIS-Software Die Installation der benötigten ELVISmx-Betriebssoftware für myDAQ-Module läuft so ab, wie man es von anderen Standard-Windows-Programmen her gewohnt ist. Legen Sie dazu die mitgelieferte DVD in Ihren Rechner ein und warten Sie, bis die Installationsroutine anläuft. Eventuell müssen Sie die zugehörige autorun.exe-Datei ´von Hand starten´, Abb.2.1.

Abb.2.1:  Die Auswahl der Installation Wählen Sie hier den Punkt ´Install´ und die Installationsvorbereitungen beginnen, Abb.2.2:

Abb.2.2:  Die Installation läuft an … Durch Klicken auf ´Next´ gelangen Sie zum nächsten Fenster, in dem Sie auswählen können, welche Software-Pakete Sie von der DVD installieren möchten, Abb.2.3:

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Abb.2.3:  Die Auswahl der gewünschten Software-Pakete In unserem Fall benötigen wir nur das letzte Paket ´NI ELVISmx 4.4´ (bzw. die entsprechende neuere Version des Paketes, die sich auf der DVD befindet). Bei Bedarf können Sie auch noch die LabVIEW (Demo)-Version auf Ihrem Rechner mit installieren (das erste Paket ´LabVIEW 2012´ oder eine neuere Version). Bestätigen Sie Ihre Auswahl durch Klicken auf ´Next´ Das folgende Fenster beenden Sie ebenfalls durch Klicken auf ´Next´. Es wird dann, via Internet, nach aktuellen Software-Updates gesucht. In die folgenden Fenster tragen Sie nun die benötigten Informationen ein und klicken sich (wie bei Windows-Installationen gewohnt) mit ´Next´ weiter durch bis zum eigentlichen Startfenster der Installation, Abb.2.4:

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Kapitel 3 • Die Hardware - NI myDAQ .

Kapitel 3 • Die Hardware - NI myDAQ Informationen zur Bestellung finden Sie unter http://germany.ni.com/studentenversion/bestellen. Die Innereien Beginnen wir unsere myDAQ-Hardware-Tour mit einem kurzen Blick in das Innere dieses Moduls, Abb.3.1:

Abb.3.1:  Das Innere des myDAQ-Moduls - sehr kompakt und äußerst leistungsfähig Im Allgemeinen ist ein Aufschrauben des Moduls nicht notwendig, es sei denn, man muss auf Grund einer Fehl- bzw. Falschmessung die Feinsicherung des Digitalmultimeter-Teils auswechseln. Das Blockschaltbild Einen sehr guten Überblick über die Funktionen und die Einsatzmöglichkeiten des myDAQs liefert das Blockschaltbild, das praktischer Weise direkt auf dem Gehäusedeckel aufgedruckt ist, Abb.3.2:

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NI myDAQ in der Praxis

Abb.3.2:  Das Blockschaltbild des myDAQs Die Kernfunktionen dieses universellen Messmoduls sind hier sofort erkennbar (von unten nach oben):

-E  ine komplette Digitalmultimeter-Einheit für Strom-, Spannungs-, Widerstandsmessung und Dioden-Test.

-Z  wei universelle Analog-Ausgänge (AO) und ein spezieller Audio-Stereo-Ausgang (AUDIO OUT).

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Kapitel 4 • Der MAX – ganz knapp

Kapitel 4 • Der MAX – ganz knapp Das myDAQ-Modul ist Teil der sehr großen National Instruments (NI)-Familie, die dem Anwender äußerst leistungsfähige Hard- und Software-Module zur Realisierung seiner vielfältigsten Applikationen zur Verfügung stellt. Diese gesamte hard- und software-mäßige Anwendungs- und Entwicklungsumgebung (LabVIEW und die NI-Hardware-Module) ist mittlerweile so umfangreich geworden, dass National Instruments ein eigenes zentrales Verwaltungs-, Kontroll-, Überwachungsund Steuerungszentrum entwickelt hat, dass es dem Anwender jederzeit gestattet, einen grundlegenden Überblick über die installierte Software und die angeschlossene Hardware zu erhalten. Und das ist der Measurement & Automation Explorer - MAX Über den MAX können nun alle NI-Softwarepakete gestartet und alle NI-Hardwareprodukte (Module) grundlegend getestet und betrieben werden. Für unsere myDAQ-Module ist der MAX ´zunächst nur´ aus drei Gründen interessant und wichtig:

1. Jede angeschlossene Einheit (und weitere wichtige Systemressourcen des jeweiligen Entwicklungs- und Einsatz-Rechners wie z.B. serielle und parallele Schnittstellen) werden zunächst vom MAX erfasst und aufgelistet. Werden mehrere gleiche Einheiten an den Rechner angeschlossen, z.B. zwei oder drei myDAQ-Module, so vergibt der MAX von sich aus selbstständig an diese Einheiten eindeutige, unterscheidbare Namen, z.B. ´myDAQ1´, ´myDAQ2´, usw., mit denen dann in allen späteren Soft-Frontpanel-Instrumenten bzw. LabVIEW-Anwendungen gearbeitet wird. Über den MAX kann somit festgestellt werden, ob ein an den Rechner angeschlossenes myDAQ-Modul richtig erkannt wird und daher mit allen Software-Produkten von NI zusammen arbeiten kann. Allgemeiner formuliert: alle Software-Produkte von NI greifen auf die vom MAX erfassten Hardware-Komponenten zu oder ganz kurz formuliert: was der MAX nicht kennt (nicht eindeutig erfasst hat), das gibt es auch nicht und das kann auch nicht verwendet werden.

2. A  lle angeschlossenen und erkannten NI-Hardwarekomponenten können über den MAX in einfacher Art und Weise getestet werden, d.h. im MAX gibt es einfache, auf die jeweilige Komponente zugeschnittene Testpanels, mit denen die Geräte angesprochen und deren Reaktionen überprüft werden können.

3. Ü  ber den MAX können sehr einfach die Namen der einzelnen Module geändert werden. Das ist dann sehr wichtig, wenn mehrere gleiche Geräte (z.B. mehrere myDAQs) an unterschiedlichen Stellen in der Applikation eingesetzt werden und diese dann mit aussagekräftigen, ´passenden´ Bezeichnungen versehen werden sollen.

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Oder wenn im Unterricht die verschiedenen myDAQs personalisiert werden sollen, also mit Namen wie ´Erwins_myDAQ´, ´Susis_myDAQ´, etc. versehen werden sollen. Daher werfen wir nachfolgend einen ganz kurzen Blick auf den MAX. Nach der Installation der ELVIS-Software (s. Kapitel 2) erscheint das NI-MAX-Ikon auf dem Desktop des PCs/LapTops, Abb.4.1:

Abb.4.1:  Das NI-MAX-Ikon (Version 5.5.1f0, 2013) Schließen Sie nun das myDAQ-Modul an (das typische ´USB-Ping-Pong-Geräusch´ ertönt) und starten Sie MAX durch Doppel-Klick auf das Ikon. Es erscheint der MAX-Startbildschirm mit einer Vielzahl unterschiedlicher Informationen über Ihr System und über die verfügbaren Systemressourcen, Abb.4.2:

Abb.4.2:  Der MAX als zentrales Informationszentrum Für uns wichtig sind die Pull-Down-Menü-Punkte in der linken oberen Ecke: Klicken Sie dort zweimal auf den Punkt ´Geräte und Schnittstellen´. Es erscheint eine Liste mit allen am System angeschlossenen Geräten und mit allen im System vorhandenen Schnittstellen, Abb.4.3:

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Kapitel 5 • Die myDAQ-miniSystems, miniAdapter und miniApplikationen

Kapitel 5 • D  ie myDAQ-miniSystems, miniAdapter und miniApplikationen Zum praktischen Einsatz und zum Arbeiten mit den myDAQ-Modulen in beliebigen Applikationen ergeben sich für den Anwender aktuell drei verschiedene Einstiegsszenarien, die durchaus parallel verwendet und umgesetzt werden können: 1.  Eigenentwicklungen Man entwickelt selbst eigene Applikationen mit dem myDAQ nach seinen eigenen Vorstellungen, Anforderungen und Wünschen. Über die entsprechenden Anschlussbereiche und Anschlussstecker erfolgt die Ankopplung an das myDAQ (s. dazu Kapitel 3). Hierbei ist natürlich die Flexibilität am größten und die Schaltungen können optimal an die jeweilige Problemstellung angepasst werden. Der Nachteil besteht darin, dass man in der Lage sein muss, eigene Schaltungen, d.h. eigene Platinen, zu entwickeln und herzustellen. 2.  miniSystems von Drittanbietern Man setzt bereits fertig entwickelte Schaltungen und Systeme ein, die von Drittanbietern (z.B. Lehrmittelhersteller) speziell für den myDAQ auf dem Markt angeboten werden. Solche Realisierungen stellen immer Lösungen zu ganz konkreten Problemstellungen dar und werden als (myDAQ-) miniSystems bezeichnet. Der Vorteil besteht darin, das diese miniSystems fertig aufgebaut und getestet sind und mit einer ausführlichen Beschreibung incl. Anleitungen für verschiedene Praktikumsversuche geliefert werden. Der Nachteil liegt allerdings darin, dass es noch nicht allzu viele solcher fertigen miniSystems gibt, die dann auch nur sehr kleine und sehr spezielle Themengebiete abdecken, z.B. ein miniSystem zur Simulation und Auswertung der Auswirkungen von Erdbeben oder ein miniSystem zur Simulation eines Stromversorgungsnetzes. Weiterhin sind diese miniSystems in den USA entwickelt worden und werden primär dort vertrieben. Sie sind mittlerweile zwar auch in Deutschland erhältlich, aber dann auch nur mit kompletter englischsprachiger Dokumentation. Darüber hinaus muss man meistens immer fünf Stück auf einmal kaufen (Mindestbestellmenge); eine Tatsache, die die Anschaffung kostenintensiv macht. Die Abb.5.1 zeigt eine Übersicht über die zur Zeit erhältlichen miniSystems von Drittanbietern (Stand: August 2014):

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Abb.5.1:  Die aktuell verfügbaren miniSystems von Drittanbietern aus den USA 3. Verwendung der in diesem Buch vorgestellten miniSystems, miniAdapter und miniApplikationen Diese dritte Möglichkeit myDAQ-Module mit Ergänzungsbaugruppen in der Lehre und Ausbildung bzw. in der Praxis einzusetzen, besteht darin, die in diesem Buch vorgestellten miniSystems, miniAdapter (miniAdap) und miniApplikationen (miniApp) zu verwenden. Diese von uns entwickelten und vorgestellten Zusatzbaugruppen, u.a.

-A  nschlussadapter, auf dem schon LEDs, Taster, ein Summer und zwei Potentiometer zur Simulation von Messwerten enthalten sind, - Filterbank mit den sechs wichtigsten Grundfilterarten der Nachrichtentechnik, - Thermobox zur Realisierung einer Temperaturregelung in einem geschlossenem Raum, - Analogtastatur zum Anschluss an das myDAQ, - Einsatz des myDAQs zur Temperaturmessung, als Frequenzzähler, - u.v.a.m.

werden nachfolgend ausführlich beschrieben und können problemlos in Eigenentwicklungen integriert und selbst nach eigenen Vorstellungen und Wünschen erweitert/abgeändert werden. Weiterhin sind diese Systeme, Adapter und Applikationen auch in Einzelstückzahlen als unbestückte Platine, als Bausatz oder teilweise als fertig aufgebaute und getestete Module erhältlich (Bezugsquellen s. Kapitel 14). Alle Zusatzbaugruppen werden mit kompletter deutschsprachiger Dokumentation und Beispielanwendungen geliefert. Auch ist die Entwicklung kundenspezifischer miniSystems, miniAdapter und miniApplikationen nach Absprache möglich.

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Kapitel 6 • Die ELVIS Soft-Front-Panel (SFP)-Instrumente .

Kapitel 6 • Die ELVIS Soft-Front-Panel (SFP)-Instrumente Der erste einfache Schritt, ein myDAQ-Modul in der Praxis einzusetzen, ist die direkte und unmittelbare Verwendung der bereits funktionsfähig vorliegenden so genannten ELVIS Soft-Front-Panel (SFP)-Instrumente. Die Bezeichnung ´ELVIS´ hat dabei nichts mit dem weltberühmten Rock ´n´ Roll-Sänger zu tun, sondern steht für ´NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite´, Abb.6.1:

Abb.6.1:  ELVIS (Bild mit freundlicher Genehmigung von National Instruments) ELVIS ist eine sehr leistungsfähige Entwurfs- und Prototypenplattform für Ausbildung, Lehre und Forschung auf den Gebieten Messtechnik, Steuer- und Regelungstechnik, Nachrichtentechnik, Embedded- und Mikrocontroller-Technik, für den Schaltungsentwurf und für die Schaltungssimulation. In ELVIS integriert sind zwölf der am häufigsten vorkommenden Mess- und Analysegeräte (die SFP-Instrumente), die dazu dienen, die eigene vorliegende (gesteckte) Schalung zu analysieren bzw. durchzumessen. Mit andere Worten: der Anwender braucht keine zwölf unterschiedlichen Mess- und Analysegeräte zu kaufen und auf dem Labortisch zu verteilen, denn alles ist in ELVIS integriert und sehr häufig können auch mehrere Geräte parallel und gleichzeitig betrieben werden. Der über einen USB-Anschluss angeschlossene PC/LapTop dient hierbei in erster Linie nur als Anzeige- bzw. Bedieninstrument, Abb.6.2:

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Abb.6.2:  Oszilloskop, Digitalmultimeter und Funktionsgenerator gemeinsam auf dem PC/LapTop-Bildschirm Ganz konkret: auf dem PC-Monitor sind die Frontpanels der Instrumente angeordnet und darüber können dann die Geräte bedient und eingestellt bzw. die Messwerte angezeigt und z.B. auch graphisch dargestellt werden. Diese SFP-Instrumente sind zwar komplett in LabVIEW programmiert, aber davon bekommt der Anwender zunächst einmal nichts mit: er kann die SFP-Instrumente, ohne

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Kapitel 7 • Stand-Alone-Betrieb der SFP-Instrumente

Kapitel 7 • Stand-Alone-Betrieb der SFP-Instrumente Soll das myDAQ-Modul nun in der Praxis eingesetzt werden, so müssen Signale an die 20-polige Steckerleiste herangeführt bzw. von ihr abgegriffen werden. Im einfachsten Falle geschieht dieses durch direkten Anschluss von Drähten an die Schraubklemmverbinder. Komfortabler und wesentlich vielseitiger ist die Verwendung von so genannten miniAdapter-Platinen (miniAdap), die direkt an das myDAQ angesteckt werden. Auf diesen kleinen Modulen befinden sich dann schon einsatzbereite Baugruppen, die man sinnvoll für erste Tests und Untersuchungen verwenden kann. Weiterhin lassen sich an diesen Adaptern über Schraubklemmverbinder bzw. Pfosten- und Wannenstecker weitere, komplexere Systeme ankoppeln z.B. die so genannten miniSystems, die wir ebenfalls im weiteren Verlauf dieses Buches vorstellen werden. Ein erster Einsatz dieser miniAdapter ist bereits ohne LabVIEW-Programmierung möglich. Die ganze Leistungsfähigkeit der miniAdapter (und der miniSysteme) erschließt sich jedoch erst in Verbindung mit einer passenden LabVIEW-Programmierung, auf die wir ebenfalls näher eingehen werden. Beginnen wir zunächst mit einer kurzen Vorstellung der bisher entwickelten miniAdapter. Wir haben zur Zeit drei Stück davon entwickelt, die es dem Anwender ermöglichen, sehr flexibel unsere oder seine eigenen Applikationen mit dem myDAQ-Modul zu realisieren und/ oder neu bzw. weiter zu entwickeln. Im Kapitel 12 stellen wir den Einsatzkoffer ´myDAQ to GO !´ vor, in dem ein myDAQ-Modul, die drei miniAdapter, die Filterbank (aus Kapitel 7.4) und ein Satz notwendiger Verbindungskabel und Adapter enthalten sind. So hat der Anwender alles zusammen für einen professionellen Einsatz des myDAQs in Lehre und Ausbildung. 7.1  miniAdap-1:  Potentiometer-LEDs-Taster-Summer-Schraubklemm-block

Die Abb.7.1.1 zeigt diesen vielseitigen miniAdapter ´miniAdap-1´ und in der Abb.7.1.2 ist der zugehörige Schaltplan zu sehen:

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Abb.7.1.1:  miniAdap-1:  Potentiometer-LEDs-Taster-Summer-Schraubklemmblock

Abb.7.1.2:  Schaltplan des miniAdap-1 Auf dieser Adapterplatine befinden sich folgende Baugruppen: Die beiden Analog-Ausgänge sind auf BNC-Buchsen geführt (X2, X3).

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Kapitel 8 • Der Betrieb des myDAQs unter LabVIEW .

Kapitel 8 • Der Betrieb des myDAQs unter LabVIEW Bisher haben Sie schon einen Teil der Leistungsfähigkeit des myDAQ-Moduls kennengelernt, indem Sie die bereits fertig erstellten SFP-Instrumente in Verbindung mit unseren miniAdaptern und miniSystemen vielseitig eingesetzt haben (≡ Stand-Alone-Betrieb des myDAQs). Eine eigene Programmierarbeit, egal in welcher Sprache, war dazu bisher allerdings nicht notwendig. Seine weitaus größten Fähigkeiten und Einsatzmöglichkeiten entwickelt das myDAQ aber erst dann, wenn es entsprechend optimal programmiert in exakt zugeschnittenen Applikationen eingesetzt wird. Mit anderen Worten: erst der individuelle Betrieb unter einer ´passenden´ Anwendungssoftware zeigt, was ´eigentlich im myDAQ steckt !´ Auch sind dann sehr einfach zwei, drei oder noch mehr myDAQ-Module in einer Anwendung einsetzbar. Um solch eine große Flexibilität zu erreichen, stehen dem Anwender in Verbindung mit der graphischen Programmierumgebung LabVIEW grundsätzlich zwei (drei) Möglichkeiten zur Verfügung: 1.  Einsatz der SFP-Instrumente als ELVIS-Express-VIs direkt unter LabVIEW Die bisher kennengelernten SFP-Instrumenten können nicht nur als Stand-Alone-Versionen betrieben werden, sondern lassen sich unter LabVIEW auch als entsprechende Express-VIs direkt in selbst erstellten LabVIEW-VIs einbinden. So lassen sich sehr flexible Anwendungsprogramme erstellen. Auf diese Betriebsmöglichkeit werden wir im nächsten Kapitel näher eingehen. 2.  Betrieb der myDAQ-Hardware-Komponenten mit DAQmx-Treiber-Funktionen Das Maximum an Flexibilität beim Arbeiten mit dem myDAQ-Modul erhält man, wenn man mit entsprechenden Treiber-Routinen direkt und unmittelbar auf die einzelnen Hardware-Komponenten des myDAQs zugreift, also direkter programmatischer Zugriff auf den A/D-Wandler, auf den D/A-Wandler, auf die Zählerbaugruppe oder auf das DMM. Hierzu gibt es unter LabVIEW zwei verschiedene (Unter)Möglichkeiten:

-M  an verwendet direkt die entsprechenden einzelnen Low-Level-DAQmx-Treiber-Routinen zur unmittelbaren Ansteuerung der myDAQ-Baugruppen. - Daraus ergibt sich die universellste und flexibelste Programmierung des myDAQ-Moduls unter LabVIEW. - Der ´Nachteil´ besteht allerdings darin, dass man schon über einige Erfahrungen im Umgang mit LabVIEW und im Einsatz von diesen Treiber-Routinen verfügen muss. - Das ist aber gerade bei einem Anfänger bzw. bei einem Ersteinsteiger oft nicht der Fall. - Daher hat NI mittlerweile einen alternativen Lösungsweg entwickelt: - Die Verwendung des DAQ-Assistenten, um die myDAQ-Komponenten mit Hilfe der DAQmx-Treiber optimal anzusteuern. - Dieser Assistent ist letztendlich ein kleines Hilfsprogramm, das den Anwender di-

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aloggesteuert über mehrere Konfigurationsfenster nach seinen ´Applikationswünschen mit den myDAQ-Komponenten´ fragt und wenn alle Antworten vorliegen, erstellt dieser Assistent selbstständig ein neues Express-VI, indem alle notwendigen DAQmx-Treiber schon richtig konfiguriert zusammengestellt und verbunden worden sind. Der Anwender braucht dann nur die Ein- und Ausgänge dieses neuen Express-VIs seinen Anforderungen nach zu verbinden und fertig ist dieser Teil der Applikation. Eine genaue Kenntnis der Funktionsweise und der Parametrierung der einzelnen DAQmx-Treiber-Funktionen ist hierbei nicht notwendig, das erledigt alles der DAQ-Assistent. Ein ´kleiner Nachteil´ besteht allerdings auch hier: da die Zusammenstellung und die Konfiguration der DAQmx-Treiber-Funktionen automatisch (nach bestimmten Regeln) erfolgt, ist das Endergebnis u.U. nicht ganz so optimal als wenn man die Treiber-Funktionen wirklich selber von Hand zusammenstellen und parametrieren würde. Mit anderen Worten: es könnte sein, dass die Lösung des DAQ-Assistenten ´etwas umständlich´ ist und eine etwas längere Bearbeitungszeit benötigt. In der realen Praxis kann dieses bei kleinen und mittleren LabVIEW-Applikationen aber sehr oft vernachlässigt werden und daher setzt man heut zu Tage sehr häufig den DAQ-Assistenten zum Betrieb von (nicht nur) myDAQ-Modulen ein. Erst wenn man ´wirklich das allerletzte Optimum´ aus seiner Applikation rausholen will oder muss, werden die einzelnen DAQmx-Treiber auf unterster Ebene verwendet und deren Zusammenstellung selbst programmiert bzw. parametriert.

Wir werden daher in den nachfolgenden Anwendungen schwerpunktmäßig den DAQ-Assistenten für unsere Zwecke einsetzen und arbeiten lasen ! Wichtiger Hinweis:  Das Arbeiten mit LabVIEW Die Ausführungen in den nun folgenden Kapiteln setzen grundlegende Kenntnisse in die Funktionsweise und in die Möglichkeiten von LabVIEW voraus. Sollten Sie dieses Wissen noch nicht haben, so ist das aber auch kein Problem, denn im Literaturverzeichnis dieses Buches finden Sie Hinweise auf von uns veröffentlichte LabVIEW-Lehrbücher, die es Ihnen ermöglichen, einen schnellen und einfachen Einstieg in diese graphische Programmierumgebung zu erlangen. Arbeiten Sie also bei Bedarf zuerst die dortigen Kapitel gezielt durch und kommen Sie dann zurück zu den nächsten Projekten mit dem myDAQ-Modul. Haben Sie schon LabVIEW-Erfahrungen gesammelt, so können Sie ab jetzt Ihr myDAQ-Modul sehr flexibel und leistungsfähig einsetzen.

Hinweis: Wir werden uns nachfolgend auf die LabVIEW-Version 2013 abstützen und alle von uns entwickelten LabVIEW-VIs sind kostenfrei aus dem Internet downloadbar, s. Kapitel 15.

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Kapitel 9 • Anwendungen unter LabVIEW mit ELVIS-Express-VIs

Kapitel 9 • Anwendungen unter LabVIEW mit ELVIS-Express-VIs Zu jedem einzelnen SFP-Instrument gibt es unter LabVIEW ein eigenes Express-VI, das sofort in selbstentwickelte LabVIEW-VIs eingebunden und dort betrieben werden kann. Man findet diese Express-VIs in einer eigenen Funktionssammlung unter, Abb.9.1: BD\Mess-I/O\NI ELVISmx

Abb.9.1: Die SFP-Instrumente als Express-VIs unter LabVIEW Zu beachten ist allerding, dass in dieser Sammlung elf ELVIS-SFP-Instrumente aufgeführt und somit auswählbar sind, mit dem myDAQ-Modul aber nur die bekannten acht Instrumente verwendet werden können. Jetzt lassen sich diese Express-VIs beliebig in eigene VIs einbauen und so kann eine sehr flexible Anwendungssoftware erstellt werden. Das wollen wir nachfolgend an einigen Beispielen näher erläutern: LED-Blinker Um die LEDs auf dem minAdap-1 bzw. miniAdap-2 blinken zu lassen benötigt man das Express-VI des ´Digital Writers´. Nach der Platzierung dieses Express-VIs auf dem Blockdiagramm eines neu erstellten LabVIEW-VIs wird dieses Express-VI zunächst initialisiert und danach erscheint das typische Konfigurationsfenster einer solchen Funktion, Abb.9.2:

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Abb.9.2:  Das Konfigurationsfenster des Express-VIs ´Digital Writer´ Hier muss lediglich eine einzige Festlegung getroffen werden: Im Feld ´Instrument Control´ wird ausgewählt, dass alle acht digitalen Port-Leitungen des myDAQ-Moduls als Ausgänge betrieben werden sollen ( ´Lines to Write 0 – 7´). Im rechten Teilfenster können nun probeweise Ausgänge gesetzt/zurück gesetzt werden und sobald man in der obere Leiste auf ´Ausführen´ bzw. ´Einmal ausführen´ klickt, werden diese Zustände an die Ports übertragen und die LEDs entsprechend (probeweise) angesteuert. Bestätigen Sie Ihre Festlegung mit ´OK´. Nun kann dieses Express-VI auf dem Blockdiagramm des LabVIEW-VI wie gewünscht ´verdrahtet´ werden. Wichtig:  Die Kontexthilfe Wie sooft beim Arbeiten mit LabVIEW spielt die integrierte Kontexthilfe hier eine sehr wichtige Rolle, wenn es darum geht, eine (noch) unbekannte Funktion bzw. ein (noch) unbekanntes Express-VI erstmalig einzusetzen. Aktivieren Sie daher die Kontexthilfe mit ´Strg+H´, fahren Sie über das Express-VI-Symbol und sehen Sie sich genau die dazu gehörige Beschreibung an. Als Erstes soll ein periodisches LED-Blinklicht realisiert werden, Abb.9.3:

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Kapitel 10 • Anwendungen unter LabVIEW mit dem DAQ-Assistenten

Kapitel 10 • A  nwendungen unter LabVIEW mit dem DAQ-Assistenten In diesem Kapitel lernen Sie, wie man unter Verwendung des sehr vielseitigen DAQ-Assistenten myDAQ-Module flexibel und optimal in LabVIEW-VIs integrieren kann. 10.1  Das Treiber-Konzept unter LabVIEW

Bei der allgemeinen Entwicklung von PC/LapTop-gestützten Daten- bzw. genauer: Messwerterfassungssystemen (DAQ  ≡  Data Acquisition-Systeme) geht es im Wesentlichen darum, sechs große Gruppen von Werten zu erfassen bzw. zu generieren:

- Erfassung analoger Spannungen (Analog IN) - Erfassung binärer Zustände (Digital IN) - Erfassung von Zählerständen (Counter/Timer)

- Ausgabe von analogen Spannungen (Analog OUT) - Ausgabe von binären Werten (Digital OUT) - Ausgabe von Impulsströmen (Counter/Timer)

In sehr vielen Fällen werden als zentrale Komponenten eines solchen technischen Systems (Industrie)PCs oder (Industrie)LapTops verwendet, deren geforderter besonderer Funktionsumfang dann durch geeignete Einbaukarten bzw. durch geeignete externe Moduleinheiten sichergestellt wird (DAQ-Karten bzw. DAQ-Module). Die Datenübertragung zwischen solchen Ein-/Ausgabekarten und dem Rechner erfolgt dann über die internen parallelen Bussysteme bzw. durch eine Ankopplung über die bekannten seriellen Schnittstellen oder Bussysteme (RS232, RS485, USB, GPIB, CAN, WLAN, Ethernet, etc.). Das grundlegende Problem, das sich für den Anwender/Entwickler solcher individuell zusammen gestellter Gesamtsysteme sehr schnell ergibt, ist die Tatsache, dass es auf dem internationalen Markt unzählige Anbieter solcher Zusteckkarten bzw. externer Module gibt und die Ansteuerung dieser Einheiten, also die benötigte Betriebssoftware, bei weitem nicht weltweit genormt ist. Jede Karte von jedem Hersteller benötigt in der Regel einen eigenen kompletten Satz von Konfigurations- und Betriebsfunktionen, die so genannten Treiber(software)pakete, die in das jeweilige Anwendungsprogramm mit eingebunden (integriert) werden müssen, damit man die entsprechenden Karten betreiben kann, Abb.10.1.1:

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Abb.10.1.1:  Die Ansteuerung von DAQ-Karten bzw. DAQ-Modulen Und wie sieht hierbei nun die tägliche Praxis aus ? Der Anwender/Entwickler programmiert in seiner Programmiersprache z.B. ganz einfach: „Messe (mit der Karte n) die Spannung U1 am Eingangskanal 1 !“ Mehr interessiert ihn an dieser Stelle NICHT: der Anwender möchte nach diesem Mess-Aufruf einfach nur die gewünschte Spannung erhalten und diese dann weiter verarbeiten können. Er hat kein Interesse:

- am speziellen Aufbau der Hardware der DAQ-Karte, - am eingesetzten A/D-Wandler und dessen besonderer Ansteuerung,

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Kapitel 11 • Der myDAQ weltweit im Netz .

Kapitel 11 • Der myDAQ weltweit im Netz In diesem Kapitel verlassen wir kommunikationstechnisch den gewohnten Bereich unseres Entwicklungslabors und stellen das myDAQ-Modul samt den zugehörigen VIs (via PC/ LapTop) für eine Vielzahl von Benutzern offen ins weltweite Internet bzw. ins firmeninterne Intranet. 11.1  Einleitung

Der sehr große Funktionsumfang von LabVIEW ermöglicht es dem Anwender mittlerweile auch, seine LabVIEW-VIs ins Netz (Schul-/Firmen-Intranet bzw. Internet) zu stellen und so einen kompletten Remote-Betrieb seiner VIs ´von überall auf der Welt´ zu realisieren. Die dazu notwendigen Schritte in LabVIEW (um ein VI netzwerkfähig zu gestalten) beschränken sich bei der einfachsten der zwei angebotenen Lösungsmöglichkeiten auf nur wenige Mausklicks und sind schnell nachzuvollziehen. So gelingt es dem Anwender sehr effektiv, seine myDAQ-Applikation netzwerkfähig zu machen und von überall aus zu bedienen bzw. zu beobachten. Gleichzeitig kann anderen Benutzern über das Netzwerk ein voller oder ein beschränkter Zugriff auf das VI bzw. auf die myDAQ-Anwendung gestattet werden. Da das myDAQ-Modul selber leider nicht netzwerkfähig ist, muss zum Netzwerk-Betrieb immer der Entwicklungs-PC/Laptop angeschlossen sein, der dann seinerseits die Verbindung zum Netzwerk (Intranet/Internet) herstellt. Zur Programmierung der Netzwerkfähigkeit des LabVIEW-VI sind dann aber nur noch wenige Mausklicks notwendig. In der nachfolgenden Applikation wird das notwendige Vorgehen anhand eines Beispiels vorgestellt und dieses kann danach von Jedermann an seine Bedürfnisse angepasst und beliebig erweitert werden. Zum ersten Demo-Betrieb ist sogar noch nicht einmal ein reales Netzwerk notwendig, denn Server und Client können zu Testzwecken auch gemeinsam auf einem einzigen Rechner ablaufen. Den myDAQ-Anwendungen steht damit die ganze Welt offen ! 11.2  Grundlagen

Die Grundlagen des Netzwerk-gesteuerten Zugriffs auf ein VI sind schnell erklärt, Abb.11.2.1:

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NI myDAQ in der Praxis

Abb.11.2.1: Der Netzwerk-gesteuerte Zugriff auf LabVIEW-VIs Auf dem zentralen (Web)Server im Netz befindet sich ein ganz normal entworfenes LabVIEW-VI, bestehend aus Blockdiagramm und Frontpanel (unter LabVIEW wird dieser Server auch ´Netzwerkpanel-Server´, Host oder lokaler PC genannt). Über das Netzwerk (Schul-/Firmen-Intranet bzw. Internet) soll es nun den verschiedenen Clients (auch Remote-PCs genannt) ermöglicht werden, dieses VI ´ferngesteuert (remote)´ zu bedienen und zu steuern. Hierbei sind dann grundsätzlich folgende Punkte wesentlich: 1. Das komplette VI mit Frontpanel und Blockdiagramm bleibt immer auf dem Server erhalten. 2. Über das Netz wird lediglich das Frontpanel des VIs zum jeweiligen Client übertragen, d.h.: der Client bedient das VI über das Frontpanel, das auf seinem Monitor dargestellt wird. Das Blockdiagramm des VIs selber bleibt aber immer auf dem Server (wird also nicht über das Netzwerk übertragen) und wird auch auf dem Server selber ausgeführt. 3. Für den Client sieht es trotzdem so aus, als würde sich das komplette VI auf seinem Rechner befinden und auch dort ausgeführt, da er ja das Frontpanel uneingeschränkt bedienen kann.

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Kapitel 12 • Der praktische Einsatzkoffer - ´myDAQ to Go´

Kapitel 12 • Der praktische Einsatzkoffer - ´myDAQ to Go´ Für den sofortigen Start in die professionelle myDAQ-Praxis haben wir den Einsatzkoffer ´myDAQ to Go´ zusammengestellt, indem sich eine Grundausstattung notwendiger und nützlicher miniAdapter, miniSysteme und Zubehörteile befindet, Abb.12.1:

Abb.12.1: Alles bereit zum sofortigen Start ! In diesem antistatischen Koffer befinden sich die folgenden Komponenten: - miniAdapter-1 gemäß Kapitel 7.1. - miniAdapter-2 gemäß Kapitel 7.2. - miniAdapter-3 gemäß Kapitel 7.3.

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- miniSystem ´Filterbank´ gemäß Kapitel 7.4.

-E  in Satz Zubehör bestehend aus BNC-Messkabeln, Messleitungen mit 4 mm Bananenstecker, BNC-T-Stücken, BNC-Adaptern, u.v.m. Dieser Zubehörsatz ist optional erhältlich.

-E  in Aufbewahrungsfach für das myDAQ-Modul. (Das Modul selber ist nicht im Lieferumfang enthalten)

Mit diesem Systemkoffer kann man sofort in die ´Tiefen der myDAQ-Welt´ eintauchen und durchstarten (Bezugsquellen s. Kapitel 15).

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Kapitel 13 • Praktikumsversuch: miniSystem - Thermobox

Kapitel 13 • Praktikumsversuch: miniSystem - Thermobox Die Applikation in diesem Kapitel werden wir so beschreiben und aufbauen, dass der Anwender, z.B. ein Lehrer oder ein Ausbilder, daraus sofort einen geeigneten Praktikumsversuch für die Schüler/Auszubildenden mit dem myDAQ-Modul generieren kann. Aber auch jeder andere Interessierte kann diese Ausführungen für seine Projekte und Anwendungen problemlos übernehmen bzw. modifizieren. Die komplette Hardware-Grundlage wird dabei als weiteres miniSystem für das myDAQ entworfen und kann sofort z.B. über den miniAdapter 2 an das myDAQ-Modul angeschlossen werden. 1. Ziele des Versuchs Mit Hilfe des myDAQ-Moduls soll in einem geschlossenen Gehäuse (≡ Thermobox) eine einstellbare Temperatur konstant gehalten werden. Als Heizung in der Thermobox dienen drei Glühlampen (12 V, 4 W) und die Kühlung des Inneren der Thermobox erfolgt durch einen (PC-)Ventilator auf dem Deckel der Box. Zur Temperaturmessung in der Thermobox wird ein Pt100-Widerstand verwendet. Als Regler soll ein klassischer 2-Punkt-Regler mit vorgebbarer Hysterese in LabVIEW realisiert werden. Vorab zeigt die Abb.13.1 eine mögliche Version des Frontpanels des Lösungs-VIs:

Abb.13.1: So könnte das Frontpanel der Lösung aussehen 2. Notwendige theoretische Grundlagen Kenntnisse in LabVIEW, insbesondere: Einsatz des myDAQ-Moduls in Verbindung mit dem DAQ-Assistenten.

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NI myDAQ in der Praxis

Grundlagen der Temperaturmessung mit Pt-100-Elementen. 3. Vorbereitende Aufgaben Diese vorbereitenden Aufgaben sind VOR dem Versuch zu lösen und auszuarbeiten.

1. G  eben Sie die Vor- und Nachteile eines Pt100-Widerstandes zur Temperaturmessung an.

2. Was beschreibt die Callendar van Dusen – Gleichung ?

3. E ntwickeln Sie aus der Callendar van Dusen – Gleichung eine Gleichung zur Bestimmung der Temperatur eines Pt100-Widerstandes. Gehen Sie dabei davon aus, dass die Koeffizienten A und B ungleich 0 sind und der Koeffizient C gleich 0 ist. Verwenden Sie nachfolgend für das LabVIEW-VI folgende Werte für die Koeffizienten: A = +3,9083E-3 B = -5,775E-7

4. A  rbeiten Sie sich in die Funktionsweise des DAQ-Assistenten in Verbindung mit dem myDAQ-Modul ein.

4. Beschreibung des Versuchsaufbaus Benötigte Hardware-Komponenten (neben PC/LapTop): -  myDAQ-Modul. -  myDAQ-miniAdapter-2. -  miniSystem ´Thermobox´. -  20pol.-Fachbandkabel zur Verbindung von ´miniAdapter 2´ und ´Thermobox´. ‑  2 Messkabel ´4mm-auf-2mm´. -  Steckernetzteil: 12 V  /  1 A.

Die Abb.13.2 zeigt den verwendeten Versuchsaufbau:

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Kapitel 14 • Ausblick

Kapitel 14 • Ausblick Mit diesem ´myDAQ-Praxisbuch´ haben wir Ihnen einen ersten umfassenden Einblick in die Funktionsweise und in die Einsatzmöglichkeiten des vielseitigen myDAQ-Moduls gegeben. Natürlich kann das myDAQ noch viel mehr und den Anwendungen sind fast keine Grenzen gesetzt ! Wir haben daher im Internet eine eigene myDAQ-Homepage eingerichtet (www. mydaq-praxis.com), auf der wir weitere miniApplikationen, miniAdapter, miniSystems und myDAQ-Anwendungen vorstellen und veröffentlichen werden. Schauen Sie doch einfach mal rein !

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Kapitel 15 • Literatur und Bezugsquellen

Kapitel 15 • Literatur und Bezugsquellen Alle LabVIEW-VIs zu diesem Buch zum kostenfreien Download finden Sie unter: http://www.mydaq-praxis.com Literatur zum Einstieg in LabVIEW:

Bernd vom Berg, Peter Groppe ´LabVIEW 1 – Einstieg in die Praxis´ ´LabVIEW 2 – Arrays und serielle Daten´

´LabVIEW meets µC´ Eine praktische Einführung in LabVIEW. Sieben-stündiger Einführungskurs in LabVIEW auf DVD.

Elektor Verlag GmbH, Aachen

Im Selbstverlag: ´LabVIEW 3´ erscheint voraussichtlich im Frühjahr 2016 im Elektor Verlag

Wolfgang Georgi, Ergun Metin ´Einführung in LabVIEW´ Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

Die offizielle myDAQ – Seite von National Instruments: http://www.ni.com/mydaq/d/ myDAQ – Seite der Autoren, Bezug von Komponenten, Kontakt zu den Autoren, etc.: http://www.mydaq-praxis.com

Bezugsquelle für die myDAQ-Hardware: http://germany.ni.com/studentenversion/bestellen

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Index

Index A Amplitudengang Analog-Ausgänge Analog-Eingänge Analog-Tastatur Anschlussbereich Ansteuerung LED, Summer AQY212 Arbiträrgenerator (ARB) B Bandbreite Bandpass Bandsperre Belastung Analog-Ausgang Blinker Blockschaltbild Bode-Diagramm Bode-Plotter (BODE)

Index

63 17 17 235 15 133 142, 318 98, 101

64, 154, 164 153 162 261 137 13 61, 70, 144 61, 71, 144

C Callendar van Dusen-Gleichung 316 Client 295, 303, 309 D DAQ-Assistent 185, 199, 207 DAQmx-Treiber 202 DAQmx-Treiber-Funktionen 185 Digitale I/O 17 Digitalmultimeter (DMM) 15, 28 Digital Reader (DigIn) 122 Digital Writer (DigOut) 126 Druckfunktion 51 Dynamic Signal Analyzer (DSA) 88 E Einsatzkoffer ELVIS ELVIS Express-VI ELVIS Instrument Launcher ELVIS-Software Erfassung von Tastendrücken Erstellung von SubVIs F Filterbank Frequency Domain Frequenzbereich Frequenzmesser Frequenzmessung Frequenzzähler Fourieranalyse Fourierreihe

313 27 189 29 9 138, 192 247

144 87 87 60, 230 60 230 84 84

Fouriersynthese Funktionsgenerator (FGEN)

84 59

G Geschalteter Spannungsteiler Grenzfrequenz (-3dB) Güte

236 147 173

H Halbleiter-Relais Hochpass

142 148

I Installation Instrument Launcher Internet Intranet IVI-Treiber K Kenndaten Kommunikation KTY-81

9 29 295, 308 295, 308 202

16 19 257

L LabVIEW LabVIEW Runtime-Engine LabVIEW-Treiber-Konzept LED-Binärzähler LED-Blinker LED-Lauflicht Log-Datei Log-Funktion Low-Level-DAQmx-Treiber M MAX Measurement & Automation Explorer Messaufgabe miniAdap-1 miniAdap-2 miniAdap-3 miniAdapter miniApplikationen miniSystems myDAQ to Go

185 275 199 226 189 192 53 53 202

21, 211 21 207 133 135 140 25 25 25 313

N Netzwerkpanel-Menü 300 Netzwerkpanel-Server 280, 288 Netzwerkpanel-Verbindungsmanager 309

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NI myDAQ in der Praxis

O Ohmmeter Oszilloskop (Scope)

250 43, 58

P Parallelschwingkreis Phasenverschiebung Phasengang Physikalischer Kanal Print-Funktion Pt-100-Widerstand

168 65 65 206 50, 75, 92 315

R Reihenschwingkreis Resonanzfrequenz

167 167, 176

S Schwingkreise Server Signalerzeugung Simulierter Netzbetrieb Soft-Front-Panel(SFP)-Instrumente Spannungserzeugung Spannungsmessung Spannungsversorgungen Spektrum Spektrumanalysator SubVIs Sweep-Funktion T Task Temperaturmessung Thermobox Thomsonsche Schwingkreisformel Tiefpass Time Domain V Virtueller Kanal VISA-Treiber W Waveform Editor Webseite Wobblung Z Zeit-Bereich

167 295 58 297 27 224 211, 236 18 87 84, 88 247 57, 60

207 257 315 169 66, 149 90

207 201

99 323 59

90

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Prof. Dr.-Ing. Bernd vom Berg und Dipl. Ing. Peter Groppe von der Technischen Fachhochschule (TFH) Georg Agricola zu Bochum sind seit mehr als 20 Jahren auf dem Gebiet der technischen Lehre und Fortbildung tätig. Sie sind ebenfalls die Autoren des bekannten und erfolgreichen Elektor-Fernlehrgangs „Mikrocontroller leicht gemacht“. ISBN 978-3-89576-314-4

Elektor-Verlag GmbH 52072 Aachen www.elektor.de

● Bode-Plotter

● Spektrumanalysator

● Arbiträrgenerator

● Digital Reader

● Digital Writer

Im vorliegenden Grundlagen-, Arbeits- und Experimental-Buch wird das myDAQ-Modul und seine Funktionen ausführlich und praxisgerecht beschrieben. Nach der Vorstellung der einzelnen Mess- und Analysegeräte werden Erweiterungsadapter und kleine Mini-Systeme entwickelt. Realisiert werden unter anderem eine Filterbank mit den klassischen Filtern der Nachrichtentechnik, deren Bode-Diagramme untersucht werden. Außerdem werden Temperaturmessungen und Temperaturregelung in einer geschlossenen Thermobox, der Aufbau eines Ohmmeters und der Anschluss einer Analog-Tastatur behandelt. Danach folgt die Einbindung des myDAQs in die LabVIEW-Entwicklungs- und Arbeitsumgebung. ELVIS-Express-VIs als auch der Einsatz des DAQ-Assistenten werden ausführlich mit vielen Beispielen beschrieben. Die Netzwerkfähigkeit des myDAQ-Modul werden abschließend behandelt. Alle im Buch entwickelten LabVIEW-VIs, weitere vielfältige Zusatzinformationen und neue Applikationen mit dem myDAQModul sind von der Webseite www.mydaq-praxis.com kostenfrei downloadbar.

NI myDAQ IN DER PRAXIS GROPPE

● Oszilloskop

● Funktionsgenerator

und

● Digital-Multimeter

Messen, Steuern und Regeln – diese Kerndisziplinen der klassischen Elektrotechnik bilden auch heute noch die wesentlichen Schwerpunkte in der elektrotechnischen Ausbildung. In diesen Bereichen kann das myDAQ-Modul von National Instruments (NI) praxisnah und kostengünstig eingesetzt werden. Das Messlabor in der Westentasche beinhaltet insgesamt acht leistungsfähige Mess- und Analysegeräte:

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Cover MyDAQ DE .indd All Pages

29/03/16 09:30

NI myDAQ in der Praxis (Leseprobe)  
NI myDAQ in der Praxis (Leseprobe)