連接至樹莓派B型的USB-1608FS-Plus同步采集DAQ設備

簡介

Townsend Engineering Services是一家咨詢公司，在數據采集與分析的硬件與軟件設計領域經驗豐富，其產品用于復雜機械系統的測試。

挑戰

我們的客戶之一，ASET Services，向我們尋求一種用于測試運動場表面的系統。要求是一種可以與其分析軟件集成的加固系統，控制多種測試配置并為分析提供數據采集。該系統由電池供電以便于現場測試、為多種傳感器提供信號調理與數據采集，包括LVDTs，稱重傳感器以及加速度計。此外，系統還將控制一個電磁鐵，用于釋放多個測試中的校準砝碼。與運行分析軟件的筆記本電腦相連的Wi-Fi將被用于控制系統與傳輸數據。

系統將用到8個傳感器。絕大多數測試使用的采樣率為5kHz，但在某些情況下可高達20kHz。理想情況是實現所有通道同步采樣，那么系統就能被用來測量傳遞函數，但這并不是一個嚴格的要求。

選擇IEPE（Integrated Electronics Piezoelectric）傳感器作為稱重傳感器與加速度計。除電流源外，信號測量還需要用到抗混疊濾波器。系統將使用直流型LVDTs，因此并不需要特殊的信號調理方式。

解決方案

該系統圍繞樹莓派設計，樹莓派被用于管理試驗裝備控制、數據采集和通訊。這允許現成設備在DAQ與通訊中被使用，從而顯著降低設計成本。

系統選用MCC的 USB-1608FS-Plus 設備，原因在于其性能良好、價格合理且功耗較低。它使用USB接口且可以獲取C語言程序庫，這些都是簡化與樹莓派集成的重要因素。在所有DAQ通道上實現50kHZ同步采樣是有可能的，這遠遠超出了系統的預期需求。

為了獲得最大的靈活性并允許將來進行修正，LVDTs的四路輸入位于一根電纜中，連接至一個包含24V電源供應的外置小盒子。必要情況下，通過提供不同的外置盒子（包含任意特定的電源供應、信號調理或可能需要的濾波電路），就可以選用其它傳感器。

一種用戶端/服務器的方法被用來與筆記本電腦之間通訊。用戶端在筆記本電腦上運行，允許分析軟件通過樹莓派上服務器連接的Wi-Fi來控制系統。簡單的服務器請求集合可處理系統的所有操作，因此樹莓派能輕松與客戶的測試軟件集成。

結果

最終系統由 USB-1608FS-Plus，一個樹莓派B和一個包含信號調理、磁控與電源供應的定制電路板組成。這些都被安裝至單元前面板的背面，前面板包括開關與傳感器的連接器。完整單元與電源都被放置于一個牢固的防水容器中，以便攜帶。過去一年，該系統在全世界都被經常使用，其性能極佳且十分可靠。